Вода в биосфере

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Известно, что человеческий организм почти на 65% состоит из воды. Вода входит в состав тканей, без нее невозможно нормальное функционирование организма, осуществление процесса обмена, поддержание теплового баланса, удаление продуктов метаболизма и т.д.

Потеря организмом большого количества воды опасна для жизни человека. В жарких районах без воды человек может погибнуть через 5-7 суток, а без пищи при наличии воды человек может жить длительное время. Даже в холодных поясах для сохранения нормальной работоспособности человеку нужно около 1, 5-2, 5 литров воды в сутки.

Если количество воды, которое теряет человек, достигает 10% массы тела в сутки, наступает значительное снижение работоспособности, а если оно возрастает до 25%, то это обычно приводит к смерти. Даже при большой потере воды все нарушенные процессы в организме быстро восстанавливаются, если организм пополнится водой до нормы.

Использование в быту. Еда и напитки: Вода, используемая для питья, приготовления пищи, льда, напитков, консервов, и многих других пищевых продуктов, только маленькая часть обширного спектра ее применения. Это требует соблюдения стандарта качества на питьевую воду

Промышленное применение. Использование воды в промышленности зависит от характера и объема промышленности конкретного региона. Это могут быть системы охлаждения и отопления, производство пищевых продуктов, переработка отходов производства и т.д.

Недостаток влаги служит ограничивающим фактором, определяющим границы жизни и ее зональное распределение. При недостатке воды у животных и растений вырабатываются приспособления к ее добыванию и сохранению.

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

Моря теряют из-за испарения больше воды, чем получают с осадками, на суше -- положение обратное. Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом её общее количество остаётся неизменным.

Три четверти поверхности земного шара покрыты водой. Водную оболочку Земли называют гидросферой. Большую ее часть составляет соленая вода морей и океанов, а меньшую -- 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.

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.

круговорот вода природа гидрологический

1. Состояния воды

Вода в природе может встречаться в трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Вода способна переходить из одного состояния в другое- из твердого в жидкое ( таять), из жидкого в твёрдое ( замерзать), из жидкого в газообразное (испаряться), из газообразного в жидкое, превращаясь в капельки воды.

Жидкая вода на поверхности планеты бывает двух видов: соленая и пресная. Соленая вода находится в морях и океанах, пресная - в реках, озерах, ручьях, водохранилищах, болотах. Подземные воды могут быть как пресными, так и солеными. В таком случае последние называются минеральными водами.

Площадь морей и океанов на Земле во много раз превосходит площадь всех рек, озер, болот и водохранилищ вместе взятых. Поэтому, соленой воды на нашей планете во много раз больше, чем пресной.

Вода в твёрдом состоянии может быть представлена в виде снега и льда. Лед на Земле находится в ледниках. Ледники могут быть горными и покровными. Горные ледники находятся на наиболее высоких горных вершинах, где из-за низких температур в течение всего года выпавший снег не успевает таять. Наиболее крупные ледники находятся в горах Кавказа, Гималаев, Тянь-Шаня, Памира.

Газообразная вода - это водяной пар в атмосфере, который мы видим с земли в виде облаков. Облака образуются на разных высотах, и поэтому имеют разный вид и форму. В зависимости от этого облака делят на слоистые, перистые, кучевые и т.д.

Различают несколько видов круговоротов воды в природе:

Большой, или мировой, круговорот -- водяной пар, образовавшийся 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.

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

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.

2. Круговорот воды в природе

Рис 1. Круговорот воды в природе

Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. Упрощенно говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее.

В этом случае часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая - питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые для жизнедеятельности самих растений.

Наиболее замедленной частью круговорота воды является деятельность полярных ледников, что отражают медленное движение и скорейшее таяние ледниковых масс. Наибольшей активностью обмена после атмосферной влаги отличаются речные воды, которые сменяются в среднем каждые 11 дней. Чрезвычайно быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота являются отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.

Круговорот воды на поверхности Земли складывается из 520 тыс. км выпадающей и такой же массы испаряющейся воды. При этом на континентах выпадает в год 109000 км, а испаряется 72000км. Разница в 37000 км и есть цифровое значение полного речного стока. С поверхности Мирового океана испаряется воды больше (448000 км ), чем выпадает осадков (441000 км ). Разность покрывается стоком речных вод.

Огромный круговорот воды сопровождает процесс созидания органического вещества. Выделяемый растениями кислород образуется при реакции фотосинтеза за счет расщепления воды. На фотосинтез расходуется всего около 1% воды, проходящей из почвы через растения в атмосферу. Чтобы вырастить 1 ц пшеницы, растения должны пропустить через себя не менее 10000 кг воды. По расчетам, при формировании общепланетарной биомассы всех ныне существующих живых организмов в результате фотосинтеза было расщеплено такое количество воды, которое в 3, 5 раза больше количества, находящегося во всех реках мира.

Время, необходимое для прохождения всей воды нашей планеты через систему биологического круговорота, можно определить следующим образом. Общая масса воды в наружных оболочках Земли - земной коре, гидросфере и атмосфере составляет 160000000 млрд. т. Масса воды, захватываемая годовой продукцией фотосинтезирующих организмов, около 800 млрд.т/г. Период полного оборота всей воды в процессе образования живого вещества примерно 2 млн. лет. Таким образом, вся огромная масса гидросферы Земли за 2 млн. лет проходит через растительные организмы, масса которых ничтожно мала по сравнению с водной оболочкой.

Круговые движения воды не ограничиваются поверхностью Земли. Значительное количество воды присутствует в горных породах в виде пленочных и поровых вод, еще больше входит ее в состав минералов, образующихся в зоне гипергенеза. Все глинистые минералы, оксиды железа и другие распространенные в этой зоне соединения содержат в своем составе воду. Подсчитано, что в 16-ти километровом слое земной коры содержится примерно 200 млн. км воды. Поступая в глубинные зоны земной коры, связанные формы воды постепенно освобождаются и включаются в метаморфические, магматические и гидротермические процессы.

В качестве основных видов (составляющих) единой геологической формы движения материи применительно к движению собственно подземных вод обычно рассматриваются два основных вида круговорота воды в земной коре -- гидрогеологический и геологический (рис. 2).

Рис.2. Взаимосвязь гидрологического и геологического круговоротов воды.

Гидрогеологический круговорот воды в земной коре чаще рассматривается как составная часть более сложного гидрологического (климатического) круговорота воды на планете применительно к движению подземных вод.

Гидрогеологический круговорот объединяет движение парообразной, просачивающейся и физически связанной воды в зоне аэрации; переходы воды из твердого состояния в жидкое и обратно в пределах криолитозоны; движение парообразной, физически связанной и свободной гравитационной воды в зоне полного насыщения. Через поверхность земли эта ветвь подземного круговорота теснейшим образом связана с процессами, протекающими в атмосфере и поверхностной гидросфере планеты, и через зону надкритических вод -- с процессами, происходящими в нижней части земной коры и верхней мантии (рис. 2). Важнейшей составной частью гидрогеологического круговорота воды является движение свободных (гравитационных) подземных вод в пределах зоны полного насыщения.

Геологический круговорот воды в земной коре обусловлен непрерывным движением отдельных ее участков в связи с общей тектонической жизнью Земли. Начало круговорота связано с бассейнами осадконакопления на стадии формирования геосинклинального прогиба. В начальный этап структурного развития происходит накопление огромных толщ осадочных пород, преимущественно морского происхождения. В них захороняется большое количество седиментационных вод. Геологический круговорот воды -- непрерывный обмен водой между океаном, сушей и недрами Земли -- происходит на суше и в океане в основном в тех зонах, где находятся границы литосферных плит. Вдоль одних границ плит существуют гигантские трещины, называемые рифтовыми, или зонами спрединга. В этих зонах плиты отодвигаются друг от друга.

3. Объём гидросферы Земли

Таблица 1. Объём гидросферы Земли.

