Содержание
Возникновение науки о воде
Круговорот воды на Земле
Океанический круговорот воды
Континентальный круговоротводы
Потребность человека в воде
Транспирация
Библиографический список
Возникновениенауки о воде
Наука о воде —древнейшая из наук. Она возникла вместе с искусственным орошением. Американскийгидролог Р. Нейс считает, что гидрология существует 5 тыс. лет.
Первые представленияо круговороте воды появились в Китае, затем в Индии, где стали использовать дождемеры— приборы для определения количества осадков, т. е. там, где установили связь междуосадками и стоком воды в реках. В Древней Греции, Древнем Египте, на Ближнем Востокеэта связь не осознавалась, поскольку дожди, питавшие, например, Нил, выпадали где-тов его верховьях, а использовалась вода в засушливых низовьях — в Древнем Египте.На Ближнем Востоке дожди и талые воды Тигра и Евфрата также формировались далеков горах. В Греции распространен карст, и поэтому Аристотель (384 — 322 гг. до н.э.) считал, что реки образуются в подземных пустотах. В Европе о круговороте водыузнали только 500 лет назад, и первые соображения по этому поводу высказал Леонардода Винчи (1452 — 1519).
Леонардо да Винчиинтересовали, скорее, вопросы гидравлики, чем гидрологии, но в некоторых своих сочиненияхон высказал мысли, которые созвучны современным научным представлениям о круговоротеволы. Он указывал на значение водопроницаемых геологических пород, образующих водоносныеслои в Альпах, объяснял, как происходит восполнение подземных вол и как низинныеисточники питаются водой. Другие ученые значительно расширили его идеи, но это произошлогораздо позже. Более полные представления о круговороте изложил в книге, изданнойв 1580 г. во Франции, Б. Палисса (1510 — 1589). Он впервые указал на дождевые осадкикак основной источник питания рек.
Основоположникомучения о круговороте воды считают француза П. Перро (1611 — 1680), который болееизвестен как строитель водопровода для Лувра — королевского дворца в Париже. Гораздопозже Э. Дарвин (1731 — 1802), дед Ч. Дарвина, объяснил механизм круговорота водыи доказал, что атмосферные осадки обеспечивают ток воды в реках и часть влаги поступаетна сушу с моря. Английский астроном Э. Галлей (1655 — 1742) первым рассчитал величинуиспарения с поверхности океана.
Большой вкладв изучение круговорота воды внес российский ученый А. И. Воейков (1842 — 1916),слова которого «реки можно рассматривать как продукт климата» стали признанным положением.
вода циркуляция планетачеловек
Круговоротводы на Земле.
Круговорот водына Земле, или глобальный гидрологический цикл, — это непрерывный процесс циркуляцииводы на планете, обмен водой между всеми составляющими гидросферы. В нем участвуютповерхность земного шара, недра, толща воды и атмосферы.
Главный энергетическийдвигатель круговорота воды — Солнце. Солнечные лучи нагревают воду, и она интенсивноиспаряется. Молекулы воды оказываются в атмосфере, причем половина их сосредоточенав нижнем полуторакилометровом слое воздуха. С высотой температура воздуха постепеннопадает, поэтому пары воды на определенной высоте насыщаются и конденсируются в капелькиводы или кристаллы снега, формируя облака. Облака проливаются дождем или выпадаютв виде снега. Этот процесс идет непрерывно. Испарившаяся вода находится в атмосферевсего 8 — 9 дней, затем снова возвращается в океан, озеро, болото, реку или недраЗемли.
Круговорот водына Земле возник при образовании гидросферы. Океан стал основным поглотителем солнечноготепла и поставщиком водяного пара. Часть пара воздушными течениями переносится насушу и после конденсации выпадает в виде дождей и снегопадов. Потоки дождевой италой воды стекают к руслам рек, а затем по рекам к океану. На этом цикл водообменамежду сушей и океаном заканчивается, но сам процесс бесконечен.
Глобальный круговоротводы не замкнут, так как через рифтовые трещины идет дополнительный приток водыиз недр планеты, увеличивающей объем гидросферы ежегодно на 0,25 км. А часть паровводы, попадая в верхние слои атмосферы под действием солнечного излучения, разлагаетсяна водород и кислород и уходит в космос. За счет круговорота идет непрерывный водообменв реках, озерах, морях, т. е. непрерывное обновление воды. Так. в Мировом океаневода полностью сменяется за счет испарения за 2400 лет, а речной сток требует 31тыс. лет В полярных ледниках, которые питаются атмосферной влагой, а сами, подобнорекам, стекают в океан, выбрасывая в него айсберги, смена льда происходит примерноза 10 тыс. лет. В подземных же водах это происходит в среднем за 5 тыс. лет, а вреках — всего за 12 дней. Таким образом, круговорот обеспечивает доставку воды буквальново все уголки земного шара. В результате вода пронизывает все, поддерживая на Землежизнь.
Каждый живой организмможно рассматривать как часть гидросферы, участвующей в круговороте воды. Благодаряводе в организмах происходят реакции, необходимые для поддержания жизни, и формируетсясамо тело организма. Поэтому любой организм должен пропускать через себя воду, осуществлятьсвой собственный круговорот воды. Как писал русский исследователь В. Г. Богоров(1904 — 1971), «никакой воды, которая бы не соприкасалась с живыми существами, вокеане нет». Можно добавить — и на суше тоже нет. Практически вся масса воды насуше проходит через растительность и почвенные организмы, а это означает, что биотасуши весь объем гидросферы планеты пропускает через себя примерно за 20 тыс. лет.В океане, где вода — это среда обитания, источник пищи и кислорода, морские организмыпропускают через себя весь объем Мирового океана всего за полгода.
Вода — идеальныйрастворитель, поэтому любая природная вода содержит растворенные газы и вещества,в том числе необходимые для жизни.
Потоки воды вреках, волны и течения в озерах и морях разрушают горные породы и переносят частицыи обломки на большие расстояния. Основная часть их в конце концов оказывается надне морей и озер. Таким образом, вода формирует круговорот вещества в природе. Растенияза счет воды, углекислого газа и солнечной энергии создают органическое веществодля поддержания жизни остальных организмов на планете, которые питаются этим органическимвеществом. Для того чтобы создать массу органического вещества, требуется ежегоднооколо 1 тыс. км3 воды. Следовательно, можно утверждать, что гидросфера — это продуктживых организмов, среда, которую они создали сами для себя.
Вода нужна всем.Животные тоже участвуют в круговороте воды.
Глобальный круговоротводы разделяется на океанический и континентальный.
Океаническийкруговорот воды
Океанический круговоротводы — это непрерывный процесс испарения, перенос влаги воздушными течениями надокеаном и выпадение ее в виде осадков на поверхность океана. За время существованияпланеты круговорот меняется в зависимости от площади океана и объема гидросферы.Сейчас ежегодно в океаническом круговороте участвует 458 тыс. км3 воды. Это почтишесть таких водоемов, как Каспийское море. Но испаряется с поверхности океана каждыйгод 505 тыс. км3. Разница в 47 тыс. км3 уходит на континенты, выпадая в виде дождяи снега на суше. Но благодаря этой небольшой части океанического круговорота водына суше возник континентальный круговорот, положивший начало жизни на Земле, а затеми появлению человека.
Континентальныйкруговорот воды
Континентальныйкруговорот воды — это непрерывный процесс испарения с поверхности суши и ее водоемов,образование облаков, выпадение осадков, а также поверхностный и подземный сток воды.Не вся вода, принесенная с океана на сушу, выпадает в виде осадков — от 20 до 75%ее проходит над материками транзитом и снова уносится в океаны. Чем крупнее материки выше на нем горы, тем больше он перехватывает океанической влаги. Поэтому максимальныйперехват наблюдается в Евразии, а минимальный — в Австралии.
В континентальномкруговороте ежегодно участвует 119 тыс. км3 воды. Из этой массы 47 тыс. км3 составляетвлага, приносимая с океана, которая в процессе многократного выпадения в виде осадкови испарения на суше в сумме образует 119 тыс. км3 осадков. В процессе круговоротана суше ежегодно испаряется 72 тыс. км3 воды.
Осадки на сушевыпадают неравномерно. Наибольшее количество осадков в виде дождей отмечается втропиках, в среднем за год это составляет слой воды толщиной 1 м. На плато Шиллонгв Индии за год выпадает 12 м осадков, а на горе Маези (Гавайские острова) — 14 м.В 1861 г. на Черрапунджи (Индия) — 23 м осадков (семиэтажный дом!). В самом засушливомместе на Земле, в Арике (Чили), в среднем на год приходится всего 0,8 мм осадков.
Континентальныйкруговорот воды, как и океанический, за время своего существования варьировалсяв зависимости от изменения площади поверхности океана и объема гидросферы. Но вего геологическом прошлом (не столь отдаленном) произошли перемены, которые резкоусилили этот круговорот.
Потребностьчеловека в воде
Вода — ресурс,вода — энергоноситель, вода — транспортная система, вода — основа жизни. Поэтомуподсчет запасов воды ведется давно. Разработаны способы определения площади и глубиныводных объектов, созданы приборы для измерения скорости течения, других физическихи химических характеристик. Все это позволяет оценить запасы воды на нашей планете.
Считается, что70,8% поверхности земного шара покрыто водой. Поэтому нашу Землю можно назвать Планетойводы, или Планетой Океана. Действительно океан занимает 360 млн. км2 при общем размереповерхности планета 510 млн. км2. Но на самом деле гидросфера значительно больше.Так, ледники покрывают 16,3 млн. км2, или 11% суши. Озера и водотоки на суше занимаютзначительно меньшую территорию — 2,3 млн. км2, или 1,7% суши, болота и сильно увлажненныеземли — 3 млн. км, или 2% суши. Поэтому на Земле постоянно покрыты водой не 360,а 380 млн. км2 поверхности, или 75%. Итак, правильнее считать, что ¾ земногошара постоянно покрыто водой. Однако не надо забывать и про зимний снежный покров.Самую большую площадь на суше занимает зимой снежный покров Северного полушария— 59 млн. км2. В этот период года площадь, занятая гидросферой, составляет 439 млн.км2, или 86% всей поверхности земного шара. Снег засыпает тропинки, дороги, тротуары,и люди вынуждены мириться с капризами и прихотями природы.
