Круговорот води на Землі

Джерелом теплової енергії на Землі є Сонце. Сонячна енергія перерозподіляється між поверхнею Землі і атмосфери, між океаном і сушею. При цьому природні води виступають і як поглинач і як регулятор сонячної енергії, що надходить і як фактор перерозподілу на Землі.

Сонячна енергія дорівнює 1,36 кВт/м³. Оскільки Землі має кулясту форму, лише ¼ частина цього потоку припадає в середньому на одиницю площі сфери, тобто в середньому 10,7 млрд Дж/м² на рік.

Позитивні температури зумовлюють випаровування вологи з поверхні океанів і суходолу та насичення нею атмосферного повітря. У верхніх шарах атмосфери, де температура повітря знижується, волога конденсується і випадає у вигляді дощу чи снігу. Опади над океаном частково компенсують витрати води, що випарувалась з його поверхні. Опади над суходолом мають набагато складніший шлях круговороту. Вони частково просочуються у грунт, підвищуючи його зволоженість, а також проникають у водоносні горизонти, підживлюючи підземні води. Певна частина цих вод формує підземний стік. Інша, що не проникла в глибинні горизонти, утворює поверхневий стік водозбірного басейну.

Вода, стікаючи зі схилів, збирається в улоговинах стоку, ярах і балках, малих і великих ріках. Річки дренують територію водозбірного басейну, збирають поверхневі і підземні води у єдиний річковий стік і повертають Світовому океану “борг”, забраний свого часу повітряними масами. Так відбувається безперервне врівноваження кількості води, яка випаровується з акваторії океану та безстічних басейнів і річковим стоком, що повертається у водойми. Великий круговорот охоплює три основні ланки: Світовий Океан, атмосферу Землі та суходіл загалом. Континентальний круговорот складається з менших ланок: літогенної, грунтової, озерної, льодовикової, біологічної, господарської.

Окрім великого М. Львович (1963, 1986) виділяє малий океанічний, малий внутрішньоконтинентальний та інші круговороти. Малий океанічний складається з випаровуваних океанічних вод, конденсації вологи в атмосфері та опадів на поверхню океану. Частина вологи, утворюючись над океаном, переноситься повітряними фронтами на суходіл.

За такою схемою здійснюється і малий (континентальний) круговорот води. Але якщо вода в океані знаходиться на одному рівні, то рельєф суходолу дуже неоднорідний. Тому земне тяжіння за участю рельєфу та літологічного складу гірських порід суттєво перерозподіляють атмосферні опади суходолу, збираючи їх у річковий та підземний стоки і віддаючи океанам. Отже, в малому круговороті суходолу приймають участь суходіл і атмосфера, в малому океанічному – океан і атмосфера, у великому круговороті – Світовий океан ® атмосфера ® суходіл.

2.2. Властивості води

Хімічний склад води

Хімічно чиста вода – це сполука водню з киснем, має хімічну формулу Н₂О. Її молекула складається з 11,11% водню і 88,89% кисню. Характерною особливістю молекул води є їхня властивість об’єднуватися в агрегати – сполуки кількох молекул. У пароподібному стані (при t>100⁰С) вода складається головним чином з однорідних простих молекул, відповідає формулі Н₂О і називається гідролем. Агрегат з двох простих молекул (Н₂О)₂називається дигідролем, а сполучення з трьох молекул (Н₂О)₃ – тригідролем. Рідка вода – це суміш молекул: (Н₂О), (Н₂О)₂, (Н₂О)₃, а у воді в твердому стані (лід) переважають (Н₂О)₃.

Хімічно чиста вода в природі майже не зустрічається. Природна вода є добрим розчином і тому завжди містить у собі завислі й розчинені речовини.

Залежно від розмірів часток розчинених речовин розчини бувають: молекулярно-іонними (розміри не перевищують 10^-7мм), колоїдні (розміри від 10^-7 до 10^-5мм). Частки речовин розміром більше 10^-5мм називаються суспензіями або зависями.

