Лекція 2 ВОДНИЙ ЦИКЛ
Що таке водний цикл?
Що таке водний цикл? Я можу легко відповісти, що - це - "я" всюди! Водний цикл, також зазвичай відомий як гідрологічний цикл, або круговорот води в природі, описує існування і рух води над, по, і всередині Землі. Вода Землі завжди знаходиться в русі і завжди змінює форми, від рідини до пари, льоду і назад. Водний цикл триває протягом мільярдів років, і все життя на Землі залежить від продовження його роботи; Земля була б складним місцем для життя без нього.
Короткий огляд водного циклу
Водний цикл не має початкової точки, ми почнемо з океанів. тому що більшість води на Землі є тут. Сонце, яке управляє водним циклом, нагріває воду в океанах. Частина цієї води випаровується, і у вигляді пари надходить в повітря. Випари також відбуваються в прісноводних озерах і річках. На землі відбуваються випаровування і з грунту. Висхідні руху повітря переносять пар в атмосферу. Тут більш низька температура призводить до конденсації пари і формування хмар. Перебіг повітряних мас переносить хмари навколо земної кулі. Частинки хмари стикаються, ростуть і випадають на землю у вигляді опадів. Невелика кількість води залишається в атмосфері від випаровування і надходить до льодовиках. Сніг і лід може сублімувати прямо на водяну пару. Частина опадів ми можемо спостерігати у вигляді снігу, який може накопичувати в льодовиках. У більш теплих місцях сніг тане з приходом весни, і тала вода тече по поверхні, потрапляючи в річки, які впадають в моря і океани. При цьому досягається кінцева точка циклу у кругообігу води в природі.
Частина водного циклу потрапляє в річки, і ця вода рухається знову до океанів, а частина прісних вод накопичується в озерах. Велика частина води просочується в землю і лише трохи води проникає в глибокі горизонти і поповнює водоносні пласти, які зберігають величезні кількості прісної води протягом довгого часу.
Деяка частина води близько розташованих до земної поверхні горизонтів, може фільтруватися назад в приповерхневих водні шари, формуючи грунтові води. Через якийсь час і ця вода продовжує цикл, щоб знову потрапити в океан, де водний цикл "закінчується" і .... починається знову.
Місця скупчення великої кількості всієї води на Землі - це океани. Відомо, що из 1 386 000 000 кубічних кілометрів (321 000 000 кубічних миль) води, приблизно 1 338 000 000 кубічних кілометрів знаходяться в океанах. Це - приблизно 96.5% від усього обсягу води. Також відомо, що океани поповнюють приблизно 90% випарів води (викликане нагріванням їх поверхні від сонця), ці випари входять в водний цикл. Океани сприяють регулювання клімату за рахунок теплих і холодних течій.
Протягом більш холодних кліматичних періодів формується більше льодовиків, які зменшують кількість води в океанах. Зміни відбуваються під час теплих періодів. Протягом останніх стадій льодовикового періоду льодовики акумулювали майже одну третину маси води Землі. При цьому рівень океанів був приблизно на 122 м нижче, ніж сьогодні. Приблизно 3 мільйони років тому, коли Земля була теплішою, рівень океанів, можливо, був на 50 м вище.
Випари - це зворотний процес конденсації. Етопроцесс, при якому вода перетворюється з рідини в пар. При цьому потрібна енергія (висока температура), щоб розірвати зв'язки між молекулами води, цим пояснюється, чому вода швидко випаровується в точці кипіння (100 ° C), але повільніше - при більш низьких температурах. Випари також зменшують температуру навколишнього середовища, цим пояснюється той факт, чому вода, яка випаровується від вашої шкіри, охолоджує вас.
Випари з океанів - первинний шлях надходження води в атмосферу. У глобальному масштабі, кількість води, що випарувалася дорівнює кількості води, що повертається на Землю у вигляді опадів. Після випаровування молекула води перебуває в середньому 10 днів в повітрі.
З точки зору водного циклу, сублімація найчастіше використовується, щоб опісатьпроцесс перетворення снігу і льоду в пару, минаючи стадію танення. Фактично не просто бачити як відбувається таке випаровування, по крайней мере, з поверхні льоду. Кращий спосіб спостерігати візуально сублімацію - це використовувати твердий вуглекислий газ (сухий лід), як це показано на малюнку.
