Почему не кончается вода на Земле?
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖНТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Гидросфера и ее роль в жизни человека
Выполнили: студентки 301 группы
Диденко Татьяна, Клименок Ксения
Новосибирск 2012
Содержание
Введение…………………………………………………………
1. Гидросфера…………………………
1.1.Понятие о гидросфере, ее границы, физические свойства.....
1.2.Химические особенности воды…………………………….
2. Круговорот воды……………………………………………
3. Почему не кончается вода на Земле?.....................................
4. Водный голод планеты………………………………………..
5.
Введение
Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды и ледники, снеговой покров, а также водяные пары в атмосфере. Гидросфера Земли на 94% представлена солеными водами океанов и морей, более 75% всей пресной воды законсервировано в полярных шапках Арктики и Антарктиды (табл.1).
Табл. 1. Распределение водных масс в гидросфере Земли
|
|
|
| Часть гидросферы | Объем воды, тыс. км3 | Доля в общем объеме вод, % |
| Мировой океан Подземные воды Ледники Озера Вода в почве Пары атмосферы Реки | 1 370 000 60 000 24 000 280 80 14 1,2 | 94,1 4,1 1,7 0,02 0,01 0,001 0,0001 |
1. Гидросфера
Понятие о гидросфере, ее границы, физические свойства
В настоящее время гидросферой принято называть водную оболочку Земли, включающую всю несвязанную воду независимо от ее состояния: жидкую, твердую, газообразную. Нижняя граница гидросферы принимается на уровне поверхности мантии (поверхности Мохоровичича), а верхняя проходит в верхних слоях атмосферы. Гидросфера включает в себя Мировой океан, воды суши - реки, озера, болота, ледники - атмосферную влагу, а также подземные воды, залегающие всюду на материках, на дне озерных и морских впадин и под толщей вечных льдов. Таким образом, являясь частью географической оболочки, гидросфера охватывает весь комплекс земных оболочек. Гидросфера непрерывна, как непрерывны лито- и атмосфера, и едина. Ее единство заключается в общности происхождения всех природных вод из мантии Земли, в единстве их эволюции, взаимосвязи всех видов вод и способности перехода одного вида вод в другой, в единстве их функций в природе (обмен веществами и энергией). Общий объем гидросферы по последним данным составляет около 1390 млн кубических километров. Предполагается, что это количество воды в течение геологического времени и практически остается неизменным, несмотря на продолжающее поступление воды из мантии и из Космоса (ледяные ядра комет; метеорное вещество, пыль) и потери ее за счет разложения воды фотосинтезом и диссипации легких газов в Космосе. В современную эпоху основные запасы воды сосредоточены в Мировом океане (96,5%). Пресных вод в гидросфере всего 2,58% от общих запасов воды. Больше всего пресных вод содержится в ледниках и снежном покрове Антарктиды, Арктики и горных стран (1,78% объема гидросферы или 69,3% от запасов пресных вод на Земле). Громадные запасы воды аккумулированы в литосфере. Доля пресных подземных вод от общего запаса пресных вод на Земле составляет 29,4%. На долю рек приходится 0,006%, пресных озер - 0,25%, на воду, содержащуюся в атмосфере,- 0,03% общего количества пресных вод.
|
|
|
|
|
|
Химические особенности воды
Вода - одно из самых удивительных соединений на Земле. Давно уже поражает исследователей необычностью многих своих физических свойств.
Только вода в нормальных земных условиях может находиться в трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном. Это обеспечивает вездесущность воды, она пронизывает всю географическую оболочку Земли и производит в ней разнообразную работу.
Переход воды из одного состояния в другое сопровождается затратами (испарение, таяние) или выделением (конденсация, замерзание) соответствующего количества тепла. На таяние 1 г льда необходимо затратить 677 кал, на испарение 1 г воды - на 80 кал меньше. Высокая скрытая теплота плавления льда обеспечивает медленное таяние снега и льда.
Если сравнить температуру кипения и замерзания гидридов, образованных элементами шестой группы таблицы Менделеева (селена H2Se, теллура Н2Те), и воды (Н2О), то по аналогии с ними температура кипения воды должна быть порядка -- 60° С, а температура замерзания -- ниже 100° С. Но и здесь проявляются аномальные свойства воды -- при нормальном давлении в 1 атм вода кипит при +100° С, а замерзает при 0° С.
|
|
|
Необычно изменяется и плотность воды. Как правило, максимальная плотность физических тел наблюдается при температуре затвердевания. Максимальная плотность дистиллированной I воды наблюдается в аномальных условиях -- при температуре I 4-3,98° С (или округленно +4° С), т.е. при температуре выше точки затвердевания (замерзания). При отклонении температуры воды от 4° С в обе стороны плотность воды убывает. Аномальное изменение плотности воды влечет за собой такое же аномальное изменение объема воды при нагревании: с возрастанием температуры от 0 до 4° С объем нагреваемой воды уменьшается и только при дальнейшем возрастании начинает увеличиваться.