Человеку для жизнии производственных потребностей нужна пресная вода, но гидросфера — это в основномсоленая вода. В соленой воде в 1 л содержится более I г растворенных веществ. Тольколедники всегда содержат пресную воду. Даже реки бывают с соленой водой. Так, насевере России есть река Солянка: она протекает по району с выходами пластов солейна поверхность. А в Центральной Азии в озеро Балхаш впадает речка с солоноватойводой. Сбор данных ведется регулярно по мере накопления сведений о водных объектах.Они показывают, что доля пресной воды в общем объеме воды на Земле незначительна:она составляет всего 2%, или 32,1 млн. км3. Но основную долю в этом объеме — более80% — составляют пресные воды ледников, которые малодоступны для использования нетолько потому, что вода в них находится в твердом виде, но и из-за удаленности отнаселенных территорий. Пресные воды ледников располагаются или в полярных районах,или высоко в горах.
Водопроводы, поархеологическим данным, появились очень давно. Хорошо известен водопровод Экбатанав Ассирии VIII — VII вв. до н. э., построенный по приказу легендарной царицы Семирамиды;водопровод в Иерусалиме — VII — VI вв. до н. э. и Карфагене — IV — III вв. до н.э. В древних Афинах во времена Перикла (около 490 — 429 гг. до н. э.), когда населениедостигало 200 тыс. человек, существовало 18 водопроводов.
Первый водопроводв Риме был построен в 312 г. до н. э. В период правления императора Траяна (98 —117 гг.), когда Римская империя достигла максимальных границ, а в Риме жило около1 млн. человек, там работала сложная система водопроводов, подававшая на каждогожителя до 1000 л воды в сутки. (Сегодня же на одного жителя Рима приходится всегооколо 500 л.)
Большие достиженияримлян в строительстве, в том числе водопроводов, стали возможны благодаря изобретению(или получению с Ближнего Востока) рецепта приготовления цемента, а также свинцовыхи керамических труб. Вода в город подавалась из источников в горах по облицованнымакведукам (в пер. с лат. «аква» — «вода» и «дуко» — «веду») — длинным каменным мостам-каналам.
Транспирация
Из 4 млрд. летгеологической истории Земли суша была безжизненной 3,4 млрд. лет, так как жизньсуществовала только в океане. На сушу жизнь вышла около 600 млн. лет назад. Сушатого далекого времени — это оголенное пространство с чередованием непроницаемыхдля воды поверхностей, скорее похожих на асфальтированные площади городов или высохшиеглинистые участки, и территорий, проницаемых для влаги, типа песчаных пляжей, каменныхосыпей или растрескавшихся твердых пород. После дождя или таяния снега вода по водонепроницаемымповерхностям быстро стекала в реки или уходила в поры и трещины. Испарение на безжизненнойсуше было невелико.
Живые существа,вышедшие из океана, не могли существовать в таких условиях, поэтому природа «океанизировала»сушу. Микроорганизмы создали на суше почву, которая обладает способностью задерживатьводу. В этом «почвенном океане» на суше содержится 11,5 тыс. км3 воды, что соответствуеточень мелкому океану, покрывающему сушу слоем воды в 10 см. Чтобы почва все времяпополнялась влагой, необходимо большое испарение воды на суше. А для этого требуетсяувеличение площади испаряющей поверхности. Такую работу выполняют растения, листьякоторых через устьица интенсивно испаряют влагу, поступающую по корням из почвы.Этот вид испарения называется транспирацией. Листовая поверхность растений огромна.Площадь всех листьев в 3 — 4 раза больше площади всей суши, т. е. по величине онане меньше площади Мирового океана. Таким путем биота (совокупность всех организмов)на суше обеспечила более интенсивный круговорот воды. Контролирует континентальныйкруговорот растительность на суше.
Библиографическийсписок
1.Карташов А. Г. Введениев экологию / А. Г. Карташов. – Томск: Водолей, 2005. – 391 с.
2.Экология: учебноепособие для вузов / под ред. Денисова В. В. – изд. 3 –е, испр. и доп. – М.:МАРТ, 2006. – 768 с.
3.Шилов И. А. Экология:учебник для вузов / И. А. Шилов. – 4 изд. стер. – М.: Высшая школа, 2005. –512 с.
4.Данилов – ДанильянВ.И., Лосев К.С. Потребление воды: экологический, экономический, социальный иполитический аспекты. – М.: Наука, 2006.
5.Фащук Д. Я. Мировойокеан. История. География. Природа. – М.: Академ книга, 2005.
6.Лукьянова Т. С. Доннаяжизнь на картах Мирового океана. Природа. 2006 № 12.
7.Выживет личеловечество? // Вестник РАН. – 2007. – Т: 71. — № 11.