Сублімація відбувається з більшою інтенсивністю, коли присутні певні погодні умови типу низькій відносній вологості і сухих вітрів. Вона також відбувається більш інтенсивно на великих висотах, де тиск повітря менше, ніж в більш низьких місцях. Для цього необхідна також і енергія, наприклад сонячне світло. Якби потрібно було вибрати місце на Землі, де сублімація трапляється часто, то я вибрав би південну сторону Евересту. Низькі температури, сильні вітри, інтенсивний сонячне світло, дуже низький тиск повітря - все це необхідні умови для сублімації.
Що таке евапотранспіраціі?
Термін евапотранспіраціі може мати кілька смислів. В цілому евапотранспіраціі - це сума випаровування і транспірації. В окремих визначеннях включається і випаровування з поверхні водних тіл, навіть океанів. Але оскільки ми обговорюємо процес випаровування, то під терміном евапотранспіраціі ми не будемо враховувати випаровування з водної поверхні. Тому, ми визначимо евапотранспіраціюкак воду, втрачену в атмосферу від поверхні Землі, випаровування від капілярної зони дзеркала грунтових вод і транспірації підземної води рослинами, коріння яких забирають воду з капілярної зони вище дзеркала грунтових вод.
Транспірація - вилеленіе вологи листям рослин
Транспірація - це частина евапотранспіраціі - це, по суті, випаровування води через листя рослин. Дослідження показують, що транспирация відповідає приблизно за 10% вологи в атмосфері, разом з океанами, морями, і іншими водними тілами (озера, річки, струмки) забезпечуючи майже 90%. Тільки незначна частина надходить через сублімацію (перетворення льоду в водяна пара минаючи рідку фазу).
Вода в атмосфері
Вода існує в атмосфері у вигляді пари, хмар і вологості. Хоча атмосфера не може містити багато води, вона транспортує її в величезних кількостях навколо земної кулі. Оцінка обсягу води в атмосфері в будь-який момент - приблизно 12 900 кубічних кілометрів і якби весь час йшов дощ, це відразу була б покрита поверхня Землі шаром води в 2.5 сантиметри.
Якщо хмари складаються з частинок вологи, тоді вони повинні мати вагу і щільність. Питання чому хмари плавають в тому, що щільність того ж обсягу речовини хмари менше, ніж щільність сухого повітря. Точно як нафта плаває на поверхні води, тому що її щільність нижче, ніж щільність води. Вологе повітря хмари теж менш щільний, ніж сухе повітря.
Конденсація - протилежність випаровуванню, являетсяпроцессом, в якому водяна пара з повітря перетворюється в рідину. Конденсація дуже важлива для водного циклу, тому що вона відповідає за створення і формування хмар і, відповідно, за опади. Навіть при тому, що хмари відсутні в абсолютно ясному синьому небі, вода все ж таки присутня в формі водяної пари і крапельок, які є занадто маленькими, щоб бути помітними. Хмари формуються в атмосфері, тому що повітря, що містить водяні пари, охолоджується і конденсується. Конденсація також відповідає за туман, за потіння ваших склянок, коли Ви йдете з холодного місця на відкритому повітрі в гарячий, за крапельки води, які капають з зовнішньої сторони вашого склянки, а також - за крапельки на внутрішній частині вікон будинку в холодний день.
Осадкі- це вода, що випала з хмар у формі дощу, дощу зі снігом, снігу. Це той шлях, по якому вода з атмосфери повертається на Землю. Хмари містять водяну пару і крапельки, які є занадто маленькими, щоб падати як опади, але досить великими, щоб формувати видимі хмари. Для того, щоб випали опади, необхідно, щоб спочатку крихітні водні крапельки сконденсировались на пилу, солі, або частинках диму. Тоді водяні крапельки стикаються і стають досить великими, щоб падати на Землю. Мільйони крапельок хмари створюють єдину краплю дощу. Всесвітній рекорд среднеежегодного зливи належить містечка Вайалеіле, Гаваї, де він становить в середньому близько 1 140 см в рік. Навпаки, в Африці, Чилі, дощу не було протягом 14 років.