В соответствии с гипотезой о происхождении Земли путём аккумуляции первично холодной космической материи с последующим уплотнением, разогревом в результате распада радиоактивных элементов и гравитационной дифференциацией вещества формирование гидросферы в настоящее время связывают главным образом с процессами направленного выплавления и необратимой дегазации вещества мантии.

Вода образующаяся непосредственно из летучих компонентов магмы путём формирования молекул H₂O при взаимодействии водорода и кислорода, получила название первичной, или ювенильной воды. Согласно современным геологическим представлениям, гидросфера на Земле существовала во все геологические времена. По мнению большинства исследователей формирование основной массы ювенильной воды и образование гидросферы Земли практически в её современном объёме произошло в течении архейской эры, т.е. на самой ранней стадии геологической истории Земли. По мнению других процессы дегазации мантии и, следовательно, формирование гидросферы Земли происходит примерно с одинаковой скоростью. Тогда процесс формирования ювенильных вод характеризуются средними величинами порядка 0, 5 км³/год (16м³/с)¹.

Наряду с основным процессом формирования гидросферы за счет дегазации мантии в настоящее время рассматриваются и принципиально другие возможные пути поступления воды в гидросферу планеты. Так, по мнению В.Ф. Дерпгольца (1962), в гидросфере планеты может содержаться порядка 100 тыс. км3 воды, поступившей на Землю с астероидными телами (метеориты) Солнечной системы (менее 0, 005% от современного объема гидросферы). Еще одним потенциально возможным источником воды является образование молекул Н₂ 0 путем синтеза атомов кислорода и водорода в верхних слоях атмосферы (на высоте 230--250 км).

По современным представлениям образование воды идет здесь одновременно с процессами диссоциации молекул Н ₂ 0 и диссипации атомов водорода в космическое пространство, так что роль этого источника на современном уровне знаний представляется проблематичной (Пиннекер, 1980).

Современные представления о строении гидросферы планеты и единстве природных вод Земли определяют необходимость совместного рассмотрения законов формирования природных вод, связанных с различными геосферами планеты. Как было указано во введении, воды Земли изучаются комплексом наук, среди которых основными (по изучению гидросферы планеты) являются: океанология, гидрология суши, гидрогеология и метеорология.

Каждая из этих наук наряду с изучением форм существования, состава и законов движения воды в пределах конкретных частей и элементов гидросферы планеты (различных геосфер планеты) занимается изучением процессов водообмена между геосферами Земли, отдельными частями и элементами гидросферы, т.е. процессов взаимодействия природных вод.

Заключение

В биосфере, как и в каждой экосистеме, постоянно осуществляется круговорот углерода, азота, кислорода, фосфора, серы и других химических элементов. Энергия поступает в экосистемы во время фотосинтеза, а рассеивается главным образом в виде тепла, когда организмы используют ее для своей жизнедеятельности. Вследствие непрерывно происходящих потерь энергии необходимо, чтобы она столь же непрерывно поступала в экосистемы в виде энергии солнечного света. В отличие от этого вода и элементы питания совершают непрерывный круговорот.

Рассмотренная мною тема является очень актуальной в свете современной экологической ситуации. Вода - это источник жизни на земле. Но, как выясняется не бесконечный. Дело в том, что загрязнение водных ресурсов земли имеет в настоящий момент глобальный характер.

Очень важно обеспечить «природе» нормальное функционирование ее базовых циклов обмена веществ.

Список использованных источников

1. В.А. Всеволжский Основы гидрогеологии основана в 2002 году по инициативе ректора МГУ им. М.В. Ломоносова академика РАН В.А. Садовничего.

2. Мирасов О.Б. Физика вокруг нас. - М., 2006.

3. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 т. - М.:Мир, 2006.

4. Одум Ю. Экология: В 2 т. - М.: Мир, 2003.

5. Реймерс Н. Ф. Охрана природы и окружающей человека Среды. - М., 2004.

6. Семенов В.П. Кашина О.М. Физические процессы в природе. - М., 2006.

7. Стадницкий Г. В., Родионов А. И. Экология. - М.: Высш. шк., 2006.

8. Фазилов Н.Р. Физика природы. - М., 2000.

Размещено на Allbest.ru