7.Круговорот воды в природе. Краткая характеристика

Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) — процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения, конденсации и осадков.

Три четверти поверхности земного шара покрыты водой. Водную оболочку земли называют гидросферой. Большую ее часть составляет соленая вода морей и океанов, а меньше - пресная вода озер, рек, ледников, грунтовые воды и водяной пар. На земле вода существует в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Без воды невозможно существование живых организмов. В любом организме вода является средой, в которой происходят химические реакции, без которых не могут жить живые организмы. Вода является самым ценным и самым необходимым веществом для жизнедеятельности живых организмов.

Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом её общее количество остаётся неизменным

Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название - круговорота воды в природе. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично просачиваются в землю и образуют подземные воды.

Различают несколько видов круговоротов воды в природе:

1. Большой, или мировой, круговорот - водяной пар, образовавшейся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: При испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная - очищается.

2. Малый, или океанический, круговорот - водяной пар, образовавшейся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.

3. Внутриконтинентальный круговорот - вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.

В конце концов осадки в процессе движения опять достигают Мирового океана.

Скорость переноса различных видов воды изменяется в широких пределах, так и периоды расходов, и периоды обновления воды также разные. Они изменяются от нескольких часов до нескольких десятков тысячелетий. Запасы почвенной влаги имеют примерно летний период накопления и расходов. Атмосферная влага, которая образуется при испарении воды из океанов, морей и суши и существует в виде облаков, обновляется в среднем через восемь дней. Воды, входящих в состав живых организмов, восстанавливаются в течение нескольких часов. Это наиболее активная форма водообмена. Период обновления запасов воды в горных ледниках составляет около 1 600 лет, в ледниках полярных стран значительно больше - около 9 700 лет. Полное обновление вод Мирового океана происходит примерно через 2 700 лет.

8.Энергообмен в процессе гидрологического цикла

Количество О2 , растворенного в мировом океане, оценивается в 7,5∙1012 т (около 0,6% от содержания в атмосфере). Его концентрация в поверхностных водах составляет обычно 2...8 мг/л и зависит от скорости физических и химических процессов – газообмена между океаном и атмосферой, переноса кислорода водными массами, интенсивности процессов фотосинтеза и потребления кислорода.

Обмен кислородом между атмосферой и гидросферой основан на уменьшении его растворимости при повышении температуры воды. Холодные воды приполярных районов поглощают кислород, а теплые тропические воды отдают его в атмосферу. В такой обмен вовлечено около 4480 Гт О2/год , причем потоки растворения и выделения считались практически равными. Однако в связи с глобальным потеплением средняя температура океана повысилась, так что в 1990-2000 гг. запасы растворенного в морской воде кислорода уменьшались на 1 Гт/год.

В поверхностных водах до глубин распространения дневного солнечного света фитопланктон осуществляет фотосинтез, при котором выделяется 288 Гт О2/год. Следует отметить, что биомасса океанического фитопланктона на несколько порядков меньше биомассы растений, однако за счет высокой скорости продукции фитопланктона количество фотосинтетического кислорода, образующегося в океанах, сопоставимо с континентальным

Суммарное дыхание автотрофов (водорослей) и гетеротрофов (животных, микроорганизмов) приводит к поглощению 258 Гт О2. Часть органического вещества, образуемого в этой зоне, осаждается в глубинные воды и разлагается гетеротрофами. На их дыхание ежегодно расходуется 30 Гт кислорода, транспортирующегося из поверхностных слоев воды. Таким образом, годичные потоки кислорода в океане хорошо сбалансированы.

Таким образом, в атмосферу выделяется ежегодно 3 Гт О2 от наземной биоты и 1 ГтО2 из океана. Это компенсирует только 13% антропогенного потребления кислорода, связанного с сжиганием топлива. Таким образом, общий баланс кислорода – отрицательный, в отличие от ситуации, имевшей место миллионы лет назад, когда происходило формирования кислородной атмосферы и биосферы современного типа.

В настоящее время идет снижение запасов атмосферного кислорода (на 14…20 Гт/год). Но в относительном выражении это снижение незначительно и составляет 0,0019% от его запаса в атмосфере. При нынешних темпах потребления человечеству нужно более 600 лет, чтобы уменьшить содержание О2 в атмосфере на 1%. Даже при полном исчерпании запасов ископаемого топлива (по различным оценкам его количество составляет до 24300 Гт КЭ) их атмосферы будет израсходовано не более 2% кислорода. Следует отметить, что в процессе формирования кислородной атмосферы на Земле произошло захоронение 32…42млн Гт КЭ органического вещества, которое рассредоточено в осадочных породах и практически недоступно для возвращение в круговорот. Именно недоступность углерода органического вещества осадочных пород и объясняет столь малую потенциальную возможность человечества влиять на содержание кислорода атмосферы.

Энергетика гидрологического цикла предложена Ю. Одумом

Энергетика гидрологического цикла представлена в виде двух путей: верхний приводится в движение солнечной энергией, а нижний отдает энергию рекам, озерам, заболоченным землям и выполняет работу, полезную для человека, например ГЭС. Поверхностный сток пополняет резервуары грунтовых вод и сам пополняется от них

Различные физические, химические и биологические процессы объединяются, образуя единую природу океана — древнейшую область биосферы Земли. Со времени образования океана протекало изменение его природы под воздействием различных природных процессов (солнечного излучения, геологических и геохимических факторов) и, что весьма важно, биологических процессов. Биологические процессы проявлялись и проявляются в развитии живых организмов, в усвоении солнечной энергии и накоплении свободной энергии в самих телах организмов, в биологической продуктивности и осадкообразовании на всей площади дна Мирового океана, в формировании различного рода органогенных илов.

Наиболее чистые атмосферные воды содержат 10—50 мг/л растворенных веществ. Морская (океаническая) вода представляет собой раствор, содержащий в среднем в 1 кг 35 г вещества. Можно считать, что в морской воде присутствуют все химические элементы таблицы Менделеева. Однако преобладающая часть растворенных веществ сложена немногими химическими элементами: натрий, магний, кальций, хлор, углерод, сера. Они находятся в морской воде в виде ионов различного типа. Например, можно выделить катионы: Na1+, Mg2+, Са2+ и анионы С11-, SО42-; HCO31-; .СО32-

Другие химические элементы присутствуют в морской воде в более низких концентрациях, чем главные ионы. Некоторые элементы, несмотря на относительно низкую концентрацию, играют важную роль в химических процессах моря и в морских организмах. Здесь ведущая роль принадлежит азоту, фосфору, кремнию, усваивающимся живыми организмами, а их концентрация в морской воде контролируется ростом и размножением морских животных и растений.