У хімічному складі природних вод виділяють такі групи:

1. Головні іони, або макроелементи: аніони- хлоридні (Cl^-), сульфати (SO₄^2-), гідрокарбонатні (НСО₃^-), карбонатні (СО₂^2-); катіони натрію (Na⁺), калію (К⁺), магнію (Mg²⁺), кальцію (Са²⁺).

За переважанням аніону всі природні води поділяються на 3 класи: гідрокарбонатний, сульфатний і хлоридний; за переважанням катіону – на три групи: кальцієву, магнієву, натрієву.

Річкові води переважно відносяться до гідрокарбонатного класу і кальцієвої групи; підземні води – до сульфатного класу і магнієвої групи; води океанів і морів – до хлоридного класу і натрієвої групи.

2. Біогенні речовини: сполуки азоту N, фосфору Р, заліза Fe, кремнію Si. Це перш за все нітрати (NO₃^-), нітрити (NO₂^-), амоній (NH₄⁺), фосфати (РО₄^3-). Ці речовини потрапляють у воду з атмосфери, грунту, при розкладанні органічних сполук, при скиданні у водні об’єкти промислових, сільськогосподарських і побутових вод. В природних водах їх мало (від тисячних до десятих долей міліграм в 1 м³), але вони мають важливе значення для розвитку життєвих процесів.

3. Органічні речовини зустрічаються в природних водах переважно у вигляді вуглецю, кисню та водню, які складають 98,5% їхньої маси. Останні 1,5% становлять азот, фосфор, сірка, калій, кальцій та ін. елементи. Це вуглеводи, білки і продукти їх розпаду, ліпіди, гумінові кислоти та ін.

4. Розчинні гази: кисень (О₂), вуглекислий газ (СО₂), сірководень (Н₂S), метан (СН₄), азот (N₂).

Природні води збагачуються на кисень за рахунок надходження його з атмосфери, в результаті виділення водною рослинністю в процесі фотосинтезу. Втрачається кисень на окислення органічних речовин та виділяється в атмосферу.

Двоокис вуглецю у воду надходить при окисленні органічних речовин і виділяється з гірських порід.

Сірководень у природних водах утворюється внаслідок розпаду органічних сполук, розчинення мінеральних солей мінералів (гіпсу, сірчаного колчедану).

Азот потрапляє у природні води з атмосферного повітря внаслідок розкладу органічних залишків і відновлення сполук азоту денітрифікуючими бактеріями.

Метан у проточних природних водах знаходиться у невеликих кількостях. Але у підземних і болотних водах вміст метану може сягати 30 мг/л і більше.

5. Мікроелементи – це речовини, які знаходяться в природних водах у дуже малих концентраціях, у мікрограмах на літр (мкг/л). Серед них виділяють: бром В, йод І, фтор F, літій Li, барій Ва; важкі метали: залізо Fe, нікель Ni, цинк Zn, кобальт Со, мідь Сu, кадмій Cd, свинець Рb, ртуть Hg та ін.; радіоактивні елементи як природного (калій ⁴⁰ К, рубідій ⁸⁷ Rb, уран ²³⁸ U, радій ²²⁶ Ra та ін.), так і антропогенного (стронцій ⁹⁰ Sr, цезій ¹³⁷ Cs та ін.) походження.

6. Особливе місце займають іони водню, які утворюються в результаті дисоціації вугільної кислоти (Н₂СО₃ НСО₃^- + Н) і самої води

(Н₂О Н⁺ + ОН^-). Концентрація іонів водню визначає кислотно-лужну рівновагу розчинів і виражена через показник

рН = -log [Н⁺]

7. Забруднювальні речовини – це нафтопродукти, ядохімікати (пестициди, гербіциди), добрива, миючі засоби та ін.

Поиск по сайту: