Круговорот воды и энергии в природе. Круговорот воды в природе

Немало сказано и написано. Она является пристальным предметом наблюдения, исследования и споров. Сходятся только в одном – в ее бесценности и незаменимости. Голубыми артериями она проникает во все процессы и организмы на планете, делая их живыми. Тем более, все сферы деятельности, биомеханизмы и существа на Земле переплетаются и взаимодействуют друг с другом. Ничто и никто не существует просто так, без причины. Всё — цепочки жизни, и исключение одного звена, может привести к катастрофическому дисбалансу. Как говорят приверженцы теории хаоса: «взмах крыльев бабочки в одном конце земли, может привести к урагану на другом».

Как зародилась вода

Так, откуда же живительная влага появилась на Земле. Здесь также нет единого мнения. Мир разделился на два лагеря противоположных теорий – «космической холодной» и «земной горячей». Первая, описывает возникновения воды из куска льда. Миллиарды лет назад на нашу планету активно падали метеориты, кометы, осколки различных космических тел, принося с собой влагу и различные органические соединения. А на месте, где сейчас находится Тихий океан, приземлился гигантский ледяной астероид. Он постепенно таял, распространяясь по Земле и заполняя впадины, двигался в ее глубь.

Многие за космическую теорию происхождения воды

Однако, противники считают эту теорию несовместимой с жизнью. Моря и океаны, в отличии от пресных водоемов, содержат дейтерий, так называемый «тяжелый водород». Космические тела, также содержат это вещество, но в гораздо больших количествах.

«Горячая» теория предлагает рассмотреть третью планету от Солнца, как горящий шар. Считают, что всё началось с огромного газопылевого облака, где жидкость удерживалась частичками пыли при температуре выше 600 градусов Цельсия. А когда начался процесс остывания, вода начала выделяться и испаряться, как пот на поверхности Земли. Не надо , она возникла благодаря природному круговороту.

Круговорот воды

Круговоротом воды в природе называют ее циклическое перемещение в биосфере. Другими словами, жидкость испаряется с поверхности земли, пресных, соленых водоемов и переносится воздушными потоками. Также, составляющими этого процесса являются атмосферные осадки и подземные воды.

В чем суть

Давайте рассмотрим особенности уникального явления природы.

Вода занимает ¾ территории Земли, при чем большая часть (около 97%) принадлежит соленой.
Из-за испарения, моря в отличии от суши теряют больше влаги, чем получают с осадками. Но, благодаря постоянной циркуляции, количество жидкости остается неизменным.
Круговорот осуществляется еще и из-за способности воды быть в трех состояниях: жидком, газообразном и твердом. Постоянно идут процессы взаимообмена между водной, воздушной и земной поверхностями. Это конденсация, движение паров, различные стоки, выпадения атмосферных осадков в виде дождя, снега или града.
Благодаря солнечному свету, влага испаряется, просачивается в грунт, образуя водоемы и насыщая подземные источники.
Часть осадков накапливается в ледниках, оставаясь в них от пары месяцев до сотен лет.
Под землей также идет обмен – грунтовые источники взаимодействуют с сушей в виде родников и глубинных скважин.
Чтобы продолжить круговорот, вода рано или поздно, обратно вернется в океан.

Для визуализации видео с Ютуба:

Виды круговоротов:

Большой – пары, которые образовались над мировыми океанами, воздушными массами направляются на материки, выпадая дождями и снегами, а возвращаются в виде стоков. Значение природного механизма велико – соленная вода преобразуется в пресную, а грязная — очищается.
Малый – влага океанов, осадками выпадает обратно.
Внутриконтинентальный – жидкость, испаренная над землей, возвращается туда же.

Значение воды в жизни человека

Н2О — важнейший элемент для правильной жизнедеятельности, а содержание ее в органах поражает:

Сердце, почки, легкие – более 80%;
Кровь – 85%;
Кости – 30%;
Зубная эмаль – 0,3%;
Слюна, желудочный сок, моча – 95-99%.

И как после приведенных цифр не верить фразе, что «человек – водное существо». Конечно, люди и животные могут выделять «первичную жидкость» из пищевых продуктов и тканей тела. Однако, чтобы быть здоровыми, помогите организму – пейте чистую воду в правильном количестве. Поделите Ваш на вес на 8 и – это самый простой способ.

Потеря 50% крови приводит к летальному исходу. К тем же ужасающим последствиям приведет обезвоживание на 20-30%. Из-за глобальной важности этих биологических объектов их постоянно сравнивают. А химический состав плазмы и вод Мирового океана очень схож.

Сравнения состава крови и воды в океане

Вещество	Состав крови	Состав океанов
Cl	49,3	55
Na	30	30,6
K	1,8	1,1
Ca	0,8	1,2
O2	9,9	5,6

Существенную роль в круговороте воды играет антропогенные факторы. Другими словами, всё к чему касается рука человека. Много уже сказано, о необходимых, но иногда опрометчивых шагах общества в погоне за технологиями и улучшением качества жизни. Беспрерывный рост промышленности и сельского хозяйства, вырубка лесов, орошение почвы, искусственные водоемы и плотины – это лишь немногие факторы изменяющие естественный ход процессов. Баланс нарушается, возвращение жидкости происходит с задержкой и совсем на другой территории, а порядка 10% — изъято безвозвратно. Еще одной проблемой является возврат воды в виде стоков, загрязняющих водоемы и окружающую среду.

Человек постоянно вмешивается в природные процессы

Не удивительно, ведь человечество использует водные ресурсы с прогрессирующим рвением. Номинально, сферы пользования можно поделить на личную, бытовую и производственную.

Личное потребление

В век вседоступных знаний, люди избирательны в выборе товара. В личной сфере важнее чистота и безопасность — плохой продукт моментально отобразится на организме. Нужно знать, что именно мы пьем и . Немаловажно и в чем купают новорожденных, ведь доказано, что излишек солей жесткости приводит к аллергиям и астме.

В быту

Качество в быту тоже необходимо – мы стираем, убираем, поливаем цветы, заливаем воду в оборудование (пылесосы, стиральные машинки, утюги). Это может негативно отобразиться и укоротить срок службы одежде и бытовым приборам. Однако, важнейшим аспектом в этом направлении является, именно, количество потребляемых ресурсов. Часто эти процессы бесконтрольны и бездумны. К примеру, бачок унитаза, который течет, расходует более 260 литров за день!

Как сэкономить воду в быту

Если среднестатистическая семья сократит бытовое потребление воды на 20%, через год с этого количества может образоваться озеро с глубиной 2 метра и 200 в диаметре.

Промышленные нужды

В среднем, 90% воды отводится в производственную сферу: 20% промышленности и 70% — сельскому хозяйству. Масштабы действительно поражают. Развитая агропромышленность в прямом смысле кормит страну, поэтому постоянно расширяется количество оросительных каналов, скважин, колодцев, родников и водохранилищ. В основном, ресурсы потребляются для следующих нужд:

поля и теплицы;
животноводческие и птицефермы;
пастбища;
предприятия по обработке продукции;
предупредительные меры по снижению уровня грунтовых вод;
выщелачивание солей;
защита от низких температур;
внесения удобрений, пестицидов и гербицидов;
хозяйственные нужды самого населенного пункта.

Орошение полей

Загрязнение

Проблемы загрязнения и , самые актуальные в мире. Можно вспомнить рассказы бабушки, что раньше дождевую воду пили и купались в ней, а сейчас никого не удивить кислотными осадками и пенящимися лужами. На гребне волны развития промышленности, загрязнение сточных вод достигло пика. С ними, в водоемы и почву попадают поверхностно активные вещества (ответственные за образования пены), перекисные соединения, пестициды, гербициды и множество других опасных элементов. Это приводит к «цветению», плохому кислородному обмену и как следствии к истреблению фауны и флоры, не говор уже о здоровье самого населения.

Устранение проблемы одно – уменьшение выбросов в водоемы и постоянное усовершенствование технологий производства, очистки и утилизации.

Нехватка воды

С одной, вытекает другая трудность – растущая нехватка чистой воды. Даже развитые страны (Голландия, Япония) покупают ее за рубежом, что тогда говорить про Африку, где дефицит стал ужасающей нормой жизни. Люди тысячами мрут от обезвоживания или инфекций из грязных источников.

Увы, виной, как сам человек, потребляющий ресурсы до того, как они возобновятся, так и неравномерное распределение пресных водоемов. Растущее количество население планеты и изменение климата, также внесли лепту в это дело.

Население планеты растет, а ресурсы уменьшаются

Над решением задачи трудятся во всем мире.

Для начала необходимо разумное потребление.
Ужесточенные требования к очистке бытовых, сельскохозяйственных и промышленных стоков.
Опреснение соленой воды (запасы которой намного объемней).
Культивация с/х культур, устойчивых к соленому грунту.
Создание искусственных лесов, растопка ледников, бурение глубинных скважин.

Все сказанное ведет к одному — к сохранению богатств данных человечеству природой. Чистых ресурсов осталось критически мало, и они продолжают загрязняться и расходоваться нашими же действиями. Цивилизаций в разных уголках мира это коснулось по разному. В Украине, и во многих европейских странах обычно . В Сингапуре, к примеру, почти всё водоснабжение оснащено системами обратного осмоса и там пьют из-под крана. А в странах Африки гибнут люди, в процессе добычи и употребления некачественной жидкости. Природа, на примере круговорота воды, говорит нам — что отдадите, то и вернется. Может быть пришло время прислушаться. Ведь, благополучие отдельного человека и планеты в целом, творится руками каждого — начни с себя, и сделай это сегодня!

Водой покрыта большая часть Земли. Она является важнейшим элементом для всех живых организмов и играет фундаментальную роль в их жизнедеятельности.

Вода наполняет моря, реки и океаны, находится в облаках или , а при конденсации выводится из атмосферы в виде снега, дождя или росы. Она пребывает в постоянном движении и способна менять свое состояние из твердого в жидкое или газообразное.

Этот процесс называют круговоротом воды в природе и считают залогом существования жизни на нашей планете.

Что такое круговорот воды?

Круговорот воды в природе – это цикличное передвижение жидкости внутри биосферы Земли. Его суть заключается в испарении воды с земной поверхности и переноса воздушными массами в другие уголки планеты с последующей конденсацией и возвратом обратно на землю.

Общее количество воды на земном шаре всегда остается неизменным, но она непрерывно циркулирует и обеспечивает тем самым постоянный обмен влагой между поверхностью земли и атмосферой.

Впервые на подобный процесс обратили внимание китайские жители. Впоследствии связь между дождями и сточными водами в водоемах заметили в Индии, а примерно пять столетий назад о водообмене узнали в Европе.

Самые ранние соображения о круговороте высказывал Леонардо да Винчи, однако полноценное учение об этих процессах принадлежит французскому ученому Пьеру Перро, разработавшему в XVII веке концепцию гидрологического цикла.

Как происходит круговорот воды?

Двигателем водообмена является Солнце. Оно нагревает воду в морях, океанах, в результате чего та испаряется, превращается в пар и поднимается в воздух. Аналогичные процессы происходят на земле – под воздействием повышенных температур вода на поверхности почвы преобразуется в паровые частицы либо испаряется из растений через их наружные органы.

Поднявшись в воздух, пар перемещается ветром до тех пор, пока не попадет в область с пониженной температурой. Здесь он превращается в капли воды либо льдинки и продолжает передвигаться в облаках, а затем падает на сушу и в моря в виде осадков.

Значительная часть жидкости при падении перехватывается растениями, оставшаяся попадает на грунт или в водоемы. В дальнейшем она снова нагревается, испаряется и поднимается в атмосферу, то есть круговорот имеет цикличность и происходит непрерывно.

Какие бывают виды круговоротов в природе?

В зависимости от изменений, происходящих с водой, выделяют несколько видов водообмена. Большой круговорот подразумевает испарение пара с поверхности океана, его перенос на материки и выпадение на сушу. Жидкость в океаны при таких процессах возвращается в виде стоков.

По мере движения она полностью меняет свои характеристики, то есть соленая вода становится пресной, а грязная – чистой. Малый круговорот представляет собой явление, при котором вода испаряется с океанов, конденсируется и снова попадает в океаны.

При внутриконтинентальном круговороте такие же процессы происходят на суше, то есть та вода, которая поднялась с земной поверхности, снова выпадает на суше.

Как часто происходит круговорот воды?

Цикличность круговорота и полное обновление воды в разных регионах Земли имеет различную скорость. Считается, что океаны обновляются в среднем один раз за 3,2 тысячи лет, а ледники – за 5–10 лет. Круговорот на поверхности почвы происходит всего за 1–2 месяца, в пресных водоемах – за 15–17 лет, в реках – за 17–19 дней.

