Круговорот воды в природе. Почему возникает? Как происходит? Как смоделировать?

Основная жидкость планеты

Вода - важнейшая составляющая жизни любого биологического организма на Земле. Потому важно изучать, наблюдать и следить за количеством, качеством и состоянием водного ресурса планеты. Основные запасы этой живительной влаги сосредоточены в мировом океане. И уже испаряясь оттуда, влага питает Землю, благодаря процессу, называемому круговоротом воды в природе. Вода - очень подвижное вещество и легко переходит из одного своего состояния в другое. И, благодаря этому, может легко достигать самых отдаленных от источника уголков. Как же происходит этот процесс?

Как и почему происходит циркуляция воды?

Под действием тепла, излучаемого Солнцем, вода постоянно испаряется с поверхности океана, переходя в газообразное состояние. Вместе с потоками теплого воздуха пар поднимается вверх, образуя облака. Они легко уносятся ветром от первоначального места испарения. Постепенно захватывая на своем пути все новые испарения, тучи остывают на пути вверх. В какой-то момент наступает следующий этап – конденсация. Она возможна, когда воздух приходит в состояние насыщения (100% влажность) водяными парами. Обычно это случается при достаточном охлаждении. Известно, что максимальное количество пара, которое может удерживаться в воздухе, пропорционально его температуре, поэтому в определенный момент охлаждения наступает насыщение облака паром, что ведет к переходу воды в следующее - жидкое или кристаллообразное - состояние. И если облако в этот момент находится все еще над океаном, то влага возвращается туда, откуда пришла. Так завершился один малый круговорот воды в природе. Этот процесс не замирает ни на минуту. Вода над мировым океаном постоянно циркулирует.

Как вода циркулирует над сушей

Не вся влага выпадает обратно в океан. Большое количество пара вместе с пассатами и муссонами относится вглубь материков, выпадая по мере движения в виде осадков на Землю. Часть этой влаги задерживается в верхних слоях почвы, питая растения, другая часть стекает к ручейкам и рекам, чтобы, добравшись до морей и океанов, снова испариться и попасть в следующий круговорот воды в природе. Совсем небольшая доля выпавших осадков просочится сквозь почву вглубь, и, достигнув водонепроницаемого слоя (глины, скальных пород), будет стекать по этому склону. Часть подземных вод снова найдет выход на поверхность, образуя ключи с кристально чистой водой, чтобы позже влиться в реки и снова испариться для следующего цикла. А другая их часть по трещинам и расщелинам будет дальше просачиваться в недра Земли, пока не достигнет слоев с высокой температурой, где снова превратится в пар, чтобы опять завертеться в подземном круговороте или вырваться на поверхность термальным источником.

Маршруты воды в природе

Ежегодно в воздух испаряется порядка четырехсот тысяч кубических километров воды, и только одна пятая их приходится на сушу, площадь которой в три раза меньше поверхности мирового океана. Вода испаряется с поверхности суши не только почвой, но и растительностью: каждым листочком на дереве и каждой травинкой на Земле. Проследить за всеми возможными путешествиями воды крайне сложно. Но смоделировать сильно упрощенный вариант, демонстрирующий круговорот воды в природе для детей, вполне реально даже у себя в квартире.

Опыт, демонстрирующий испарение и конденсацию влаги

Чтобы продемонстрировать первый этап круговорота – испарение воды с поверхности водоемов под действием солнечных лучей – достаточно будет взять стакан, наполненный до половины водой, поместить его в пластиковый герметично закрывающийся пакет и прикрепить это скотчем, к оконному стеклу в солнечный день. Через некоторое время (зависит от температуры в комнате и интенсивности солнечного света) вы увидите, что стенки пакета запотели, а еще через время, на них образуются капельки воды.

Демонстрационная модель полного цикла круговорота воды

Более сложную модель можно собрать, используя емкость, частично заполненную подкрашенной синим красителем водой (имитация мирового океана), прозрачный, можно перфорированный, пакет, заполненный песком в достаточном количестве, чтобы поднимался над водой более чем наполовину (суша). Всю конструкцию максимально плотно закрыть полиэтиленовой пленкой и закрепить. Над «сушей» поставить небольшую емкость со льдом (лед создаст необходимый для опыта холод в верхних слоях "атмосферы"), над "океаном" поместите настольную лампу (Солнце), которая будет излучать тепло. Включив ее, через некоторое время получим на пленке, над сушей, в холодном месте конденсат влаги, которая чуть позже каплями выпадет на сушу. И если пакет с перфорацией, то можно увидеть, как влага, просачиваясь сквозь песок, стекает все ниже к океану.

Что нам остается делать

Круговорот воды в биосфере – очень важный процесс для всей планеты. Нарушение или выпадение хотя бы одного звена приведет к глобальным и, весьма вероятно, непоправимым последствиям для всех. Австралийские и американские ученые на основании своих наблюдений за погодой, охвативших 50 лет, пришли к заключению, что круговорот воды в природе из-за глобального потепления стал ускоряться. А это, в свою очередь, приведет к тому, что засушливые районы станут еще суше, а там, где и сейчас климат дождливый, будет выпадать еще больше осадков. Все это доказывает одно: человечеству стоит серьезнее относиться к своей деятельности, которая неразрывно связана с природой.