Круговорот воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра геоэкологии

Реферат

Круговорот воды

Выполнила:

студентка гр. ГК-12-1

Мунтян В.Е.

Проверил:

доцент Исаков А.Е.

Санкт-Петербург

2014

Содержание

круговорот вода экосистема океан

1. Возникновение науки о воде

2. Физическое состояние воды

3. Вода на земном шаре

4. Количество воды

5. Круговорот воды на Земле

5.1 Океаническое звено

5.2 Литогенное звено

5.3 Речное звено

6. Потребность человека в воде

7. Влияние человека на круговорот воды

8. Транспирация

Заключение

Библиографический список

1. Возникновение науки о воде

Наука о воде -- древнейшая из наук. Она возникла вместе с искусственным орошением. Американский гидролог Р. Нейс считает, что гидрология существует 5 тыс. лет.

Первые представления о круговороте воды появились в Китае, затем в Индии, где стали использовать дождемеры -- приборы для определения количества осадков, т. е. там, где установили связь между осадками и стоком воды в реках. В Древней Греции, Древнем Египте, на Ближнем Востоке эта связь не осознавалась, поскольку дожди, питавшие, например, Нил, выпадали где-то в его верховьях, а использовалась вода в засушливых низовьях -- в Древнем Египте. На Ближнем Востоке дожди и талые воды Тигра и Евфрата также формировались далеко в 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 воды узнали только 500 лет назад, и первые соображения по этому поводу высказал Леонардо да Винчи (1452--1519).

Леонардо да Винчи интересовали, скорее, вопросы гидравлики, чем гидрологии, но в некоторых своих сочинениях он высказал мысли, которые созвучны современным научным представлениям о круговороте волы. Он указывал на значение водопроницаемых геологических пород, образующих водоносные слои в Альпах, объяснял, как происходит восполнение подземных вол и как низинные источники питаются водой. Другие ученые значительно расширили его идеи, но это произошло гораздо позже. Более полные представления о круговороте изложил в книге, изданной в 1580 г. во Франции, Б. Палисса (1510--1589). Он впервые указал на дождевые осадки как основной источник питания рек.

Основоположником учения о круговороте воды считают француза П. Перро (1611--1680), который более известен как строитель водопровода для Лувра -- королевского дворца в Париже. Гораздо позже Э. Дарвин (1731--1802), дед Ч. Дарвина, объяснил механизм круговорота воды и доказал, что атмосферные осадки обеспечивают ток воды в реках и часть влаги поступает на сушу с моря. Английский астроном Э. Галлей (1655--1742) первым рассчитал величину испарения с поверхности океана.

Большой вклад в изучение круговорота воды внес российский ученый А.И. Воейков (1842--1916), слова которого «реки можно рассматривать как продукт климата» стали признанным положением.

2. Физическое состояние воды

Вся вода на Земле непрерывно перечищается и совершает круговорот. Что бы понять это, обратимся сначала к некоторым физико-химическим свойствам воды.

Нам знакомы три физических состояния воды: твёрдое (лёд), жидкое (собственно вода), и газообразное (водяной пар). Все они - результат различных взаимодействий между молекулами воды (H₂O). На них действует две силы. Одна - слабое взаимное притяжение, называемое водородной связью, которое возникает из-за того, что атом водорода одной молекулы притягивается атомом кислорода другой молекулы. Водородная связь удерживает молекулы воды вместе. Вторая сила обусловлена кинетической энергией колебательного движения, присущего всем атомам и молекулам. Кинетическая энергия стремиться разъединить молекулы воды.

Кинетическая энергия увеличивается с температурой, разрывая водородные связи; вода переходит в другое состояние.

Насколько прочно молекулы воды удерживаются вместе (а следовательно, и физическое состояние воды), зависит от соотношения между водородной связью и кинетической энергией молекул рис. 1. Водородная связь постоянна по силе, а кинетическая энергия зависит от температуры: чем теплее, тем она выше.