Быстрее всего водообмен осуществляется в атмосфере – на полное обновление в воздухе воде необходимо всего 10 суток. По мнению ученых, чтобы растения смогли полностью переработать всю массу воды, находящуюся , им потребуется 11 млн. лет.

На что влияет круговорот воды в природе?

Значение круговорота для нашей планеты сложно переоценить. Он объединяет между собой все земные оболочки и оказывает прямое влияние на формирование климата.

Благодаря перемещению воды, по земному шару переносится большое количество полезных веществ, необходимых для поддержания жизнедеятельности всех существ. Кроме того, за счет круговорота жидкость попадает практически во все уголки планеты, а воды Мирового океана хорошо очищаются от загрязнений.

Министерство по образованию и науки Федеральное государственное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования

«Чернушинский политехнический колледж»

Специальность: 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

Реферат

Круговорот воды в природе

Выполнил: Студент

Группы № 15

Самиев Влас

Проверил: Преподаватель

Горбунова Л.М.

Введение 4

1. Состояния воды 5

Круговорот воды в природе 6

3. Круговорот других веществ 10

Заключение 17

Список литературы 18

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. Однако 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. Однако 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.

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.

Рис 1. Состояния воды: твердое, жидкое, газообразное.

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 1 .

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.

Круговорот воды в природе

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 2 .

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. Однако 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. С вулканическими газами и горячими источниками глубинные воды поступают на поверхность.

3. Круговорот других веществ

Круговорот углерода

Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой - углекислым газом. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры.

Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород.

Так, в далекие геологические эпохи сотни миллионов лет назад значительная часть фотосинтезируемого органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах миллионы лет, этот детрит под действием высоких температур и давления (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь, во что именно - зависело от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах. Теперь мы в огромных количествах добываем это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в определенном смысле завершаем круговорот углерода. Если бы ни этот процесс в истории планеты, вероятно, человечество имело бы сейчас совсем другие источники энергии, а может быть и совсем другое направление развития цивилизации 3 .

По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H3CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане.

В пределах суши, где имеется растительность, углекислый газ атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания углекислого газа в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.

Рис 3. Круговорот углерода.

Круговорот кислорода

Кислород - наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели.

В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О2. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров.

Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода и процессами окисления и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило такое время, когда количество свободного кислорода достигло определенного уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода 4 .

Круговорот азота

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:

2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при.недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих де ни трифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся, прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий - «клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества.

Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.

Рис 4. Круговорот азота.

Круговорот фосфора и серы

Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи.

Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме так называемого органического фосфата. По пищевым цепям фосфор переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы.

При каждом переходе велика вероятность окисления содержащего фосфор соединения в процессе клеточного дыхания для получения организмом энергии. Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл.

В отличие, например, от углекислого газа, который, где бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет "свободного возврата" в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы.

Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет.

Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их "отходы" жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном и происходит. Когда же в их функционирование вмешивается человек, он нарушает естественный круговорот, перевозя, например, урожай вместе с накопленными из почвы биогенами на большие расстояния к потребителям.

Рис 5. Круговорот фосфора.

Сера встречается в природе как в свободном состоянии (самородная сера), так и в различных соединениях. Очень распространены соединения серы с различными металлами. Из соединений серы в природе распространены также сульфаты, главным образом, кальция и магния. Наконец, соединения серы содержаться в организмах растений и животных.

Сера широко используется в народном хозяйстве. В виде серного цвета серу используют для уничтожения некоторых вредителей растений. Она применяется также для приготовления спичек, ультрамарина (синяя краска), сероуглерода и ряда других веществ.

Круговорот серы происходит в атмосфере и литосфере. Поступление серы в атмосферу происходит в виде сульфатов, серного ангидрида и серы из литосферы при вулканических извержениях, в виде сероводорода за счет распада пирита (FeS2) и органических соединений. Антропогенным источником поступления серы в атмосферу являются тепловые электростанции и другие объекты, где происходит сжигание угля, нефти и других углеводородов, а поступление серы в литосферу, в частности в почву, происходит с удобрениями и органическими соединениями 5 .

Перенос соединений серы в атмосфере осуществляется воздушными потоками, а выпадение на земную поверхность либо в виде пыли, либо с атмосферными осадками в виде дождя (кислотные дожди) и снега.

На поверхности Земли в почве и водоемах происходит связывание сульфатных и сульфитных соединений серы кальцием с образованием гипса (CaSO4). Помимо этого происходит захоронение серы в осадочных породах с органическими остатками растительного и животного происхождения, из которых в дальнейшем происходит образование угля и нефти.

В почве изменение соединений серы происходит с участием сульфобактерий использующих сульфатные соединения и выделяющих сероводород, который поступая в атмосферу и окисляясь снова переходит в сульфаты. Кроме этого сероводород в почве может восстанавливаться до серы, которая денитрифицирующими бактериями окисляется до сульфатов.

Заключение

Одно из замечательных открытий геохимии заключается в установлении того, что движение многих химических элементов осуществляется в виде круговых процессов - круговоротов. Именно эти элементы слагают земную кору, жидкую и газовую оболочки нашей планеты. Их круговороты могут происходить на ограниченном пространстве и на протяжении небольших отрезков времени, а может охватывать всю наружную часть планеты и огромные периоды. При этом малые круговороты входят в более крупные, которые в своей совокупности складываются в колоссальные биогеохимические круговороты. Они тесно связаны с окружающей средой.

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 литературы

Захаров Е.И., Качурин Н.М., Панферова И.В. Основы общей экологии: Учеб. пособие. - Тула: ТулГТУ, 2002.

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

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

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

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

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

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

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

Вода

Круговорот веществ в природе (2)
Реферат >> Экология
Круговорот воды в природе . Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) - процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из... осадков и стока, получил название круговорота воды в природе . Атмосферные осадки частично испаряются, частично...
Круговорот воды (2)
Реферат >> География
Звено Литогенное звено круговорота воды , другими словами, участие подземных вод в круговороте воды , весьма разнообразно. ... в круговороте воды выражено весьма слабо. Глубинные подземные воды , если сравнивать с круговоротом воды - явлением природы весьма...
Круговорот воды (1)
Доклад >> Экология
Конца не изученным "странностям" воды и возможно существование жизни. Круговорот воды в природе Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) - процесс...
Вода чудо природы
Учебное пособие >> Экология
Преподавания Конспект внеклассного урока «Вода чудо природы» Выполнила: Студентка 3 курса... и состояния? Как происходит круговорот воды в природе ? Каковы её запасы на... замечательных свойствах воды и говорит: « Вода действительно является чудом природы : без неё ...

Кругооборот воды в природе – это сложный процесс, при котором происходит видоизменение физического состояния воды и ее циркулирование между различными экосистемами. Каждый год с поверхности Земли испаряется вода в количестве, равная кубу, каждая грань которого составляет 80 км. Затем в виде снега и дождя она возвращается на поверхность планеты. Благодаря этому развивается жизнь на Земле.

Большая часть всех запасов воды Земли находится в океанах, поэтому 97,5% водных запасов нашей планеты – это соленая жидкость. Оставшаяся часть – это пресная вода, и распределена она следующим образом:

Ледники и постоянные снежные покровы – 68,9%.
Грунтовые воды (влага почвы, болото, вечная мерзлота) – 30,8%.
Озера и реки – 0,3%

Круговорот воды в природе являет собой процесс, при котором между океаном, сушей, литосферой и атмосферой происходит постоянный водообмен. В ходе этого обмена вода пребывает то в жидком, то в твердом, то в парообразном виде. Она не только движется, но и несет с собой огромное количество полезных элементов, без которых жизни на Земле попросту б не было.

Вода постоянно перемещается по планете, при этом количество жидкости за миллионы лет не изменилось, хотя и трансформировалось. В прежние времена вода в виде жидкости была в значительно меньшем количестве, чем сейчас, поскольку основные её запасы сосредоточивались в ледниках. Поэтому 20 тыс. лет назад можно было без труда попасть по суше из Аляски в Азию или из Франции в Великобританию.

Как происходит кругооборот

Оборот воды проходит очень активно. В течение суток на нашу планету выпадает 306 млрд. литров жидкости, и такое же количество возвращается в атмосферу.

