Почему вода на Земле не иссякает

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу (от греческих слов «гидро» - вода, «сфера» - шар).

¾ поверхности земного шара занимает вода, а ¼ часть занимает суша. Гидросфера включат три главные части: Мировой океан, воды суши и воду в атмосфере.

На Мировой океан приходится свыше 96% нашей планеты. Материки и острова делят его на отдельные океаны: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый.

Воды суши – это реки, озера, болота, ледники и подземные воды. Доля рек, озер и болот очень мала – всего-то 0,02 % от объёма гидросферы.

Гораздо больше воды заключено в ледниках – около 2% от объёма гидросферы. Не надо путать их с тем льдом, который образуется при замерзании воды. Ледники образуются из снега. Они возникают там, где снега выпадает больше, чем успевает растаять. Постепенно снег накапливается, уплотняется и превращается в лед. Ледники располагаются на материке Антарктида и острове Гренландия, а также на вершинах высоких гор.

Подземные воды составляют около 2% от гидросферы.

Есть вода и в атмосфере, она находится там, в виде водяных паров, капелек воды, кристалликов льда. Атмосферная влага составляет всего 1/1000 часть общего запаса воды на Земле, но её роль огромна. Она питает реки, озёра, ледники, насыщает водой Землю. Без неё невозможен был бы круговорот воды на нашей планете.

Гидроло́гия — наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, протекающие в них (испарение, замерзание и т. п. ).

Предметом изучения гидрологии являются все виды вод гидросферы в океанах, морях, реках, озёрах, водохранилищах, болотах, почвенных и подземных вод.

Гидрология исследует круговорот воды в природе, проводит анализ гидросферы, даёт оценку и прогноз состояния и рационального использования водных ресурсов. Пользуется методами, применяемыми в географии, физике и других науках. Данные гидрологии моря используются при плавании и ведении боевых действий надводными кораблями и подводными лодками.

Гидрология подразделяется на океанологию, гидрологию суши и гидрогеологию.

Значение воды для нашей планеты, человека и живых организмов

Учёные абсолютно правы: нет на Земле вещества, более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в тоже время не существует другого такого вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

Почти 3/4 поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой — снегом и льдом — покрыто 20% суши. От воды зависит климат планеты. Геофизики утверждают, что Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. У неё очень большая теплоёмкость. Нагреваясь, она поглощает тепло; остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла и тем самым "выравнивает" климат. А от космического холода предохраняют Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере — в облаках и в виде паров без воды обойтись нельзя — это самое важное вещество на Земле.

Воды на Земле более чем достаточно. Но нельзя забывать и о том, что жизнь на планете Земля, как считают учёные, впервые появилась в воде, а лишь потом вышла на сушу. Свою зависимость от воды организмы сохранили в ходе эволюции в течение многих миллионов лет. Вода - главный "строительный материал", из которого состоит их тело. В этом легко убедиться, проанализировав цифры следующей таблицы:

Таблица 1

Содержание воды (%) к общему весу

Медуза 97-99%

Огурцы, салат 95%

Помидоры, морковь, грибы 90%

Груши, яблоки 85%

Картофель 80%

Рыба 75%

Человек 65-70%

Последнее число этой таблицы свидетельствует о том, что в человеке весом 70 кг содержится 50 кг воды! Но ещё больше её в человеческом зародыше: в трёхдневном - 97%, в трёхмесячном - 91%, в восьмимесячном - 81%.

Проблема "водного голода" состоит в необходимости поддержания определённого количества воды в организме, так как идёт постоянная потеря влаги в ходе различных физиологических процессов. Для нормального существования в условиях умеренного климата человеку необходимо получать с питьём и пищей около 3,5 литров воды в сутки, в пустыне эта норма возрастает, как минимум до 7,5 литров. Без пищи человек может существовать около сорока дней, а без воды гораздо меньше - 8 дней. По данным специальных медицинских экспериментов при потере влаги в размере 6-8 % от веса тела человек впадает в полуобморочное состояние, при потере 10% - начинаются галлюцинации, при 12% человек уже не может восстановиться без специальной медицинской помощи, а при потере 20% наступает неизбежная смерть.

Многие животные хорошо приспосабливаются к недостатку влаги. Наиболее известный и яркий пример этого - "корабль пустыни", верблюд. Он может весьма долго жить в жаркой пустыни, не потребляя питьевой воды. При этом он без ущерба для своей работоспособности теряет, до 30% первоначального веса. Так, в одном из специальных испытаний, верблюд за 8 дней работы под палящим летним солнцем потерял 100 кг из 450 кг своего начального веса. А когда его подвели к воде, он выпил 103 литра и восстановил свой вес. Установлено, что до 40 литров влаги верблюд может получить путём преобразования жира, накопленного в его горбу. Совершенно не употребляют питьевую воду такие пустынные животные, как тушканчики и кенгуровые крысы, - им хватает влаги, которую они получают с пищей, и воды, образующейся в их организме при окислении собственного жира, так же как у верблюдов.

Ещё больше воды потребляют для своего роста и развития растения. Кочан капусты "выпивает" за сутки более одного литра воды, одно дерево, в среднем, - более 200 литров воды. Конечно, это довольно приблизительная цифра - разные породы деревьев в разных природных условиях расходуют весьма и весьма различное количество влаги. Так растущий в пустыне саксаул тратит минимальное количество влаги, а эвкалипт, в который в некоторых местах называют "дерево-насос", пропускает через себя огромное количество воды, и по этой причине его насаждения используют для осушения болот.

Три состояния воды.

Переход воды из одного состояния в другое

С некоторыми свойствами воды мы уже знакомы. Вода прозрачна, бесцветна, без запаха и вкуса, текуча. Вода может быть жидкой (в морях, океанах, реках, озерах), твердой (в виде снега и льда) или газообразной.

Лед - твердое состояние воды. Толстый слой льда имеет голубоватый цвет, что связано с особенностями преломления им света. Сжимаемость льда очень низка. Лед при нормальном давлении существует только при температуре 0° С или ниже и обладает меньшей плотностью, чем холодная вода. Именно поэтому айсберги плавают в воде. При этом, поскольку отношение плотностей льда и воды при 0° С постоянно, лед всегда выступает из воды на определенную часть, а именно на 1/9 своего объема.

Опыт: Возьмем кубик льда объёмом 169 см3. Опустим в воду и измерим высоту выступающей части льда над водой. Высота 0,4 см, что составляет 17см3. Следовательно, это 1/9 часть.

Вода, находящаяся в газообразном состоянии, называется водяным паром. Когда говорят о влажности воздуха, обычно подразумевают количество водяных паров. Если воздух описывается как "влажный", это означает, что в воздухе содержится большое количество водяных паров.

Как же можно перевести воду из одного состояния в другое? Чтобы ответить на этот вопрос, проведем опыт.

Опыт: Возьмем комочек снега 19 грамм, температура снега -1°С, положим его в колбу и будем нагревать . Через 4 минуты снег растает, и в стакане образуется вода. Следовательно, при нагревании твердая вода превращается в жидкость. Продолжим нагревание воды. Через 1 минуту она закипит . Если нагревать 11 минут, то она вся испарится. Превратится в водяной пар . Водяной пар – это примесь-невидимка.

Температуру, при которой она кипит, называют температурой кипения. Обычно эта температура равна 100◦С. Но кипение может происходить и при других температурах. Это зависит от атмосферного давления. Кипящая вода используется в быту, в различных производствах. Она встречается и в природе в виде гейзеров.

Таким образом, при нагревании вода переходит из твердого состояния в жидкое, а затем из жидкого состояния в газообразное.

При охлаждении вода переходит из жидкого состояния в твердое. Этот процесс мы часто наблюдаем в природе, при замерзании водоемов осенью. Лед находится сверху, он легче воды, его слой надежно защищает обитателей водоема от зимних морозов.

• Если бы все ледники растаяли, то уровень воды на Земле поднялся, бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой.

• Морская вода при обычной её солёности 35 ‰ замерзает при температуре −1,91 °C .

Процессы: испарение, транспирация, конденсация

При нагревании и кипении вода превращается в пар, это испарение. Испарение – это процесс перехода воды из жидкого состояния в газообразное. Испарение происходит при любой температуре, но при кипении водяной пар образуется особенно быстро. Лужи после дождя высыхают и жарким летом, и холодной осенью. Но летом они высыхают быстрее. Ветер ускоряет испарение, поэтому лужи высыхают быстрее в ветреную погоду. Вода испаряется с поверхности Мирового океана, озёр, рек, водохранилищ.

Испаряется не только вода, но и другие жидкости. Лёд постепенно тоже испаряется. Поэтому над ледниками поднимается водяной пар. Бельё высыхает на морозе.