Громадное значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью, в 3000 раз большей, чем воздух. Это значит, что при охлаждении 1 м3 воды на 1° С на столько же нагревается 3000 м3 воздуха. Поэтому, аккумулируя тепло, Океан оказывает смягчающее влияние на климат прибрежных территорий. В
Вода - универсальный растворитель, поэтому в природе не бывает химически чистой воды. Эта способность воды обеспечивает перенос веществ в географической оболочке, лежит в основе обмена веществами между организмами и средой, в основе питания.
Из всех жидкостей (кроме ртути) у воды самое высокое поверхностное натяжение и поверхностное давление. В силу этого капля воды стремится принять форму шара, а при соприкосновении с твердыми телами смачивает поверхность большинства из них. Именно поэтому она может подниматься вверх по капиллярам горных пород и растений, обеспечивая почвообразование и питание растений.
Вода обладает высокой термической устойчивостью. Водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород только при температуре выше 1000° С.
Химически чистая вода является очень плохим проводником электричества. Вследствие малой сжимаемости в воде хорошо распространяются звуковые и ультразвуковые волны.
Свойства воды сильно изменяются под влиянием давления и температуры. Так, при росте давления температура кипения воды повышается, а температура замерзания, наоборот, понижается. С повышением температуры уменьшаются поверхностное натяжение, плотность и вязкость воды и возрастают электропроводность и скорость звука в воде.
Аномальные свойства воды вместе взятые, свидетельствующие о чрезвычайно высокой ее устойчивости к воздействию внешних факторов, вызваны наличием дополнительных сил между молекулами, получивших название водородных связей. Суть водородной связи сводится к тому, что ион водорода, связанный с каким-то ионом другого элемента, способен электростатически притягивать к себе ион того же элемента из другой молекулы. Молекула воды имеет угловое строение: входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находится два протона, а в вершине - ядро атома кислорода. Из имеющихся в молекуле 10 электронов (5 пар) одна пара (внутренние электроны) расположена вблизи ядра кислорода, а из остальных 4 пар электронов (внешних) по одной паре обобществлено между каждым из протонов и ядром кислорода, тогда как 2 пары остаются неопределенными и направлены к противоположным от протонов вершинам тетраэдра. Таким образом, в молекуле воды имеется 4 полюса зарядов, расположенных в вершинах тетраэдра: 2 отрицательных, созданных избытком электронной плотности в местах расположения не поделенных пар электронов на 2 положительных, созданных ее недостатком в местах расположения протонов. Вследствие этого молекула воды оказывается электрическим диполем.
При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей. Этим объясняется высокая теплоемкость воды.
Водородные связи между молекулами воды полностью разрушаются при переходе воды в пар.
Сложность структуры воды обусловлена не только свойствами ее молекулы, но и тем, что вследствие существования изотопов кислорода и водорода в воде имеются молекулы с различным; молекулярным весом (от 18 до 22). Наиболее распространенной является “обычная” молекула с молекулярным весом 18. Содержание молекул с большим молекулярным весом невелико. Так, “тяжелая вода” (молекулярный вес 20) составляет менее 0,02% всех запасов воды. В атмосфере она не обнаружена, в тонне речной воды ее не более 150 г, морской- 160- 170 г. Однако ее присутствие придает “обычной” воде большую плотность, влияет на другие ее свойства. 5
Удивительные свойства воды позволили возникнуть и развиться жизни на Земле. Благодаря им вода может играть незаменимую роль во всех процессах, совершающихся в географической оболочке.
Круговорот воды
Круговорот воды на Земле называется гидрологическим циклом. Он включает поступление воды в атмосферу при её испарении и возвращение её назад в результате конденсации и выпадения осадков (Приложение 3).
Количество осадков – основной фактор, определяющий, какой тип экосистемы развивается на данной территории (от 0 до 3 м в год). Вода, выпадающая в виде осадков, может или впитываться в почву (инфильтрация), или стекать по ней (поверхностный сток). Впитавшаяся вода или удерживается почвой (капиллярная вода), или просачивается вниз по тропам и трещинам в земле (гравитационная вода) до малопроницаемого слоя горной породы или глины, заполняя все поры и трещины (грунтовые воды). Гравитационная вода становится грунтовой, когда достигает уровня грунтовых вод.