Основные пункты кругооборота выглядят следующим образом:

С поверхности водоемов (морей, океанов, озер и рек) вода испаряется, конденсируется, собирается в облака и выпадает в форме осадков.
Испаряясь с растений, вода проходит те же стадии – испарения (транспирация), конденсацию, выпадение на землю.
Процесс испарения с ледников называется сублимацией (переход из твердого в газообразное состояние, минуя стадию жидкости).
Осадки, которые выпали в горах, а также таяние снега и льда, приводят к образованию горных потоков, которые стекают на поверхность, насыщая водой различные водоемы и землю.
Грунтовые воды могут насыщать водой все наземные источники воды и растения. Пополняются грунтовые воды в процессе инфильтрации (проникновение в почву) и перколяции (протекание жидкости через пористую поверхность) воды.

Движущей силой кругооборота является энергия Солнца, которая нагревает океан и другие водные поверхности. Это приводит к испарению воды, которая превращается в газообразную форму и уходит в атмосферу в виде пара.

Через некоторое время пар в атмосфере конденсируется в облака, а затем снова возвращается на землю в виде осадков – дождя, снега или града. Когда осадки достигают земной поверхности, они могут снова перейти в форму пара, перемещаться в форме водного течения по поверхности планеты или впитаться землей (перколяция).

В земных экосистемах капли дождя, прежде чем достигнут грунта, в первую очередь ударяются о листья деревьев, кустарников или травы. Какая-то часть воды сразу же испаряется с поверхности растений, не достигнув земли. Остальная часть жидкости впитывается грунтом, – и большая ее часть уходит под землю.

Как правило, вода начинает двигаться по поверхности земли только в том случае, если грунт насыщен водой. Это бывает, когда осадки дождя очень сильные или поверхность не в состоянии впитывать воду. Такой поверхностью могут быть камни в натуральной экосистеме или асфальт и цемент в среде города или населенного пункта.

За сколько времени происходит кругооборот

Движение воды в природе происходит с разной скоростью. Поверхностная движется очень быстро, тогда как в глубине океанов, под землей и в форме льда проходит кругооборот чрезвычайно медленно. Время движения воды в главных водных резервуарах планеты выглядит следующим образом:

Водообмен живых организмов – 1 неделя.
Атмосфера – 1,5 недели.
Реки – 2 недели.
Влага в грунте – от 2 недель до 1 года.
Болотная вода – от 1 до 10 лет.
Озера и водоемы – 10 лет.
Океаны и моря – 4 тыс. лет.
Подземные воды – от 2 нед. до 10 тыс. лет.
Ледники и вечная мерзлота – от 1 тыс. до 10 тыс. лет

В верхних слоях грунта корни частично всасывают воду для потребностей растений, которые используют молекулы воды в процессе обмена веществ. Вода, находящаяся в тканях растений, в дальнейшем может перемещаться в организм животных, которые их поедают. Несмотря на это, большая часть воды, поступающая в растения через корневую систему, возвращается в процессе транспирации. Этот термин биологии означает поступление воды из грунта в корни, перемещение по системе каналов растения, образованных из омертвевших клеток и испарение через поры в листьях (стомы).

Если вода не поступает в растения через корневую систему, она проникает в органические и минеральные слои почвы, образуя грунтовые воды, которые расположены между частицами песка, гравия, трещин в камнях.

Это очень важная часть запасов пресной жидкости. Грунтовые воды медленно передвигаются через поры земли и расщелины и в итоге обычно попадают в ручей, реку или озеро. При этом грунтовая вода снова становится поверхностной.

Некоторая часть грунтовых вод может оставаться очень глубоко в минеральных слоях почвы и пребывать там тысячелетия. Резервуары грунтовой воды (аквиферы, водоносный горизонт) – это источник питьевой воды, который поступает в распоряжение людей через колодцы. В наши дни вода в колодцах зачастую используется гораздо быстрее, чем происходит ее пополнение из аквиферов.

Почему вода необходима

Вода играет важную роль в жизни нашей планеты с первых дней своего появления на Земле. Поначалу наша планета являла собой раскаленный шар. Но постепенно в её атмосферу изнутри Земли стали проникать газы, в т.ч. и водяной пар. Это привело к охлаждению земной коры и способствовало развитию жизни, поскольку вода – исключительно важное вещество для всех живых существ. Например, тело человека больше чем наполовину состоит из воды, и если посмотреть на клетки организма под микроскопом, можно увидеть, что больше чем на 70% они состоят из воды. Поэтому люди, как и все наземные организмы, нуждаются в постоянном и бесперебойном снабжении пресной водой для выживания.