Значительное количество воды с поверхности суши испаряют растения. Транспирация – это процесс перехода воды из жидкого состояния в газообразное, при дыхании живых организмов. В том, что каждое растение испаряет воду, можно убедиться, проделав несложный опыт.

Опыт: Лист комнатного растения пералгонии поместите в стеклянную колбу, не отрезая его от растения . Горлышко колбы закройте ватой. Через некоторое время на стенках колбы появятся капельки воды. Откуда же взялась вода в колбе? Ее испарил лист .

Испарение воды листьями растений отличается от испарения с поверхности водоема. У растений это сложный процесс жизнедеятельности. Растения испаряют воду через мелкие отверстия в листе – устьица. Устьица у большинства растений находятся в кожице на нижней стороне листа. Периодически то, открываясь, то закрываясь, они регулируют поступление воздуха в листья. Число устьиц на 1 мм 2 листа колеблется от нескольких сотен до тысячи. На одном листе липы их более миллиона, а на листе капусты – несколько миллионов. Устьица очень малы. Кончик тонкой иглы кажется гигантом по сравнению с малюткой-устьицем. Несмотря на малые размеры, через устьица испаряется более 90% воды, поглощенной растением.

Чем крупнее листья, тем они больше испаряют воды. Обычно крупные листья имеют растения влажных мест. Родина наших комнатных растений с крупными листьями – бегонии, фикуса – влажные тропические леса.

Определить сколько воды испаряет растение, поможет другой опыт.

Опыт: В сосуд с водой поместили побег (стебель с листьями) традесканции . На поверхность воды в сосуд налили немного растительного масла. Слой масла препятствует испарению с поверхности воды. Сосуд с водой поставьте на весы и уравновесьте чашки весов гирями . Уже через сутки чаша весов, на которой находится сосуд, поднимется . Снова уравновесьте чашки весов, положив несколько гирь на поднявшуюся чашку. Подсчитайте, сколько воды (в граммах) испарили за сутки листья срезанного побега.

Таблица 2

Результаты опыта

Количество воды в сосуде

1 день наблюдения 158 гр 510 млгр

2 день наблюдения 158 гр 10 млгр

3 день наблюдения 157 гр 300 млгр

Вывод 1 гр 210 млгр испарили листья срезанного побега

Одно растение капусты испаряет за сутки до 1 литра воды, дуб – 50 литров, береза – 60 литров, подсолнечник до 100 л воды.

В природе широко распространён и другой процесс – превращение водяного пара в воду. Попробуйте дохнуть на зеркало. Его поверхность покроется капельками воды. Откуда она взялась? Ответ дают опыты.

Опыт: Если над кипящей водой поставить небольшую стеклянную или металлическую пластинку, то на ней образуются капельки воды. Это водяной пар превращается в воду, т. е. происходит конденсация. Точно так же происходит конденсация водяного пара и тогда, когда мы дышим на зеркало.

Легко наблюдать конденсацию водяного пара, если над носиком чайника с кипящей водой подержать блюдце.

Значение процессов испарения, транспирации и конденсации для природы и человека

Испарение имеет большое значение в жизни человека и животных. Затруднение испарения может вызвать перегревание организма. Выходя из воды после купания даже в жаркий день, ощущается прохлада. Это происходит потому, что при испарении воды температура на поверхности тела понижается.

Солнце сильно нагревает различные предметы: камни, песок, железо и др. Также оно нагревает и листья, стебли растения. Испарение воды в солнечный день охлаждает растения, защищает их от перегрева. При этом температура на поверхности листьев снижается до температуры воздуха и ниже. Вот почему под кроной деревьев даже в сухую и жаркую погоду прохладно и легко дышится. Однако чрезмерное сильное испарение вызывает увядание растений, а иногда и гибель их. Вот почему у растений возникли различные приспособления к уменьшению испарения. Так листья многих растений засушливых мест видоизменены в колючки, например у кактусов. Испарение зависит не только от температуры воздуха, но и от других условий окружающей среды, например от времени суток. Днем растения испаряют сравнительно много воды, а ночью совсем мало. Поэтому чтобы цветы дольше сохранили свежий вид, их срезают вечером. В тени растения испаряют воды меньше, чем на солнце. При сильном и сухом ветре испарение идет быстрее, чем в тихую погоду.