Слои пористого материала, по которым движется вода, называются водоносными горизонтами. Иногда водоносный слой выходит на поверхность, образуя естественные родники. Родники питают ручьи, реки и озёра, таким образом, грунтовые воды вновь становятся поверхностными. Поверхностная вода частично испаряется и вновь попадает в атмосферу и т.д.
Таким образом, круговорот воды в природе включает три основные петли:
1) поверхностный сток – вода становится частью поверхностных вод;
2) испарение (транспирация) – впитываемая почвой вода удерживается в качестве капиллярной, а затем возвращается в атмосферу, испаряясь с поверхности или поглощаясь растениями;
3) грунтовые воды – вода попадает под землю и движется сквозь неё, питая колодцы и родники, т.е. вновь попадает в систему поверхностных вод.
Круговорот воды в природе постоянно очищает и пополняет пресноводные системы. С осадками выпадает пресная вода, очищенная при испарении. Попадая на поверхность, дождевая вода захватывает частицы почвы, детрит с микроорганизмами, химикаты – образуется поверхностный сток, который загрязнён. При просачивании через грунт вода очищается. Таким образом, грунтовые воды – это обычно вода пресная и высокого качества, пригодная для питья. В цивилизованных странах для хозяйственно-питьевых целей до 80% используется вода подземных источников, в РФ – до 30%. Всякая вода, которую мы употребляем, изымается из кругооборота и возвращается, как правило, загрязнённая отходами различных производств.
Для снижения расхода пресной воды необходимо:
- внедрять капельное орошение (в США на орошение расходуется до 80% пресной воды);
- уменьшить расход воды на бытовые нужды (в среднем в России на одного жителя расходуется 400-600 л в сутки, а в странах Западной Европы – менее 200 л);
- уменьшить потери воды в водопроводно-канализационной системе;
- для многих технических нужд использовать предварительно очищенные от мусора ливневые стоки;
- шире внедрять водооборотные системы.
Почему не кончается вода на Земле?
Кровеносная система человека представляет собой замкнутую цепь, по которой беспрерывно течёт кровь, перенося кислород и углекислый газ, питательные вещества и отходы жизнедеятельности. Этот поток никогда не кончается, потому что представляет собой круг или кольцо, а, как известно, "у кольца нет конца". По этому же принципу устроена и водяная сеть нашей планеты. Вода на Земле находится в постоянном круговороте, и убыль её в одном звене сразу же восполняется за счёт поступления из другого. Движущей силой круговорота воды является солнечная энергия и сила тяжести. За счёт круговорота воды все части гидросферы тесно объединены и связывают между собой другие компоненты природы. В самом общем виде круговорот воды на нашей планете выглядит следующим образом. Под действием солнечных лучей вода испаряется с поверхности океана и суши и поступает в атмосферу, причём испарение с поверхности суши осуществляется, как реками и водоёмами, так почвой, растениями. Часть воды сразу возвращается с дождями обратно в океан, а часть переносится ветрами на сушу, где выпадают в виде дождей и снега. Попадая в почву, вода частично впитывается в неё, пополняя запасы почвенной влаги и подземных вод, частично стекает по поверхности в реки и водоёмы почвенная влага частично переходит в растения, которые испаряют её в атмосферу, и частично стекает в реки, только с меньшей скоростью. Реки, питающиеся водой из поверхностных ручьёв и подземных вод, несут воду в Мировой океан, восполняя её убыль. Вода испаряется с его поверхности, снова оказывается в атмосфере, и круговорот замыкается. Такое же движение воды между всеми компонентами природы и всеми участками земной поверхности происходит постоянно и беспрерывно в течение многих миллионов лет.
Надо сказать, что круговорот воды не полностью замкнут. Часть её, попадая в верхние слои атмосферы, разлагается под действием солнечных лучей и уходит в космос. Но эти незначительные потери постоянно восполняются за счёт поступления воды из глубинных слоёв земли при вулканических извержениях. За счёт этого объём гидросферы постепенно увеличивается. по некоторым расчётам 4 млрд. лет назад объём её составлял 20 млн. км3, т.е. был в семь тысяч раз меньше современного. В будущем количество воды на Земле, по-видимому, так же будет возрастать, если учесть, что объём воды в мантии Земли оценивается в 20 млрд. км3 – это в 15 раз больше современного объёма гидросферы. Сравнивая объём воды в отдельных частях гидросферы с притоком воды в них и соседних звеньев круговорота, можно определить активность водообмена, т.е. время, за которое может полностью обновиться объём воды в Мировом океане, в атмосфере или почве. Медленнее всего обновляются воды в полярных ледниках (один раз за 8 тыс. лет). А быстрее всего обновляется речная вода, которая во всех реках на Земле полностью меняется за 11 дней.
4.Водный голод планеты.
"Земля – планета поразительной голубизны"! – восторженно докладывали возвращавшиеся из далёкого Космоса после высадки на Луну американские астронавты. Да и могла ли наша планета выглядеть по-другому, если более 2\3 её поверхности занимают моря и океаны, ледники и озёра, реки, пруды и водохранилища. Но тогда, что означает явление, название которого вынесено в заголовках? Какой же "голод" может быть, если на Земле такое изобилие водоёмов? Да, воды на Земле более чем достаточно. Но нельзя забывать и о том, что жизнь планете Земля, как считают учёные, впервые появилась в воде, а лишь потом вышли на сушу. Свою зависимость от воды организмы сохранили в ходе эволюции в течение многих миллионов лет. Вода – главный "строительный материал", из которого состоит их тело. В этом легко убедиться, проанализировав цифры следующие таблицы:
Огурцы, салат 95
Помидоры, морковь, грибы 90
Груши, яблоки 85
Картофель 80
Рыба 75
Медуза 97-99
Человек 65-70
Содержание H2O в процентах к общему весу.
Последнее число этой таблицы свидетельствует о том, что в человеке весом 70 кг. содержится 50 кг. воды! Но ещё больше её в человеческом зародыше: в трёхдневном – 97%, в трёхмесячном – 91%, в восьмимесячном – 81%.
Проблема "водного голода" состоит в необходимости недержания определённого количества воды в организме, так как идёт постоянная потеря влаги в ходе различных физиологических процессов. Для нормального существования в условиях умеренного климата человеку необходимо получать с питьём и пищей около 3,5 литров воды в сутки, в пустыне это норма возрастает, как минимум до 7,5 литров. Без пищи человек может существовать около сорока дней, а без воды гораздо меньше – 8 дней. По данным специальных медицинских экспериментов при потере влаги в размере 6-8 % от веса тела человек впадает в полуобморочное состояние, при потере 10% - начинаются галлюцинации, при 12% человек уже не может восстанавливаться без специальной медицинской помощи, а при потере 20% наступает неизбежная смерть. Многие животные хорошо приспосабливаются к недостатку влаги. Наиболее известный и яркий пример этого – "корабль пустыни", верблюд. Он может весьма долго жить в жаркой пустыни, не потребляя питьевой воды и теряя без ущерба для своей работоспособности до 30% первоначального веса. Так, в одном из специальных испытаний верблюд за 8 дней работал под палящим летним солнцем потеряв 100 кг. из 450 кг. своего начального веса. А когда его подвели к воде, он выпил 103 литра и восстановил свой вес. Установлено, что до 40 литров влаги верблюд может получить путём преобразования жира накопленного в его горбу. Совершенно не употребляют питьевую воду такие пустынные животные, как тушканчики и кенгуровые крысы, - им хватает влаги, которую они получают с пищей, и воды, образующейся в их организме при окислении собственного жира, так же как у верблюдов. Ещё больше воды потребляют для своего роста и развития растения. Качан капусты "выпивает" за сутки более одного литра воды, одно дерево в среднем – более 200 литров воды. Конечно, это довольно приблизительная цифра – разные породы деревьев в разных природных условиях расходуют весьма и весьма различное количество влаги. Так растущий в пустыне саксаул тратит минимальное количество влаги, а эвкалипт, в который в некоторых местах называют "дерево-насос", пропускает через себя огромное количество воды, и по этой причине его насаждения используют для осушения болот. Так превратили в процветающую территорию заболоченные малярийные земли Колхидской низменности.
Уже сейчас около населения нашей планеты испытывают недостаток в чистой воде. А если учесть, что 800 млн. дворов в сельской местности, где живёт около ? всего человечества, не имеет водопровода, то проблема "водного голода" приобретает поистине глобальный характер. Особенно остра она в развивающихся странах, где плохой водой пользуется примерно 90% населения. Недостаток чистой воды становится одним из важнейших факторов, ограничивающих прогрессивное развитие человечества.
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 178; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!