Круговорот воды в природе – что такое, описание, как происходит, виды, схема, значение, фото и видео

Поверхность Земли на 71% покрыта водой. Общая площадь океанов, морей, льдов и прочих водоемов составляет около 361 млн км². Вода считается самым важным веществом для всех живых организмов на нашей планете. Кроме того, она находится в постоянном движении, которое называется круговоротом воды в природе.

Что такое круговорот воды в природе?

Круговорот воды в природе (также влагооборот или гидрологический цикл) – это процесс перемещения воды в биосфере Земли, который происходит циклично. Он включает ее переход из жидкого в парообразное состояние, перенос паров воздушными потоками, конденсацию, выпадение осадков и транспортировку воды.

Хотя процесс испарения происходит как на суше, так и на поверхности водоемов, большая его доля приходится на Мировой океан. Благодаря влагообороту все составляющие водной оболочки Земли гидросферы связаны между собой.

История открытия

Некоторые представления о том, что в природе имеет место круговорот воды, существовали в Индии и Китае. Здесь люди обнаружили определенную связь между речными стоками и осадками.

В других странах и областях данная связь была неочевидной. Например, в Древнем Египте источником воды служил Нил. Однако наполнялся он за счет дождей, выпадавших в верховьях реки. То же самое касается таких рек, как Евфрат и Тигр, которые питались талыми водами и осадками, выпадающими в горах.

На территории Европы Леонардо да Винчи стал первым исследователем, который выразил свое предположение о круговороте воды в природе около 500 лет назад. Бернар Палисси из Франции первым заявил о том, что именно дожди питают реки. В дальнейшем этот вопрос был подробнее изучен такими учеными, как П. Перро, Э. Дарвин, Э. Галлей.

Общие сведения о гидрологическом цикле

Три четверти поверхности Земли покрыты водой. Гидросфера на 97% состоит из соленой воды, которой наполнены океаны и моря. Оставшиеся 3% занимают пресная вода, содержащаяся в ледниках, реках, озерах, грунтовых водах, а также водяной пар. Испаряющаяся вода и осадки по количеству приблизительно соответствуют друг другу, их объем – 519 000 км³.

В круговороте воды принимают участие все водоемы (поверхностные и подземные стоки), суша, растения и даже живые организмы. В частности, животные поглощают растения и получают из них часть накопившейся влаги. Человек тоже играет важную роль в данном процессе, причем зачастую оказывает отрицательное влияние.

Основные элементы, понятия и процессы влагооборота:

1. Испарение. Процесс образования пара, вызванный солнечным теплом, а также его перемещение с поверхности Земли в атмосферу. Переход воды в газообразное состояние.
2. Конденсация. Переход пара в жидкое состояние, образование облаков.
3. Осадки. Выпадение влаги из атмосферы на поверхность Земли.
4. Адвекция. Процесс движения воздушных масс в горизонтальном направлении, во время которого сохраняются их главные свойства, такие как уровень влажности, температура и др.
5. Сублимация. Переход воды из твердого в газообразное состояние.
6. Отложение. Переход водяного пара в твердое состояние.
7. Поверхностные стоки. Перемещение воды по поверхности Земли.
8. Подземные стоки. Перемещение воды под землей.
9. Поглощение влаги растениями. Осадки не достигают почвы, а перехватываются растениями, после чего испаряются.

Как происходит круговорот воды?

Гидрологический цикл – сложный процесс, включающий несколько этапов. Он обеспечивается действием двух факторов: солнечной радиации (основной) и силы тяжести.

Над океаном

В теплое время года вода морей и океанов нагревается Солнцем. За счет этого она испаряется, то есть из жидкого состояния переходит в газообразное. При этом вода лишается солей. Таким образом, в атмосфере накапливается пресный водяной пар, который постепенно поднимается в ее верхние слои.

С высотой температура понижается, а, значит, пар встречает на своем пути холодные воздушные потоки. Также имеет место процесс адвекции – перемещения воздушных масс горизонтально. Так водяной пар попадает в зону низких температур и конденсируется – превращается в капли воды, образуя облака.

Они продолжают перемещаться вместе с воздушными потоками. Капли воды при этом сталкиваются друг с другом и становятся крупнее. Из облаков впоследствии выпадают осадки, которые наполняют океан. Простая схема круговорота воды состоит из таких этапов:

• испарение;
• накопление водяного пара в атмосфере;
• выпадение осадков (конденсация).

Океан намного больше испаряет влаги, чем получает ее из осадков.

Над сушей

Относительно просто влагооборот происходит над поверхностью океана. Для суши этот процесс сложнее. Она получает больше влаги с осадками, чем испаряет. Данный процесс вызван двумя факторами:

• Солнце нагревает земную поверхность;
• растения испаряют влагу через наружные органы (транспирация).