Недостаток пресной воды может иметь самые серьезные последствия для различных экосистем нашей планеты. Поэтому люди постоянно изобретают новые технологии, направленные на увеличение эффективности применения водных ресурсов. К ним относятся рытье колодцев для использования грунтовых вод, сбор дождя в коллекторах, удаление соли из соленой воды, чтобы получать пресную воду из океанов и морей. Несмотря на эти достижения, чистая, безопасная для здоровья жидкость далеко не всегда доступна во многих частях земного шара.

Кругооборот воды важен как сам по себе, так и является движущей силой для других видов кругооборота. Например, осадки и поверхностное течение воды играют огромную роль в цикле различных элементов. К ним относятся углерод, азот, фосфор и сера. Течение поверхностных вод помогает перемещению элементов из земных (террестриальных) экосистем в водные (акватические). Кругооборот воды является составляющей различных биогеохимических циклов. Так называют процессы, во время которых происходит многоразовое участие различных элементов в процессах, что происходят в гидросфере, атмосфере, литосфере и биосфере.

Вода - основа всего живого на Земле. Количество жидкости на планете не меняется на протяжении существования мира, но круговорот воды в природе происходит непрерывно. Без этого процесса жизнь бы на Земле не существовала.

Круговорот воды порождает множество любопытных обстоятельств. Вот самые интересные факты:

1. О гидроциркуляции начал говорить еще в XVII веке Пьер Перро, который построил водопровод Лувра. Прошло два столетия, прежде чем ученые доказали, что круговорот воды происходит так:

вода испаряется из океанов, водоемов и земной поверхности;
пар поднимается в атмосферу, перемещается воздушными потоками в разные части планеты;
в холодных зонах происходит конденсация, и влага опускается вниз в виде осадков или росы.

2. В результате круговорота вода очищается, меняет свой состав и вид (соленая становится пресной, лед превращается в жидкость, капли теряют или наполняются микроэлементами). Циркулируя, вода переносит полезные компоненты, но вместе с влагой путешествуют микробы и вирусы. Через воду можно подхватить 85% известных недугов.

3. Вода полностью обновляется в атмосфере за полторы недели, а в океане - за 3,5 тысячи лет. Капли дождя, которые вы видите, примерно 2 месяца назад находились в океане.

4. Вода в природе движется благодаря Солнцу и земному притяжению. Кроме атмосферы, воду переносят реки, подземные течения и живые организмы.

5. На землю из атмосферы выливается приблизительно 306 миллиардов литров воды в день. Больше всего осадков выпадает на гавайском острове Кауаи (среднее количество - 11 684 мм в год, и это лишь один из рекордов). А в пустыне дождь испаряется, так и не достигнув песка.

6. Использование воды человечеством не уменьшает ее количество в природе. Ресурсы, задействованные людьми, участвуют в обороте и попадают обратно в водоемы и грунт. Загрязнение вредит, ведь химикаты и тяжелые металлы, которыми мы «заряжаем» воду, разносятся по атмосфере, морям и океанам. Кислотные дожди - результат человеческой небрежности.

Но в природе нет и абсолютно чистой (дистиллированной) воды. Такой ее может сделать только человек.

7. В океане вода не только соленая, но и питательная благодаря планктону. Ученые утверждают, что по своей питательности только Атлантический океан оценивается в 20 тысяч урожаев, которые собирают за год по всей суше.

8. Круговорот воды способствует теплорегуляции земных сфер и влияет на климат. Парниковый эффект нарушает оборот воды. Одни ученые утверждают, что ледники тают, увеличиваются осадки, в итоге планета переполнится водой. Другие считают, что повышение температуры усиливает испарение, поэтому Земле угрожает засуха.

9. В человеческом организме 70% воды. Потеряв 1%, мы испытываем жажду. А нехватка жидкости в 20% - смертельна.

10. Круговорот воды заключается не только в движении на поверхности планеты. Подземные потоки - огромный резервуар жидкости, который перемещается и взаимодействует с внешней средой (пополняется дождями через грунт, выплескивается наружу через гейзеры, родники, ручьи в долинах и оврагах).

Круговорот воды - закономерное явление, залог нашего существования. Бережное отношение человека к водным ресурсам поможет природе сохранить ее уникальное свойство дарить и поддерживать жизнь на планете.