Кругообіг води в природі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Єдність гідросфери

2. Глобальний кругообіг води в природі та його ланки

3. Активність водообміну

4. Водний баланс земної кулі, суходолу, океану

5. Внутрішньоматериковий вологообіг

6. Водні ресурси земної кулі, континенту, України

7. Вплив антропогенної діяльності та урбанізації на водні ресурси

Використана література

Вступ

гідросфера кругообіг вода суходол

Кругоомбіг водим -- безперервний процес обертання води на земній кулі, що відбувається під впливом сонячної радіації і дії сили тяжіння.

Випаровування за рік з поверхні Світового океану 448 тисяч кмі, з поверхні суші близько 71 тисяч кмі, сума опадів -- 519 тис. кмі при постійному вмісті води в атмосфері біля 13 тис. кмі.

Три чверті поверхні земної кулі вкриті водою. Водну оболонку землі називають гідросферою. Більшу її частину становить солона вода морів і океанів, а меншу -- прісна вода озер, річок, льодовиків, ґрунтові води та водяна пара.

На землі вода існує в трьох агрегатних станах: рідкому, твердому та газоподібному. Без води неможливе існування живих організмів. У будь-якому організмі вода є середовищем, у якому відбуваються хімічні реакції, без яких не можуть жити живі організми. Вода є найціннішою та найнеобхіднішою речовиною для життєдіяльності живих організмів.

1. Єдність гідросфери

Випаровування з поверхні земної кулі в середньому за рік складає 577 тис. км3 води. Із цього об'єму води 505 тис. км3 припадає на Світовий океан і 72 тис. км3 - на суходіл. Об'єм опадів, що випадають за рік на поверхню Світового океану, - 458 тис. км3. Надлишок вологи, що випарувалась (505 тис. км3 - 458 тис. км3) і не випала над океаном, буде дорівнювати 47 тис. км3. Цей надлишок переноситься атмосферною циркуляцією на континенти та острови. Цей річний об'єм води витрачається на формування річок, утворення озер, боліт, льодовиків і підземних вод, створює умови для існування і розвитку природного середовища і діяльності людини. Такий же об'єм води щорічно повертається в океан, причому на долю річкового стоку припадає біля 45 тис. км3, на долю підземного стоку, що не дренується річками, - близько 2 тис. км3.

2. Глобальний кругообіг води в природі та його ланки

Постійний обмін вологою між гідросферою, атмосферою і земною поверхнею, що складається з процесів випаровування, перенесення водяної пари в атмосфері, її конденсації в атмосфері, випадіння опадів і стоку, отримав назву кругообігу води в природі (вологообіг).

Атмосферні опади частково випаровуються, частково утворюють тимчасові та постійні водотоки й водойми, частково просочується в землю і утворюють підземні води. Сукупність водотоків та водоймищ у межах будь-якої території називається гідрографічною мережею. В кінці кінців опади в процесі руху знову досягають Світового океану.

Розрізняють декілька видів вологообігу в природі:

Великий, або світовий, кругообіг - водяна пара, що утворилася над поверхнею океанів, переноситься вітрами на материки, випадає там у вигляді атмосферних опадів і повертається в океан у вигляді стоку. У процесі вологообігу змінюється якість води: при випаровуванні солона морська вода перетворюється в прісну, а забруднена - очищається.

Малий, або океанічний, кругообіг - водяна пара, що утворилася над поверхнею океану, сконденсується і випадає у вигляді опадів знову в океан.

Внутрішньоконтинентальний кругообіг - вода, що випарувалась над поверхнею суходолу, знову випадають на суходіл у вигляді атмосферних опадів.

3. Активність водообміну

Швидкість перенесення різних видів води змінюється в широких межах, тому і періоди витрат, і періоди поновлення води також різні.

Вони змінюються від декількох годин до декількох десятків тисячоліть.

Рис. 1. Гідрологічний цикл

1 - хмари; 2 - опади; 3 - просочування води в землю; 4 - витрати підземних вод рослинністю; 5 - поглинання підземних вод; 6 - стік підземних вод у річки; 7 - стік підземних вод в океан; 8 - поверхневий стік; 9 - руслове накопичення; 10 - випаровування з падаючих краплин; 11 - випаровування з рослинного покриву; 12 - випаровування з озер, річок, ставків; 13 - випаровування рослинами (транспірація); 14 - випаровування з поверхні землі; 15 - випаровування з океану; 16 - стік в океан.

Води, що входять до складу живих організмів, поновлюються на протязі декількох годин. Це сама активна форма водообміну. Біологічна вода витрачається головним чином на транспірацію. Через транспірацію в атмосферу поступає більша частина ґрунтової вологи. Порівняно невелика частина ґрунтової вологи витрачається на стік у руслі річок.

Рис. 2. Кругообіг води в природі

Запаси ґрунтової вологи мають приблизно річний період накопичення і витрат. Атмосферна волога, що утворюється при випаровуванні води з океанів, морів та суходолу й існує у вигляді хмар, поновлюється в середньому через вісім днів. Дослідженнями встановлено, що одночасні об'єми води в річкових руслах (річищах) світу майже повністю поновлюються в середньому за 16 діб. У болотах вода витрачається в основному на випаровування з її поверхні і на транспірацію, а також на фільтрацію (в меншій мірі) в річища. Період поновлення вільних підземних вод земної кори до рівня мінус 2000 м складає близько 1400 років. Час поновлення запасів води в озерах змінюється в широких межах: для малих озер у посушливих областях - близько року, а для найбільш крупних озер - до декількох сот років. Наприклад, повне поновлення водних ресурсів найглибшого прісноводного озера Байкал відбувається на протязі 380 років. У середньому води озер повністю поновлюються на протязі 17 років. Щорічно поновлювані води озер складають близько 1 - 2 % їхнього об'єму. Період поновлення запасів води в гірських льодовиках складає близько 1600 років, у льодовиках полярних країн значно більше - близько 9700 років. Повне поновлення вод Світового океану відбувається приблизно через 2700 років. Ця цифра була отримана шляхом ділення об'єму вод океанів (1338,5 млн. км3) на щорічну витрату води з них на випаровування (505 тис. км3). Єдина водна поверхня Світового океану дорівнює 361,3 млн. км2 при середній глибині - 3,7 км. Світовий океан підрозділяється на океани, моря, затоки, бухти та протоки.

4. Водний баланс земної кулі, суходолу, океану

Співвідношення приходу і витрат води з урахуванням змін її запасів за вибраний інтервал часу для певного об'єкту називається водним балансом. Щоб скласти рівняння водного балансу земної кулі, запишемо умови рівняння приходу і витрат води в океані і на суходолі: Xo + Y = Eo; Xc - Y = Ec; де Хо - середньорічні опади на поверхні морів і океанів; Хс - середньорічні опади на поверхні суходолу; Ео - середньорічне випаровування з морів і океанів; Ес - середньорічне випаровування з поверхні суходолу; Y - середній річний стік річкових басейнів. Підсумовуючи попередні рівняння, маємо: Xо + Xс = Eо + Eс, тобто кількість води, що випаровується з поверхні океанів, морів і континентів, дорівнює кількості опадів, що випадають на ці ж самі поверхні. Математичний вираз, що визначає водний баланс, називається рівнянням водного балансу. Воно може бути складено для певного водного об'єкту (озеро, водосховище тощо), річкового басейну, ділянки території, гідрологічного району, країни, материка і земної кулі. Рівняння водного балансу висловлює закон збереження матерії. За площу басейну річки приймають площу поверхневого водозбору.

Рис. 3. Схема водного балансу басейну

1 - опади; 2 - інфільтрація; 3 - підземний стік; 4 - поверхневий стік; 5 - випаровування; 6 - капілярне підняття та випаровування.

Наведене вище рівняння висловлює також співвідношення між компонентами водного балансу для земної кулі. Попередньо вже наводились цифрові дані про випаровування і опади в одиницях об'єму води. Опади в метеорології звичайно визначаються висотою шару води, що випала за будь-який період. Якщо визначається період, на протязі якого могли випадати опади в рідкому та твердому стані, то для визначення суми опадів за цей період висота шару твердих опадів перераховується на рідкі опади. Об'єм вологи, що випарувалась, а також стік теж можуть бути виражені висотою шару води. Розділивши об'єм стоку на площу водозбору, отримаємо висоту шару стоку (табл. 1).