Осадки выпадают преимущественно в виде дождя, а частично в форме снега, града, снега с дождем. Твердые виды осадков способны накапливаться в ледниках и ледяных шапках. В такой форме замерзшая вода может находиться несколько месяцев и даже тысячи лет. Но не стоит забывать о процессе сублимации, во время которого лед пропускает стадию жидкости и сразу переходит в парообразное состояние. Поэтому незначительный обмен между атмосферой и льдом все же присутствует. А в периоды повышения температуры происходит активное испарение воды.

Когда над сушей выпадают осадки в виде дождя, часть их не достигает почвы, поскольку захватывается листьями растений. На суше водные потоки реками перемещаются к океанам. Частично влагу поглощает грунт. Как и на поверхности, вода движется под землей.

Грунтовые воды выходят наружу через артезианские скважины и родники. Так они опять возвращаются в водоемы и океан. Кроме того, все грунтовые источники имеют связь с поверхностными водными объектами. Небольшой процент этих вод проникает вглубь минеральных пород, где остается на протяжении многих лет.

Процесс транспирации у растений представляет собой активное испарение воды через устьица. Влага, безусловно, очень важна для них и играет важную роль в жизнедеятельности. Однако до 99,5% воды, которую растения поглощают через корневую систему, испаряется.

Планетарный круговорот воды в природе

Гидрологический цикл на планетарном уровне выглядит следующим образом:

1. Первый этап – испарение. Вода нагревается солнечным излучением и становится паром. Он поднимается в слои атмосферы. Данный процесс непрерывен всюду на Земле, но протекает с разной интенсивностью над любыми водоемами.
2. Второй этап – конденсация. Происходит в верхних слоях атмосферы. При контакте с холодным воздухом водяной пар возвращается в жидкое состояние. Образуются капли воды, из которых состоят облака и туман.
3. Третий этап – выпадение осадков. Капли воды становятся крупнее и тяжелее, так как сталкиваются друг с другом. При достижении определенного размера они начинают на высокой скорости падать на земную поверхность в виде дождя, снега, града и прочих осадков.
4. Четвертый этап – возвращение воды в океан. На поверхности Земли происходит распределение выпавших осадков. Воду поглощают растения и почва, также она наполняет реки, с помощью которых устремляется к океану.

Виды круговорота воды

Влагооборот делится на два основных вида:

• малый или океанический – испарившаяся над океаном вода не переносится на сушу, а в виде осадков снова возвращается в океан;
• большой – влага испаряется над океаном, пар переносится на сушу, конденсируется, выпадает в форме осадков, после чего распределяется между подземным стоком, поверхностным стоком и обратным испарением.

Также выделяют:

1. Внутриконтинентальный или местный гидрологический цикл, протекающий исключительно на суше. Часто возникает в замкнутых межгорных котловинах.
2. Геологический – процесс беспрерывного обмена водами между сушей и океаном. Преимущественно в местах столкновения литосферных плит.
3. Глобальный – приток воды из глубин Земли через тектонические трещины (около 0,25 км³ в год) и устремление молекул водяного пара в космос. Процесс имеет незамкнутый характер.

Схема круговорота воды в природе

Схема круговорота воды в природе – 1

Схема круговорота воды в природе – 2

Схема круговорота воды в природе – 3

Схема круговорота воды в природе – 4

Количественные показатели

Годовое распределение атмосферных осадков:

• общее количество осадков, выпадающее на поверхность Земли – 577 тыс. км³;
• общая средняя высота слоя – 1130 мм;
• объем осадков над Мировым океаном (73%) – 458 тыс. км³, высота слоя – 1270 мм;
• объем осадков над сушей (21%) – 119 тыс. км³, высота слоя – 800 мм;
• количество осадков в районе полярных шапок – 4%;
• испарение воды из океана – 1400 мм;
• объем речного стока в океаны – 47 тыс. км³.

Обновление водных ресурсов. Как часто происходит влагооборот?

Все водные ресурсы нашей планеты регулярно обновляются, и влагооборот принимает в этом наиболее активное участие. Согласно различным источникам, примерные значения частоты круговорота воды следующие:

• атмосфера – 10 дней;
• океан – 3,2 тыс. лет;
• глубинные грунтовые воды – 10 тыс. лет;
• паводковые грунтовые воды – 100-200 лет;
• ледник – 5-10 лет;
• горный ледник – 1,6 тыс. лет;
• ледники полярных областей – 9,7 тыс. лет;
• снежный покров (сезонный) – 2-6 месяцев;
• внешний слой почвы – 1-2 месяца;
• река – 17-19 дней;
• озеро – 15-17 дней.

Значение круговорота воды

Гидрологический цикл объединяет все оболочки Земли, благодаря чему они функционируют как единый «организм». Поэтому круговорот воды является одним из наиболее важных явлений в природе. Без него трудно представить существование жизни на нашей планете.

Вместе с водой по всей биосфере циркулируют разные органические вещества и минералы, а также она способствует формированию оптимальных климатических условий.