Збереження води в льоду і в снігу
Частина води на Землі укладена протягом відносно тривалого періоду часу в льодовиках. Більшість, майже 90%, крижаної маси Землі знаходиться в Антарктиді, в той час як шапка льоду острова Гренландія містить майже 10% від усієї глобальної крижаної маси. Льодовики ростуть і тануть через якийсь час, тому що клімат, в глобальному масштабі, завжди змінюється, в минулому були теплі і холодні періоди.
Л
Танення снігу і його шлях до течіям
У всьому світі, танення снігів - головна частина глобального руху води. У більш холодному кліматі велика частина танення має місце в весняну пору, коли збільшується паводок в річках. Він прибуває за рахунок талого снігу і льоду. Крім повені, швидке танення снігів можуть викликати зсуви. Танення снігів змінюється в залежності від сезону, а також і року. Якщо в якийсь рік зимовий снігопад в регіоні невеликий, то спостерігається недолік збереженої води, оскільки сніговий покрив може зменшити кількість водної маси, що надійшла в іншу частину року. Це може мати певний вплив на кількість води в басейнах, розташованих вниз за течією, які в свою чергу, можуть вплинути на воду, доступну для іригації і питного водопостачання людей.
Поверхневий стік є стік по ландшафту в понижені місця. Як і у всіх інших складових водного циклу, взаємодія між випаданням опадів і поверхневим стоком змінюється в залежності від часу і географічного положення. Тільки близько однієї третини опадів стікає в струмки, річки і повертається в океани. Інші дві третини опадів випаровується, транспірірующей, або просочується в підземні води. Поверхневий стік може також використовуватися людьми для їх власних потреб.
Велика кількість води запасене в гірських породах Землі. Тут вода може переміщатися, можливо, дуже повільно, і це все ще представляє частину водного циклу. Більшість води в підземних горизонтах походить від атмосферних опадів, які проникають всередину з поверхні Землі. Верхній шар грунту - ненасичена зона, де вода присутня в кількостях, які змінюються, але не насичує грунт. Нижче цього шару - насичена зона, де всі вільні місця між частинками гірської породи наповнюються водою. Термін підземна вода в гірських породах Землі використовується, щоб описати цю область. Величезні кількості води в гірських породах накопичені в водоносних шарах, і люди в усьому світі залежать від кількості підземних вод.
Розвантаження підземної води
Розвантаження грунтовій води-рух води з гірських порід на земну поверхню. Не всі опади, які потрапляють в грунтові води, залишаються там - частина їх починає рухатися латерально. Частина цієї води витече з підземних горизонтів в поверхневі водотоки, а потім - в океан. Вода, що рухається під землею, залежить від проникності (наскільки легким або утрудненим є цей шлях для води) і від пористості (відкритої площі в гірській породі) гірських порід. Якщо параметри гірської породи дозволяють воді переміщатися відносно вільно, то вода може подолати довгі відстані під землею через багато днів.
Джерела - виходи води, коли біля підніжжя пагорба, підстави долини або іншого місця підземні води мають вихід на поверхню. Джерела - результат розвантаження заповненого водоносного шару, коли вода виходить за його межі на поверхню землі, або в дно річки, озера, моря.
Багато теплих джерел зустрічається в областях недавньої вулканічної діяльності, де вода нагріта внаслідок контакту з гарячими гірськими породами, розташованими набагато нижче поверхні землі. Гарячі джерела можуть формуватися там, де вода з глибоких і більш теплих горизонтів знаходить вихід до поверхні землі.
Глобальне розподіл води
Для детального пояснення того, де і в якому вигляді існує вода на Землі, нижче наведені діаграма і таблиця даних. Зауважте, як з усієї води світу приблизно 1 386 млн км 3 води, більш ніж 96% - займають солоні води. Крім того, більш ніж 68% прісної води знаходиться в льодах і льодовиках. Інші 30% прісних вод відносяться до підземним водам. Прісні поверхневі водні джерела, типу річок і озер, складають приблизно 93 100 км 3. що становить всього 1/150-ті від одного% всієї води. Всі річки і озера - джерела води для більшості людей, які використовують її кожен день.
Оцінка глобального розподілу води: