Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Кругообіг води на землі



Кругообіг води на Землі - це безперервний замкнутий процес перемі­щення води на ній. Він створює механізм перерозподілу на Землі речо­вини та енергії, об'єднує не тільки водні об'єкти, але й окремі частини планети. Кругообіг має циклічний характер і складається з кількох ос­новних процесів (рис. 2.1): випаровування води, перенесення водяної пари повітряними течіями, утворення хмар, випадання опадів, поверх­невого і підземного стікання вод суші в океан. Рушійними силами кру­гообігу води є притік до поверхні Землі сонячної енергії та сила тяжіння.

 

А - океанічна ланка, Б, Б' - материкова ланка з поверхневою (Б) і підземною (Б') частинами: 1 - океан (Zок - випаровування, Xок - опади),

2 - область зовнішнього стоку суші (Zс' - випаровування, Хс' - опади, у - поверхневий стік, w - підземний стік), 3 - область внутрішнього стоку суші (Zс" - випаровування, Хс” - опади, у' - поверхневий стік,

w' - підземний стік), r - перенесення вологи в атмосфері, р - океанічні течs], u і u' - інфільтрація, підйом та випаровування води в ґрунті

 

Під впливом сонячної енергії з поверхні океанів, морів, озер, річок, льодовиків, снігового покриву, ґрунту і рослинності щороку випаро­вується 577 тис. км3 води (табл. 2.2). В атмосфері водяна пара поши­рюється шляхом дифузії, вертикальної конвекції і переважно повіт­ряними течіями, які переносять її на великі відстані.

Таблиця 2.2. Середній річний водний баланс Землі

              Стік
  Частина     Ча стина Землі     Площа Опади Випаровування Річко­вий Льодовиковий Весь поверх­невий Пі­дзем­ний Сумар­ний
Землі   Я млн.км2                                
    тис.км3     ММ тис.км3 ММ тис.км3 ММ тис.км3 ММ тис.км3 ММ тис.км3 ММ тис.км3 ММ
Вся земна - - - - - - - - - -
куля                              
Світо­ - вий 41,7 3,0 44,7 2,2 47,0
океан                              
Суша в тому 41,7 3,0 44,7 2,2 47,0
числі:                              
області                              
зовні - нього 41,7 3,0 44,7 2,2 47,0
стоку                              
області                              
внутріш - ЗО _ - - - - - - - - -
нього                              
стоку                              
                                   

Сила тяжіння примушує вологу, яка конденсується в атмосфері за сприятливих умов, випадати у вигляді опадів, а всі поверхневі і підземні води стікати по схилах земної поверхні і в нахилених ша­рах земної кори.

Основним джерелом надходження води в атмосферу є Світовий океан, з поверхні якого під дією сонячної енергії щороку випарову­ється 505 тис. км3 води, або 87,6 % загальної кількості вологи, що випаровується на земній кулі. Більша частина цієї вологи (458 тис. км3, або майже 91 %) повертається у вигляді атмосферних опадів безпосередньо на поверхню океанів і морів. Процес випаро­вування води з поверхні Світового океану і повернення її у вигляді атмосферних опадів знову в океан називається малим або океаніч­ним кругообігом води (океанічною ланкою глобального кругообігу). Менша частина вологи (47 тис. км3) бере участь у великому кругообігу (материковій ланці глобального кругообігу), вступаючи в складну взаємодію із земною поверхнею, фізичними, хімічними й біологіч­ними процесами, які на ній проходять.

Схематично великий кругообіг води на земній кулі відбувається так. Волога, яка переноситься повітряними течіями з океанів на сушу, за певних умов конденсується і випадає на поверхню у вигляді атмосфер­них опадів. Ці опади під впливом сили тяжіння або стікають по поверх­ні гріті в напрямку загального похилу місцевості, або просочуються вглиб, або знову випаровуються. Та частина атмосферних опадів, що стікає по земній поверхні, збирається в струмки, річки, замкнуті во­дойми. Більшість річок несе свої води в моря та океани, а з поверхні замкнутих водойм вода випаровується повністю або частково. Волога, що потрапляє в ґрунт, також частково випаровується безпосередньо з його поверхні або транспірується рослинністю, частина її просочується вглиб і утворює підземні води. Останні беруть участь у живленні річок, частина їх підземним шляхом досягає морів і океанів.

Волога, яка потрапляє в атмосферу з поверхні суші та її водойм і водотоків, доповнює вологу, що надходить з океану. Повітряні течії пере­носять її на віддалені від океану території, де ця волога за певних фізи­ко-географічних умов випадає атмосферними опадами. Тут вона знову частково випаровується, а частково просочується в ґрунт, а також сті­кає по земній поверхні в моря та океани. Стікання води в океан зами­кає великий кругообіг вологи на земній кулі. Таким чином, води Світо­вого океану, атмосфери і суші зв'язані між собою в одне ціле, в єдину систему. На поверхню суші щорічно випадає в середньому 119 тис. км3 атмосферних опадів. Вони складаються з вологи, яка випаровується з поверхні суші (72 тис. км3), та вологи, що надійшла з океану (47 тис. км3). Із 72 тис. км3 води, яка щорічно випаровується з повер­хні суші, ЗО тис. км3 (42 %) становить транспірація рослинного покриву.

Такий процес кругообігу води в природі - лише спрощена схема. У дійсності він набагато складніший. Так, частина води втрачаєть­ся на гідратацію гірських порід і виключається із загального кругообігу. Певна кількість вологи, навпаки, виходить на поверхню з глибоких земних надр і поповнює водні маси, які беруть участь у кругообігу. Крім того, не вся вода, що стікає по земній поверхні, досягає океанів і морів. Пов'язано це з тим, що суша поділяється на дві частини або області: стічну (область зовнішнього стоку) і без­стічну (область внутрішнього стоку). Стічною (периферійною) на­зивається частина суші, річковий стік з якої здійснюється безпосе­редньо в океани і моря. Безстічною називається частина суші, з якої немає стоку в океан; води її річок або надходять у безстічні озера, або витрачаються на випаровування. З усієї площі суші сті­чні області займають 119млнкм2 (або 80% всієї суші), решта (ЗО млн км2) припадає на безстічні області.

Із безстічних областей найбільшими є: в Європі - водозбірний ба­сейн Каспійського моря, у Середній Азії - Туранська низовина, яка включає пустелі Каракуми, Кизилкуми, Бетпак-Дала, Муюнкум, плато Устюрт тощо; у Центральній Азії - пустелі Алашань, Гобі, Такла- Макан; в Африці - пустелі Сахара, Лівійська, Нубійська, Калахарі і Наміб, водозбори озер Чад, Руква, Рудольф тощо; у Північній Америці - пустелі Великого Басейну і Мексиканського нагір'я, плато Колорадо тощо; у Південній Америці - водозбори озер Тітікака - Поопо, пустеля Пуна-де-Атакама, плато Патагонії тощо; в Австралії - західна і центральна частини материка.

Серед безстічних областей виділяють безстічні області з внутрішнім стоком, на території яких може випадати значна кількість опадів, є розгалужена сітка водотоків, але всі вони несуть свої води в замкнуті водойми - озера (наприклад, басейни Волги, Уралу, Сирдар'ї, Амудар'ї та ін.), і ареїчні області, які ніякого поверхневого стоку не мають, оскільки вся вода, що випадає на їхню поверхню, швидко випарову­ється і стік сформуватися не може. У таких областях річки протіка­ють лише транзитом. Ареїчні області займають 17 % поверхні мате­риків. Найбільшими з них є Сахара, пустелі Австралії, Центральної і Середньої Азії та ін.

Вода безстічних областей бере участь у відносно самостійних кругообігах, а зв'язок її зі Світовим океаном здійснюється лише шляхом перенесення вологи в пароподібному стані повітряними течіями в пе­риферійні області суші чи безпосередньо на моря та океани, або (не­значною мірою) підземними шляхами. У кругообігу вологи в межах безстічних областей бере участь лише 9 тис. км3 води, і весь цей об'єм у підсумку випаровується.

