11.3: Цикл води
- Page ID
- 36483
Вода - це просто два атоми водню і один атом кисню, з'єднані між собою. Незважаючи на свою простоту, вода володіє чудовими властивостями. Вода розширюється при замерзанні, має високий поверхневий натяг (через полярну природу молекул вони схильні склеюватися) та ін. Без води життя може не існувати на Землі, і воно, безумовно, не матиме величезної складності та різноманітності, які ми бачимо.
Розподіл земної води
Океани Землі містять 97% води планети, тому всього 3% - це прісна вода, вода з низькою концентрацією солей (рис. 1). Більшість прісної води потрапляють у пастку як лід у величезних льодовиках та крижаних покривах Гренландії. Місце для зберігання води, таких як океан, льодовик, ставок або навіть атмосфера, відомий як водосховище. Молекула води може пройти через резервуар дуже швидко або залишатися набагато довше. Кількість часу перебування молекули у резервуарі відома як час її перебування.
Як ділиться 3% прісної води на різні водойми? Наскільки ця вода корисна для живих істот? Скільки для людей?
Малюнок 1. Розподіл земної води.
Гідрологічний цикл
Через унікальні властивості води молекули води можуть циркулювати практично в будь-якій точці Землі. Молекула води, знайдена у вашій склянці води сьогодні, могла вивергнутися з вулкана на початку історії Землі. Протягом мільярдів років молекула, ймовірно, проводила час у льодовику або далеко під землею. Молекула, безумовно, була високо в атмосфері і, можливо, глибоко в животі динозавра. Куди далі піде ця молекула води?
Три стани води
Вода є єдиною речовиною на Землі, яка присутня у всіх трьох станах речовини - як тверда речовина, рідина або газ. (А Земля - єдина планета, де вода присутня у всіх трьох державах.) Через діапазони температур у певних місцях по всій планеті всі три фази можуть бути присутніми в одному місці або в регіоні. Три фази - тверда (лід або сніг), рідина (вода) та газ (водяна пара). Дивіться лід, воду та хмари (рис. 2).
Малюнок 2. (а) Лід, що плаває в морі. Чи можете ви знайти всі три фази води на цьому зображенні? (б) Рідка вода. (c) Водяна пара невидима, але хмари, які утворюються при конденсації водяної пари, не є.
Кругообіг води
Оскільки вода Землі присутня у всіх трьох державах, вона може потрапити в різні середовища по всій планеті. Рух води навколо поверхні Землі - гідрологічний (водний) цикл (рис. 3).
Малюнок 3. Оскільки це цикл, кругообіг води не має ні початку, ні кінця.
Сонце, за багато мільйонів кілометрів, забезпечує енергією, яка рухає кругообіг води. Наша найближча зірка безпосередньо впливає на кругообіг води, забезпечуючи енергію, необхідну для випаровування. Велика частина земної води зберігається в океанах, де вона може залишатися протягом сотень або тисяч років. Вода змінюється від рідини до газу шляхом випаровування, щоб стати водяною парою. Енергія Сонця може випаровувати воду з поверхні океану або з озер, струмків або калюж на суші. Випаровуються тільки молекули води; солі залишаються в океані або прісному водоймі.
Водяна пара залишається в атмосфері, поки вона не піддається конденсації, щоб стати крихітними крапельками рідини. Крапельки збираються в хмари, які роздуваються об земну кулю вітром. Коли краплі води в хмарах стикаються і ростуть, вони падають з неба як опади. Опадами можуть бути дощ, мокрий сніг, град або сніг. Іноді опади випадають назад в океан і іноді випадають на поверхню суші.
Для невеликого задоволення подивіться це відео. Ця пісня водного циклу фокусується на ролі сонця в переміщенні H 2 O з одного резервуара в інший. Рух всіляких речовин між водоймами залежить від внутрішніх або зовнішніх джерел енергії Землі:
Ця анімація показує річний цикл середньомісячних опадів по всьому світу.
Коли вода падає з неба як дощ, вона може потрапити в потоки і річки, які стікають вниз до океанів і озер. Вода, яка падає як сніг, може сидіти на горі кілька місяців. Сніг може стати частиною льоду в льодовику, де він може залишатися сотні або тисячі років. Сніг і лід можуть йти безпосередньо назад у повітря шляхом сублімації, процес, в якому тверда речовина змінюється безпосередньо в газ, не перетворюючись спочатку в рідину. Хоча ви, напевно, не бачили, як водяна пара сублімується з льодовика, можливо, ви бачили сублімат сухого льоду в повітрі.
Сніг і лід повільно тануть з часом, перетворюючись на рідку воду, що забезпечує постійний приплив прісної води до струмків, річок і озер внизу. Крапля води, що падає як дощ, також може стати частиною струмка або озера. На поверхні вода може з часом випаруватися і знову потрапити в атмосферу.
Значна кількість води проникає в грунт. Вологість грунту є важливим резервуаром для води (рис. 4). Вода, що потрапила в ґрунт, важлива для росту рослин.
Малюнок 4. Зміст вологи в грунті в США сильно варіюється.
Вода може просочуватися через бруд і скелю нижче грунту через пори, що проникають в землю, щоб перейти в систему ґрунтових вод Землі. Грунтові води потрапляють в водоносні горизонти, які можуть зберігати прісну воду століттями Як варіант, вода може вийти на поверхню через джерела або знайти свій шлях назад до океанів.
Рослини та тварини залежать від води, щоб жити, і вони також відіграють певну роль у круговороті води. Рослини забирають воду з ґрунту і виділяють велику кількість водяної пари в повітря через листя (рис. 5), процес, відомий як транспірація.
Онлайн-посібник з гідрологічного циклу від Університету штату Іллінойс можна знайти тут.
Малюнок 5. Хмари утворюються над тропічними лісами Амазонки навіть у посушливий сезон через вологу від транспірації рослин.
Люди також залежать від води як природного ресурсу. Не задовольняючись отриманням води безпосередньо з струмків або ставків, люди створюють канали, акведуки, греблі та свердловини, щоб збирати воду та направляти її туди, куди вони цього хочуть (рис. 6).
Малюнок 6. Акведук Пон-дю-Гар у Франції був побудований за часів Римської імперії.
| Використовувати | Сполучені Штати | Глобальний |
|---|---|---|
| Сільське господарство | 34% | 70% |
| Домашні (пиття, купання) | 12% | 10% |
| Промисловість | 5% | 20% |
| Охолодження електростанції | 49% | малий |
Важливо відзначити, що молекули води кружляють навколо. Якщо клімат охолоне, а льодовики та крижані шапки ростуть, води для океанів буде менше, а рівень моря впаде. Може трапитися і зворотне.
KQED: Відстеження крапель дощу
Як працює кругообіг води та як підвищення глобальної температури вплине на кругообіг води, особливо в Каліфорнії, - це теми цього відео про квест. Дізнайтеся більше тут.
РЕЗЮМЕ
- Хоча поверхня Землі в основному покрита водою, лише 3% - прісна вода.
- Вода на Землі зустрічається у всіх трьох фазах: тверда, рідка та газова.
- Вода рухається між фазами та резервуарами як частина гідрологічного (водного) циклу.
- Основні процеси водного циклу включають випаровування, транспірацію, конденсацію, опади та повернення до океанів через стік та підземні води.
ПИТАННЯ
- Яку майстерність допомагає вам розвивати цей вміст?
- Які ключові теми висвітлюються в цьому контенті?
- Як зміст цього розділу може допомогти вам продемонструвати майстерність певної майстерності?
- Які питання у вас щодо цього вмісту?