Таблиця 1 - Водний баланс Землі (мм за рік)

5. Внутрішньоматериковий вологообіг

Рівняння водного балансу континенту за багаторічний період записується наступним чином: Xа + Xе +Xк = Y + U + E, де Xа - опади, що випали за рахунок вологи, принесеної з океану та прилеглих територій; Xе - опади, що утворились за рахунок місцевого випаровування; Xк - конденсація вологи; Y - річковий стік; U - підземні води; E -сумарне випаровування. У практичних розрахунках компонентів водного балансу це рівняння використовують у спрощеному вигляді: X = Y + U + E, де Х - сумарні опади на континенті, включаючи сюди конденсацію вологи, яка в деяких регіонах може складати істотну величину (в зоні багаторічної мерзлоти, в пустелях тощо).

6. Водні ресурси земної кулі, континенту, України

Під водними ресурсами в широкому розумінні сприймаються всі види води, що знаходяться в Землі, на її поверхні і в атмосфері. У більш вузькому розумінні під водними ресурсами розуміються ті природні води, які можна використовувати в даний час, управляючи їх режимом, а також води, що можуть бути використані в найближчій перспективі й над управлінням якими йде робота. Таке визначення водних ресурсів відповідає їх економічному розумінню й знаходиться в тісному зв'язку з рівнем розвитку людського суспільства. Виходячи з цього визначення, в поняття "водні ресурси" включаються тільки прісні води суходолу, що безпосередньо використовуються або визначені для використання в процесі матеріального виробництва. На практиці до такої категорії доступних для використання вод зараз відносять річковий стік і придатні для експлуатації підземні води. Водні ресурси вважаються фізично невичерпними, але в своєму розміщенні та режимі стоку вони витримують прямий та опосередкований вплив інших компонентів природного комплексу та антропогенний тиск, в наслідок чого відрізняються значними коливаннями та нерівномірністю розподілу, а також по своїм якісним характеристикам. Із загальної площі земної кулі, що дорівнює 510 млн. км2, на Світовий океан припадає 361,3 млн. км2, або біля 71%. Частини суходолу, з яких вода у вигляді річкового стоку повертається в океан, називаються областями зовнішнього стоку (78%). Ділянки суходолу, що не мають стоку в океан, називаються областями внутрішнього стоку (22%). Загальні запаси води на Землі складають 1338 млн. км3. Із них прісних вод всього 35 млн. км3, тобто близько 2,5%. Однак роль і значення прісних вод в житті і діяльності людини виключно велика. Найбільш інтенсивно використовуються річкові води, що порівняно швидко відновлюються в процесі кругообігу. На їх долю від загальних запасів прісних вод припадає всього лише 0,006%. Друге місце по використанню займають підземні води і третє - води озер. Щорічно відновлювані природні ресурси підземних вод зон активного і порівняно активного водообміну приблизно можуть бути прирівняні до річного підземного стоку в річки. В середньому для всієї земної кулі частка підземних вод у річковому стоку близька до 30%. На сучасному етапі соціально-економічного розвитку України та її окремих регіонів, що характеризується збільшенням антропогенного навантаження на природу, особливо гостро стоїть проблема використання й охорони водних ресурсів країни. Основним джерелом формування та поповнення водних ресурсів служать атмосферні опади, розподіл яких досить нерівномірний. З цим в значній мірі пов'язані відмінності в природному забезпеченості України водними ресурсами. Важливим чинником, що впливає на формування водних ресурсів, є також випаровування з поверхні, яке зростає з північного заходу на південний схід.

Різниця між кількістю опадів і випаровуванням (величина стоку), а також відношення величини стоку з певної території до кількості опадів на цій території (коефіцієнт стоку) обумовлюють водозабезпеченість території, формуючи власні водні ресурси в об'ємі 50,7 км3/рік.

Таблиця 2 - Розподіл атмосферних опадів і величина випаровування на території України

Водні ресурси України складаються з місцевого стоку і транзиту. Останній надходить по Дунаю, Дніпру, Сіверському Дінцю та деяких інших водних артеріях. За межами країни формується близько 30 км3 стоку (загальний обсяг становить 210 км3). Річкова мережа України належить до басейнів Чорного та Азовського морів і частково (близько 4%) до басейну Балтійського моря (притоки Вісли - Сян і Буг). Всі річки території України належать до 10 основних басейнів. Найбільший з них басейн Дніпра.

На території України є майже 23 тис. річок і струмків, з яких 2 938 мають довжину понад 10 км і 116 - понад 100 км.

Таблиця 3 - Головні річки України та їх стік

В Україні зосереджено значні болотні масиви, які відіграють винятково важливу водоакумулятивну і водоохоронну роль. Загальна площа боліт становить 1,2 млн. га, в тому числі торфових - майже 1 млн. гектарів. Особливе місце в країні належить підземним водам. Вони найбільш чисті, і тому переважно використовуються для задоволення потреб населення. Їх запаси становлять близько 20 км3. Глибина залягання підземних артезіанських вод збільшується з півночі (від 100-150 м) на південь (до 500-600 м). Основна частина цих водних ресурсів зосереджена у західній та північній частинах країни. Розвідано понад 800 родовищ прісних вод; в них зосереджено близько третини прогнозних водних ресурсів. Моря України Моря - Чорне та Азовське - омивають на протязі майже 2 тисяч км південну частину України і відіграють важливу роль у розвитку та спеціалізації її господарства. В них знаходяться необхідні людині види тваринної та рослинної сировини, цінні мінеральні ресурси. Чорне море - це внутрішньоконтинентальне море Атлантичного океану. Воно омиває береги України, Росії, Грузії, Румунії, Болгарії та Туреччини. Максимальна протяжність моря зі сходу на захід становить 1160 км, а з півночі на південь - понад 600 км. Максимальна глибина - 2211 м. Довжина його берегів близько 3,4 тис. км, в тому числі в межах України - 1 540 км. У Чорне море щорічно надходить 310 млн. м3 прісної води, причому близько 65% дає Дунай. Випаровування становить 360 млн. м3, дефіцит поповнюється за рахунок середземноморських вод. Прозорість води поблизу берега становить 5-15 м, у відкритих районах - 24-28 м. Води моря насичені сірководнем, яким охоплено 87% усіх вод. Безсірководневий шар води розміщений у верхній частині і його товщина коливається в межах 100 - 200 м. Солоність чорноморської води неоднакова. Вона змінюється залежно від глибини, а також у регіональному відношенні. На значній відстані від берегів солоність води досягає 18-18,5‰, біля гирла річок - 1-10‰, а середня солоність становить 14‰. Азовське море являє собою внутрішнє море Атлантичного океану. Воно Керченською протокою сполучається з Чорним морем. Середня глибина моря - 7-10 м, максимальна - 13,5 м. Найбільша його протяжність з північного сходу на південний захід становить близько 360 км. Берегова лінія порізана плавними затоками. Солоність води порівняно невелика - близько 12‰, у східній частині моря - 4,4‰. Протягом року солоність зазнає великих коливань. Найбільшими притоками Азовського моря є річки Дон, Кубань, Міус, Кальміус, які впадають у його східній та північно-східній частинах, найбільше опріснюючи там морські води, збагачуючи їх поживними речовинами і підвищуючи температуру води. Влітку вона досягає 27-32оС. Взимку - від'ємна температура, на 3 місяці море замерзає по береговій лінії.

8. Вплив антропогенної діяльності та урбанізації на водні ресурси

Виробнича (господарча) діяльність людини при використанні водних ресурсів визначає значний вплив на кількісні та якісні характеристики водних об'єктів та їх гідрологічний режим. Антропогенні зміни водності річок можуть бути дуже значними. Зростання промисловості та народонаселення з їх концентрацією в крупних містах ускладнює використання водних ресурсів. Так виник новий напрямок у гідрології - вплив урбанізації на режим і якість вод (міська гідрологія).