У межах області зовнішнього стоку щорічно випадає 110 тис. км3 опадів, а випаровується 63 тис. км3. Різниця (47 тис. км3) становить материковий стік в океан. Він складається з поверхневого (44,7 тис. км3 на рік) та підземного, що не дренується річками (2,2 тис. км3 на рік). Поверхневий стік включає водний стік річок, що впадають в океан (41,7 тис. км3 на рік), та льодовиковий стік (3,0 тис. км3 на рік), що являє собою талу воду покривних льодовиків світу та їх уламки у вигляді айсбергів.

Кругообіг води між океаном і сушею дає початок іншим окремим ланкам загального кругообігу. У межах нашої планети виділяють ще такі види вологообміну: між Землею і космосом, між атмосферою і океаном, між атмосферою, ґрунтовим покривом і біосферою. Проте найсуттєвіше значення для розвитку природного середовища і госпо­дарської діяльності людини має вологообіг між океаном, атмосферою, сушею та біосферою.

Кругообіг води, з одного боку, суттєво залежить від природних ене­ргетичних ресурсів, а з іншого - сам має великий вплив на енергети­чний баланс атмосфери і земної поверхні. Він відіграє значну роль у перерозподілі тепла на Землі і є могутнім фактором теплового впливу океанів на сушу. У процесі кругообігу вода зазнає фізичних змін: з рідкого стану переходить у пароподібний, твердий і знову в рідкий.

Математичною моделлю кругообігу води є рівняння водного балансу. Відносна незмінність рівня Світового океану свідчить про те, що між прибутковою (атмосферні опади) і видатковою (випаровування, стік) частинами кругообігу існує рівновага (баланс). ЇЇ характеризують прості рівняння водного балансу як земної кулі, так і окремих частин (Світово­го океану, суші, окремих континентів, річкових басейнів, озер, окремих країн). Рівняння водного балансу може бути складене для будь-якої те­риторії, обмеженої довільним контуром. Так, для океанічної ланки гло­бального кругообігу рівняння водного балансу має вигляд:

Zo = Xo+ Yc (2.1)

 

для материкової ланки глобального кругообігу

Zc+Yc=Xc (2.2)

для безстічних областей

ZББ (2.3)

для земної кулі в цілому

Z3=ZО+ZС+ZБ= XО+ XС+ ХБ3 (2.4)

або

Z33, (2.5)

 

де Z0 - середнє багаторічне сумарне випаровування з поверхні Сві­тового океану; Zс - випаровування за цей же час із поверхні перифе­рійних областей суші; ZБ - те ж із поверхні безстічних областей; Z3- теж із поверхні всієї земної кулі; Хo - середня багаторічна сума атмосферних опадів на поверхню Світового океану; Хс - те ж для периферійних областей суші; ХБ - опади на поверхню безстічних об­ластей; Х3 - середня багаторічна сума опадів для всієї земної кулі; Yс - середній сумарний багаторічний стік із суші.

Ці рівняння водних балансів показують, що: 1) з океанів і морів у середньому щороку випаровується стільки вологи, скільки випадає на них опадів у сумі з річковим стоком; 2) із поверхні суші в середньому щороку випаровується стільки вологи, скільки випадає на її поверхню опадів мінус річковий стік; 3) із поверхні безстічних областей щороку випаровується стільки вологи, скільки випадає на її поверхню опадів; 4) сумарне випаровування вологи з поверхні океанів, морів і суші до­рівнює сумі опадів, що випадають на їхню поверхню.

Кількісні показники середнього багаторічного водного балансу зем­ної кулі та окремих її частин наведено в табл. 2.2. Перші підрахунки в 1905-1906 рр. зробили Е. Брікнер і Р. Фріцше. Згодом їхні розрахунки уточнювали А. Камінський, А. Вознесенський, М. Будико, М. Львович, О. Дроздов та ін. Сучасний світовий водний баланс наводиться в мо­нографії "Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли" (1974).

На жаль, нових детальних досліджень в цій галузі поки не прове­дено. За даними російського вченого Р. Кліге, внаслідок глобальних змін клімату відбувся певний перерозподіл складових водного бала­нсу. Дещо зросли річковий (на 0,5 тис. км3 на рік), льодовиковий (на 0,8 тис. км3 на рік) та підземний (на 0,5 тис. км3 на рік) стоки; збі­льшилося випаровування з поверхні океану (на 2,0 тис. км3 на рік) та зменшилось випаровування з поверхні суші; кількість опадів на поверхню океану та суші практично не змінилась.

 

Хімічний склад води

За звичайних умов вода є дуже стійкою хімічною сполукою. При її синтезі з елементів за реакцією

Н2 + ½02 ↔ Н20 (1.4)

теплота утворення (ентальпія) ∆Н2980 дорівнює -57,798 ккал/моль для водяної пари і -68,317 ккал/моль для рідкої фази. Реакція має зворо­тний характер: при зменшенні тиску, а також при підвищенні темпе­ратури рівновага змішується в бік термічної дисоціації молекул Н20, ступінь дисоціації при постійному тиску (1 атм) і різних температурах зростає від 0,034 (при 1 =1015 °С) до 11,1 % (при 1 = 2483 °С). Крім термічної, вода може зазнавати електролітичної, фотохімічної і радіолітичної дисоціації. Електролітична дисоціація води в рідкому стані відбувається самочинно з утворенням іонів Н+ і ОН-:

Н20 ↔ Н+ + 0Н- (1.5)

Мірою цього процесу слугує так званий іонний добуток води КВ:

КВН+ОН_=10-14, (1.6)

де Сн+ і Сон-- концентрації іонів водню і гідроксилу (в г-іон/1000 г Н20). Для хімічно чистої води Кв дорівнює 10-14 (при 22 °С). Зазначе­ний показник лежить в основі характеристики кислотності водного середовища за шкалою рН (водневим показником).

Водневий показник - це величина, що характеризує концентрацію (активність) іонів водню у воді чи у водних розчинах.Чисельно він дорівнює логарифму концентрації водневих іонів (г-іон/дм3), взятому зі знаком мінус

рН = 18Сн+ (1.7)

Вода з нейтральною реакцією має рН близько 7, при рН менше 7 реакція води кисла, при рН більше 7 вода є лужною. Зазначені змі­ни рН однозначно зумовлюються наявністю у воді тих чи інших ро­зчинених речовин. Так, розчинення у воді вуглекислого газу спри­чиняє зміщення рН в бік менших значень (<7), тобто підвищення кислотності води.

Іонний добуток води є величиною постійною для даної температу­ри. Оскільки реакція дисоціації води супроводжується поглинанням тепла, з підвищенням температури рівновага цієї реакції змішується в бік розкладу (дисоціації) води (табл. 1.2). Тому температура певною мірою впливає на абсолютну величину іонного добутку води.

Таблиця 1.2. Залежність Кв і рН від температури

Т °С Кв Сн+= Сон-   рН
      1,139 · 10-15     3,38 •10-8   7 ,972
      5,702 •10-15     7,64 • 10-8   7,117
      1,008 •10-14     1,004 •10-7   6,999
      5,474 •10-14     2,339 •10-7   6,631
      5,901 •10-13     7,71 •10-7   6,120

Електролітична дисоціація використовується для розкладання води на Н2 та Ог з допомогою електролізу водних розчинів лугів і кислот; теоретичний потенціал розкладу Н2О при 20 °С і 1 атм дорівнює 1,23 в. Фотохімічна дисоціація води відбувається під дією ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі λ = 65 ммк. Радіолітичний розклад води викликається іонізуючим випромінюванням (а (α-,β-,γ- промені, рентгенівське випромінювання тощо). У результаті радіолізу утворю­ється Н2 і Н2О2, а також вільні радикали Н, ОН і НО2.

Вода є дуже реакціє-здатною сполукою. Це прямий наслідок наяв­ності в її молекулі двох неподілених пар електронів. Навіть з інертни­ми газами вона утворює гідрати, стійкі при низьких температурах. Вода окиснюється атомарним киснем з утворенням перекису водню:

Н2О + О↔Н2О2 (1-8)

При розчиненні у воді хлору відбувається реакція

Н2О+СІ2 ↔ НС1 + НСІО. (1.9)

За звичайних умов гідролізується до половини всього хлору.

При пропусканні парів води через розжарене вугілля утворюється суміш СО і Н2, т. зв. водяний газ, з якого добувається водень.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.