При температуре ниже точки замерзания (0 ^оС) кинетическая энергия молекул по сравнению с водородной связью низка, поэтому молекулы замерзают на месте в определённом порядке. Получается лёд. При повышении температуры увеличивающаяся кинетическая энергия буквально расшатывает эту структуру: происходит оттаивание. Однако, если водородная связь разрушается в одном месте, в другом она возникает. Молекулы как бы «скользят» друг по другу, но удерживаются вместе. Это - жидкое состояние воды.

Наконец при температуре кипения (100 ^оС) кинетической энергии достаточно для разрыва водородных связей, и молекулы оказываются в воздухе в свободном (несвязном) виде. Этот процесс называется испарением. Молекулы воды в воздухе - это водяной пар, а его количество измеряется как влажность.

Все описанные процессы обратимы. Конденсация - явление, противоположное испарению. Когда температура и соответственно кинетическая энергия понижаются, молекулы воды в составе пара, встречаются друг с другом, объединяются водородной связью. Если температура достаточно низка, водяной пар может перейти непосредственно в твёрдое (кристаллическое) состояние. Так образуется иней в природе или холодильнике.

Эти изменения в физическом состоянии воды лежат в основе её круговорота на Земле. Водяной пар постоянно поступает в атмосферу при испарении, а затем возвращается на землю в результате конденсации и выпадения осадков.

3. Вода на земном шаре

Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находитcя вода, пропитывающая почву и горные породы.

Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха.

Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль).

Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды, например дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь.

Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т. п. При фильтровании больших количеств воды пользуются фильтрами из песка и гравия. Фильтры задерживают также большую часть бактерий. Кроме того, для обеззараживания питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды требуется не более 0,7 г хлора на 1 т воды.

Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси. Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или ионного обмена.

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

4. Количество воды

Помимо качества воды, оцениваемого химическими или биологическими методами, для существования всех наземных экосистем не менее важно и само наличие воды в достаточном количестве. Когда в каком-то регионе возникает засуха, уровень грунтовых вод резко понижается, что наносит существенный вред всей экосистеме. Деревья, не способные достичь своими корнями грунтовых вод, увядают и погибают; небольшие реки и мелкие озерки высыхают, а вдоль речек, которые еще существуют и питают оставшиеся озера и созданные человеком водохранилища, происходит сильная эрозия почвы.

Иссушение тех или иных мест почти всегда есть результат деятельности человека, прежде всего - уничтожения им естественного растительного покрова. Лишенная растительности, открытая действию солнца и ветра, почва очень быстро теряет содержащуюся в ней влагу. Высыхание делает почву более уязвимой для эрозии, а эрозия, в свою очередь, снижает способность почвы поддерживать растительность и таким образом ведет к еще более сильному обезвоживанию. Другая распространенная причина понижения уровня грунтовых вод и иссушения территорий - чрезмерная эксплуатация подземных водных ресурсов (через колодцы и скважины).

5. Круговорот воды на Земле

Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. Упрощенно говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее.

В этом случае часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая - питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые для жизнедеятельности самих растений.

Рис. 1

Главный энергетический двигатель круговорота воды -- Солнце. Солнечные лучи нагревают воду, и она интенсивно испаряется. Молекулы воды оказываются в атмосфере, причем половина их сосредоточена в нижнем полуторакилометровом слое воздуха. С высотой температура воздуха постепенно падает, поэтому пары воды на определенной высоте насыщаются и конденсируются в капельки воды или кристаллы снега, формируя облака. Облака проливаются дождем или выпадают в виде снега. Этот процесс идет непрерывно. Испарившаяся вода находится в атмосфере всего 8--9 дней, затем снова возвращается в океан, озеро, болото, реку или недра Земли.

Глобальный круговорот воды не замкнут, так как через рифтовые трещины идет дополнительный приток воды из недр планеты, увеличивающей объем гидросферы ежегодно на 0,25 км. А часть паров воды, попадая в верхние слои атмосферы под действием солнечного излучения, разлагается на водород и кислород и уходит в космос. За счет круговорота идет непрерывный водообмен в реках, озерах, морях, т. е. непрерывное обновление воды. Так, в Мировом океане вода полностью сменяется за счет испарения за 2400 лет, а речной сток требует 31 тыс. лет. В полярных ледниках, которые питаются атмосферной влагой, а сами, подобно рекам, стекают в океан, выбрасывая в него айсберги, смена льда происходит примерно за 10 тыс. лет. В подземных же водах это происходит в среднем за 5 тыс. лет, а в реках -- всего за 12 дней. Таким образом, круговорот обеспечивает доставку воды буквально во все уголки земного шара. В результате вода пронизывает все, поддерживая на Земле жизнь.

Каждый живой организм можно рассматривать как часть гидросферы, участвующей в круговороте воды. Благодаря воде в организмах происходят реакции, необходимые для поддержания жизни, и формируется само тело организма. Поэтому любой организм должен пропускать через себя воду, осуществлять свой собственный круговорот воды. Как писал русский исследователь В.Г. Богоров (1904--1971), «никакой воды, которая бы не соприкасалась с живыми существами, в океане нет». Можно добавить -- и на суше тоже нет. Практически вся масса воды на суше проходит через растительность и почвенные организмы, а это означает, что биота суши весь объем гидросферы планеты пропускает через себя примерно за 20 тыс. лет. В океане, где вода -- это среда обитания, источник пищи и кислорода, морские организмы пропускают через себя весь объем Мирового океана всего за полгода.

Время, необходимое для прохождения всей воды нашей планеты через систему биологического круговорота, можно определить следующим образом. Общая масса воды в наружных оболочках Земли - земной коре, гидросфере и атмосфере составляет 160000000 млрд. т. Масса воды, захватываемая годовой продукцией фотосинтезирующих организмов, около 800 млрд. т/г. Период полного оборота всей воды в процессе образования живого вещества примерно 2 млн. лет. Таким образом, вся огромная масса гидросферы Земли за 2 млн. лет проходит через растительные организмы, масса которых ничтожно мала по сравнению с водной оболочкой.

Круговые движения воды не ограничиваются поверхностью Земли. Значительное количество воды присутствует в горных породах в виде пленочных и поровых вод, еще больше входит ее в состав минералов, образующихся в зоне гипергенеза. Все глинистые минералы, оксиды железа и другие распространенные в этой зоне соединения содержат в своем составе воду. Подсчитано, что в 16-ти километровом слое земной коры содержится примерно 200 млн. км воды. Поступая в глубинные зоны земной коры, связанные формы воды постепенно освобождаются и включаются в метаморфические, магматические и гидротермические процессы. С вулканическими газами и горячими источниками глубинные воды поступают на поверхность.

Вода -- идеальный растворитель, поэтому любая природная вода содержит растворенные газы и вещества, в том числе необходимые для жизни.

Потоки воды в реках, волны и течения в озерах и морях разрушают горные породы и переносят частицы и обломки на большие расстояния. Основная часть их в конце концов оказывается на дне морей и озер. Таким образом, вода формирует круговорот вещества в природе. Растения за счет воды, углекислого газа и солнечной энергии создают органическое вещество для поддержания жизни остальных организмов на планете, которые питаются этим органическим веществом. Для того чтобы создать массу органического вещества, требуется ежегодно около 1 тыс. км3 воды. Следовательно, можно утверждать, что гидросфера -- это продукт живых организмов, среда, которую они создали сами для себя. Вода нужна всем. Животные тоже участвуют в круговороте воды. Глобальный круговорот воды разделяется на океанический и континентальный.

5.1 Океаническое звено

Океанический круговорот воды -- это непрерывный процесс испарения, перенос влаги воздушными течениями над океаном и выпадение ее в виде осадков на поверхность океана. За время существования планеты круговорот меняется в зависимости от площади океана и объема гидросферы. Сейчас ежегодно в океаническом круговороте участвует 458 тыс. км3 воды. Это почти шесть таких водоемов, как Каспийское море. Но испаряется с поверхности океана каждый год 505 тыс. км3. Разница в 47 тыс. км3 уходит на континенты, выпадая в виде дождя и снега на суше. Но благодаря этой небольшой части океанического круговорота воды на суше возник континентальный круговорот, положивший начало жизни на Земле, а затем и появлению человека.

5.2 Литогенное звено

Литогенное звено круговорота воды, другими словами, участие подземных вод в круговороте воды, весьма разнообразно. Глубинные подземные воды, главным образом рассолы, крайне слабо связаны с верхними слоями подземных вод и с другими звеньями круговорота воды. Накопление глубинных подземных вод в некоторых областях происходило в течение многих миллионов лет. Весьма медленно просачиваясь вглубь и пополняясь за счет дегазации мантии, на глубинах (чаще всего более 1-2 км) образовались огромные скопления воды. Но их участие в круговороте воды выражено весьма слабо. Глубинные подземные воды, если сравнивать с круговоротом воды -- явлением природы весьма динамичным, практически стабильны. Нх объем весьма незначительно меняется в течение коротких периодов времени. Они обычно сильно минерализованы, вплоть до крепких рассолов, что и служит главным признаком слабого обмена.

Пресные подземные воды залегают преимущественно в зоне активного водообмена, в верхней части земной коры, дренируемой речными долинами, озерами и морями. Именно благодаря интенсивному водообмену, относительно частым переходам через фазу конденсации атмосферной влаги эти воды слабо минерализованы, практически пресны.

Явлению естественного дренажа подземных вод принадлежит исключительно важная роль в круговороте. Благодаря ему одно из звеньев круговорота приобретает регулирующие свойства - реки получают устойчивое питание. Без этого источника водный режим рек был бы еще более изменчив - вода в реках появлялась бы лишь во время дождей или при снеготаянии, а в остальное время реки пересыхали бы. Реки с таким режимом распространены в зоне сухой степи и в пустыне. Здесь подземные воды получают очень слабое питание, быстро иссякают и их участие в питании рек весьма незначительно.

Поэтому такие сравнительно большие реки, как Малый и Большой Узень в Заволжье, текут лишь непродолжительное время весной. По этой же причине вади Сахары, омурамбо пустыни Калахари и крики Австралии в течение нескольких лет бывают сухими и превращаются в стремительные потоки во время редко выпадающих здесь интенсивных ливней. Использование водных ресурсов таких рек возможно лишь путем создания водохранилищ большой емкости, собирающих паводочные воды и в какой-то мере заменяющих подземные воды, обладающие, как правило, высокой естественной регулирующси способностью.

Распределение подземных вод по территории и интенсивность их возобновления связаны с геологическим строением и географической зональностью. Оба этих фактора тесно переплетаются, и не всегда возможно разделить их влияние. Комплекс компонентов природы (климат, почвенный покров, рельеф, растительность) оказывает существенное влияние на формирование подземного стока.

Геологическое строение заметно влияет на местный круговорот воды и на водный баланс при существенных его отклонениях от обычных условий. Большое влияние оказывает карст. В закарстованных районах горные породы (обычно известняки или гипсы) интенсивно выщелачиваются, в результате чего создаются пустоты, подземные туннели, пещеры, в которых свободно циркулирует вода, просочившаяся с поверхности.

В условиях полностью закарстованной, легко проницаемой территории вода быстрее просачивается вглубь, в меньшем объеме задерживается в верхних слоях горных пород и тем самым лучше сохраняется от испарения. Это способствует повышению стока в основном за счет устойчивой части подземного происхождения.

Примерно такое же влияние на водный баланс, особенно на литогенное звено круговорота воды, оказывают хорошо проницаемые для воды вулканические туфы. Армянское нагорье, сложенное такими горными породами, отличается почти полным отсутствием поверхностного стока, так как при выпадении осадков и при снеготаянии вся вода быстро просачивается вглубь и питает подземные воды. В этих условиях формируются обильные источники подземных вод.