С конденсацией водяного пара мы встречаемся в повседневной жизни. Летним вечером или ранним утром, когда воздух становится холоднее, выпадает роса. Это водяной пар, находящийся в воздухе, при охлаждении оседает на траве, листьях и других предметах в виде маленьких капелек воды. Облака также образуются в результате конденсации водяного пара. Поднимаясь над землёй и водоёмами в верхние, более холодные слои воздуха, этот пар и образует облака, состоящие из мельчайших капелек воды. Если температура воздуха достаточно низкая, то капельки воды замерзают. Из таких облаков выпадает снег, а иногда и град.

Вся вода на Земле находится в непрерывном движении. Испаряясь с поверхности суши, океанов, морей и других водоемов, она в виде паров пополняет запасы атмосферной влаги. Почти 90% водяных паров приходится на самый нижний 5-ти километровый слой атмосферы. Большая часть этой влаги поступает с поверхности Мирового океана и зоны влажных экваториальных лесов.

С понижением температуры пар конденсируется. Поэтому на высоте, где температура воздуха понижается, образуются облака. Ветры переносят облака. А с ними и атмосферную влагу из одних районов океана в другие, из районов океана в районы суши. Выпадая в виде дождя, снега или града, атмосферная влага, продолжая свое движение, питает подземные воды, реки и озера, образует ледники, увлажняет почву, всасывается, а затем испаряется растениями. Лес, например, испаряет воды в 10 раз больше, чем такой же по площади водоем. Выпавшая на сушу, вода снова частично испаряется, пополняя запасы атмосферной влаги, и снова выпадает в виде осадков на землю.

Воду, которую воздушные потоки приносят с океана на сушу, реки возвращают в итоге в океан. Так совершается вечный круговорот воды в природе. При этом она переходит из одного состояния в другое, перемещается по земному шару из одних районов в другие.

Какие силы приводят в движение огромные массы воды, составляющие водную оболочку планеты, ее гидросферу?

Главная сила – солнечное тепло. Под его влиянием вода испаряется, тают снега и ледники, возникает ветер, который переносит воду из одних мест в другие. При недостатке тепла вода конденсируется.

Важную роль играет также сила тяжести, под действием которой падают дождевые капли, течет вода с более высоких мест в более низкие. Под действие силы тяжести вода просачивается вглубь земли, скользят ледники. Процесс движения воды в природе, начинаясь в Мировом океане и кончаясь в нем, носит круговой характер и называется круговорот воды в природе. Благодаря, которому вода на нашей планете не иссякает.

Круговорот воды в природе не только приводит в движение всю водную оболочку Земли, но и связывает между собой все части гидросферы в единое целое, постоянно пополняя запасы воды в различных ее частях. Однако скорость восполнения водных запасов в разных частях гидросферы неодинакова. Чаще всего происходит смена атмосферной влаги – каждые 9 суток, или 40 раз в год. Вода во всех реках на Земле полностью меняется за 12 суток, или 30 раз в год. Медленнее восполняются запасы подземных вод и вода в пустыне. Реже всего это восполнение происходит в полярных ледниках – один раз за 8 тысяч лет, в Антарктиде – за десятки миллионов лет.

С круговоротом воды происходит перемещение тепла по поверхности Земли, а так же при испарении осуществляется очистка воды. Круговорот воды в природе обеспечивает взаимосвязь гидросферы с литосферой, воздушной оболочкой Земли, растительным и животным миром.

Заключение

На Земле нет более важного вещества, чем обыкновенная вода.

От воды зависит климат планеты. Геофизики утверждают, что Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. У неё очень большая теплоёмкость. Нагреваясь, она поглощает тепло; остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и возвращает много тепла и тем самым "выравнивает" климат. А от космического холода предохраняют Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере — в облаках и в виде паров.

Вода - главный "строительный материал", из которого состоит тело человека и всех других живых организмов.

Вода на Земле находится в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном и может переходить из одного состояния в другое. Благодаря процессам: испарение, транспирация, конденсация все воды участвуют в мировом круговороте. Поэтому вода на Земле не иссякает.

Значение мирового круговорота воды на Земле велико. Представьте себе, что на сушу перестали выпадать атмосферные осадки, приносимые с океана. Постепенно вся вода на ней исчезнет, так как часть ее испарится, а часть стечет в океан. Без воды на суше не могут существовать ни растения, ни животные.

За счёт круговорота воды все части гидросферы тесно объединены и связывают между собой другие оболочки нашей планеты: литосферу, атмосферу, биосферу.

Без воды обойтись нельзя — это самое важное вещество на Земле.