Другие функции гидрологического цикла:

• очищение вод Мирового океана;
• перенос полезных веществ на большие расстояния;
• обеспечение водой почти всех уголков планеты;
• разделение водоемов на соленые и пресные, которые подходят для определенных живых организмов;
• контроль уровня речного стока в случае изменения погодных условий.

Агрегатные состояния и свойства воды в природе

Вода – единственное вещество на планете, которое может находиться в трех агрегатных состояниях в природе: жидком, твердом (лед), газообразном (пар). Благодаря тому, что вода способна переходить из одного состояния в другое, как раз и возможен гидрологический цикл.

Свойства воды, влияющие на процесс влагооборота:

• плотность;
• поверхностное натяжение;
• температура кипения.

Когда вода замерзает, то есть переходит из жидкого состояния в твердое, ее плотность снижается. Все прочие вещества при этом, наоборот, увеличивают свою плотность. Именно благодаря этому свойству мы можем наблюдать, как поверхность водоема покрывается сплошной коркой льда, не пропускающей воздух. Ледяной слой способствует сохранению тепла под водой, поэтому обитатели водоемов без труда переносят холодное время года.

Поверхностное натяжение играет важную роль при формировании осадков. Его значение у воды существенно выше, чем у многих других веществ: 72,86‧10^-3 Н/м против 26‧10^-3 Н/м у нефти или 43‧10^-3 Н/м у мыльного раствора, к примеру. За счет этого становится возможным образование дождевых капель.

У воды достаточно высокая температура кипения (100℃). Поэтому процесс ее испарения протекает в замедленном темпе, что сокращает потери влаги в естественной среде.

Влияние человека на круговорот воды

Человек в разных целях потребляет большое количество воды, причем вся она изымается из гидрологического цикла. Влияние человеческой деятельности на влагооборот происходит тремя путями:

1. Вернувшаяся в цикл вода после использования становится загрязненной и в таком виде принимает дальнейшее участие в круговороте.
2. Происходит значительное перераспределение воды между природными цепочками цикла.
3. Используя воду в промышленных или сельскохозяйственных целях, человек тем самым создает новые цепочки в круговороте.

Объем потребляемой людьми воды постоянно увеличивается. Особенно высокими считаются потребности промышленной сферы и сельского хозяйства. Например, американские исследователи подсчитали, что из расчета на душу населения ежедневно требуется:

• 570 л на бытовые нужды;
• 1400 л на промышленность;
• 2700 л на полив и прочие нужды сельского хозяйства;
• 2300 л на производство электрической энергии.

При этом человек в роли живого организма требует не более 2-2,5 л воды в сутки. Общий суточный объем потребления жидкости в мире равен около 7 триллионам литров и этот показатель неуклонно растет.

Водопотребление делится на два типа:

1. Возвратное (бытовые нужды, промышленность). После использования вода возвращается в первоначальный источник. В дальнейшем ее можно будет использовать снова при условии качественного очищения. Такое потребление можно назвать безвредным для природы, но в действительности результат очищения оставляет желать лучшего.
2. Безвозвратное (орошение и др.). Вода изымается из гидрологического цикла на некоторое время. Хотя она частично возвращается в круговорот, но уже не в водоем-источник, а в атмосферу.

Главные нарушения влагооборота, вызванные антропогенной деятельностью:

• загрязнение воды при возвратном потреблении;
• ограниченное ее количество в источнике;
• при безвозвратном потреблении отвод воды влияет на экосистемы, которые располагаются ниже по течению источника.

Интересные факты о воде

Несколько интересных фактов о воде:

1. Организация ЮНЕСКО провела исследование с участием 122 государств, по результатам которого выяснилось, что самой чистой водой обладает Финляндия. На втором и третьем месте – Канада и Новая Зеландия.
2. Горячая вода замерзает быстрее холодной (парадокс Мпембы). Несмотря на множество попыток объяснить данное явление, ученые до сих пор не пришли к единому мнению.
3. Идеально чистая вода без примесей не замерзает при 0℃. Она может оставаться жидкой вплоть до -42℃, поскольку именно вокруг мельчайших частиц формируется лед.
4. Для людей вода является вторым после кислорода важнейшим веществом. За всю жизнь человек выпивает около 35 т.
5. На очищение загрязненных подземных вод требуется несколько тысяч лет.
6. ООН установила Международный день воды – 22 марта, когда проблеме ее чистоты уделяется особое внимание.
7. Всего 1% воды на Земле подходит для питья и использования в других целях. 2% содержатся в ледниках, а 97% составляет соленая вода.
8. Вода – универсальный растворитель, поскольку способна растворять полярные молекулы.
9. Вода – распространенное вещество в космосе. Однако там она существует лишь в форме льда и пара из-за высокого внутрижидкостного давления.
10. Уровень содержания воды в человеческом теле составляет 50-75%. Этот показатель зависит от возраста и веса.

Круговорот воды в природе – интересное видео