Головні антропогенні чинники, що впливають на водні ресурси: регулювання стоку за допомогою водосховищ, зрошення та осушення земель, агротехнічні заходи, лісомеліорація, комунальне та промислове водоспоживання, урбанізація. Кількісна оцінка антропогенних змін водності річок складна, тому що вона відбувається на тлі просторово-часових коливань річкового стоку. Головна ж причина зміни водності річок - це коливання клімату. Найбільш істотний вплив на розподіл стоку на протязі року визначають водосховища та їх каскади, вирівнюючи стік шляхом його акумуляції під час повеней і збільшення витрат води у нижніх б'єфах у меженний період. Змінюється режим ґрунтових вод у зонах підтоплення, стік наносів і руслові процеси у верхніх і нижніх б'єфах. Так, наприклад, швидкість водообміну в гідрографічній системі Дніпра під впливом каскаду

водосховищ зменшилась у 10-20 разів. Водосховища, розташовані в зоні недостатнього зволоження, зменшують річний стік за рахунок збільшення площі випаровування. Вплив на стік малих водосховищ і ставків (а їх дуже багато) в цих зонах може бути досить значним, досягаючи 10-15 % і більше. Вплив на загальний річний стік агролісомеліоративних заходів (полезахисні смуги, лісові насадження тощо) не значний за рахунок зменшення площинного стоку, але збільшення підземного. Отже, агролісомеліорації не можуть привести до виснаження водних ресурсів. Вони є чинниками, що регулюють стік всередині року. Зрошувальні меліорації підвищують інфільтрацію води в ґрунт і стік ґрунтових вод. Підвищується надходження ґрунтових вод в зону аерації, і підвищується випаровування.

Найбільший вплив на водний баланс визначає випаровування з сільськогосподарських полів, інфільтрація на полях та з каналів. Зрошування, змінюючи мікроклімат поливних земель, впливає на розподіл стоку всередині року. Під впливом водозаборів літнього часу в районах інтенсивного зрошення стік зменшується на протязі вегетаційного періоду і дещо збільшується взимку. Осушувальні меліорації з послідуючим агротехнічним освоєнням боліт сприяє внутрішньорічному перерозподілу стоку. При цьому поверхневий стік зменшується завдяки акумулюючій ємності зони осушених боліт. Річний стік у перші роки після осушення боліт збільшується під впливом зменшення випаровування з водозбору і підвищеного ґрунтового живлення. В послідуючі роки об'єм річного стоку має тенденцію наближатись до початкових значень. Річний стік з урбанізованих територій більше, ніж з природних територій приблизно на 5 - 15 %. Це зумовлено збільшенням атмосферних опадів над містами (тепловий вплив міста і зміна циркуляції повітря), збільшенням поверхневого стоку, перекиданням вод у дане місто з інших басейнів річок, використанням для водопостачання міста підземних вод, що не мають гідравлічного зв'язку з річкою, що протікає через місто. Не можна не відмітити, що асфальтування міських територій понад потребу погіршує їх водний баланс.

Використана література

1. Агроклиматический атлас Украинской ССР. - Киев: Урожай, 1964.-37 с.

2. Агроклиматический справочник по Харьковской области. - Л.: Гидрометеоиздат, 1957.-179 с.

3. Александров Э.Л., Израэль Ю.А., Кароль И.Л., Хргиан А.Х. Озонный щит Земли и его изменения.- С.-Пб., Гидрометеоиздат, 1992. - 288 с.

4. Архангельский А.М. и др. Методика полевых физико-географических исследований. Учебное пособие для университетов и педвузов. - М.: Высшая школа, 1972. - 304 с.

5. Астапенко П.Д. Вопросы о погоде. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 240 с.

6. Атлас облаков. - Л.: Гидрометеоиздат, 1957.

7. Атлас составляющих теплового и водного баланса Украины. -Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - 170 с.

8. Баранов А.М., Соломин С.В. Авиационная метеорология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 391 с.

9. Басманов Є.І. Друковані праці.

10. Басманов Е.И. Климатология озона и возможность его долгосрочного прогнозирования. - Атмосферный озон.-Л.:ЛГМИ, 1988.- С. 36-42.

11. Басманов Е.И. Экологические проблемы атмосферного озона. - Современные направления географических исследований: Тем. сб. науч. тр. - Харьков: ХГУ, 1991. - С. 49-56.

12. Басманов Є.І. та ін. Географія України: Навч. посібник. - Харків, 1993. -

13. Борисенков Е.П., Пасецкий В.М. Тысячелетняя летопись необычайных явлений природы. - М.: Мысль, 1988. - 522 с.

14. Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 351 с.

15. Волошина А.П., Евневич Т.А., Земцова А.И. Руководство к лабораторним занятиям по метеорологии и климатологии. - М.: Изд-во МГУ,

Размещено на Allbest.ru