5.3 Речное звено

Речное звено круговорота воды изучено лучше других. И это не случайно. Человек издавна селился вдоль рек, продвигался по рекам в неведомые страны, пил речную воду, ел рыбу, выловленную в реках. С развитием производительных сил человек стал использовать речные воды для орошения, а в дальнейшем - в качестве источника энергии, сначала возводя на них примитивные мельничные колеса, а затем гидроэлектростанции вплоть до современных мощностью в несколько миллионов киловатт.

Древние культуры многих народов неразрывно связаны с реками: египетская - с Нилом, ассирийская и вавилонская - с Евфратом и Тигром, индийская - с реками Инд и Ганг.

Люди зависели от режима рек - страдали от их наводнений и вместе с тем использовали разливы для орошения полей. Но все это служило толчком к познанию свойств и закономерностей водного режима. Уже в XX в. до н.э. в Древнем Египте проводились наблюдения над уровнями воды Нила. В Асуане сохранился древнейший нилометр. Нилометр более позднего времени существует на о-ве Рода в черте г. Каира. Эти сооружения находились в ведении жрецов, вещавших народу, какой ожидается урожай. Такая связь между уровнями воды в реке и урожаем не случайна: при высоких паводках разлив реки распространялся на большую площадь и был более продолжительным, что сулило высокий урожай, при низких паводках урожай снижался. С начала мусульманской эпохи на каирском километре ежегодно отмечалась высота паводка. Так сохранились сведения о паводочных подъемах уровней Нила почти за 12 столетий.

Роль рек в процессе круговорота заключается в возвращении океану той части воды, которая переносится в виде пара атмосферой с океана на сушу. По этой причине с океана испаряется больше воды, чем выпадает в виде осадков, на величину, соответствующую годовому стоку всех рек в океан. В то же время с суши испаряется в целом меньше воды, чем выпадает атмосферных осадков на ее поверхность.

Все источники питания рек делятся на две группы: поверхностные и подземные. Поверхностный сток, или вода, стекающая в русла рек по поверхности почвы, может быть разного происхождения. От таяния снежного покрова образуется снеговой сток, при выпадении дождей - дождевой. В особую группу выделяется высокогорный снеговой (т. е. от таяния многолетних снегов) и ледниковый сток. На окраинах полярных ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды образуются своеобразные реки, текущие среди ледяного поля в руслах изо льда. Они появляются на период короткого полярного лета и питаются за счет абляции поверхности ледяных щитов.

Все виды поверхностного стока образуют на реках паводки, продолжительность которых меняется в значительных пределах.

С точки зрения интересов человека поверхностный сток с территории полей, лугов, лесов больше отрицательное явление, чем положительное. Во-первых, он источник безвозвратных потерь воды для сельскохозяйственных полей, что особенно ощутимо в районах недостаточного увлажнения. Во-вторых, в процессе отекания воды по поверхности происходит смыв почвы, образуются промоины и овраги; в горах возникают грозные грязекаменные потоки - сели; эрозия наносит огромный вред хозяйству. В-третьих, поверхностный сток, как уже было сказано, образует паводки, вызывающие разливы рек и наводнения, наносящие большой ущерб хозяйству.

6. Потребность человека в воде

Вода -- ресурс, вода -- энергоноситель, вода -- транспортная система, вода -- основа жизни. Поэтому подсчет запасов воды ведется давно. Разработаны способы определения площади и глубины водных объектов, созданы приборы для измерения скорости течения, других физических и химических характеристик. Все это позволяет оценить запасы воды на нашей планете.

Считается, что 70,8% поверхности земного шара покрыто водой. Поэтому нашу Землю можно назвать Планетой воды, или Планетой Океана. Действительно океан занимает 360 млн. км² при общем размере поверхности 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 занимают значительно меньшую территорию -- 2,3 млн. км², или 1,7% суши, болота и сильно увлажненные земли -- 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 ѕ земного шара 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 жизни и производственных потребностей нужна пресная вода, но гидросфера -- это в основном соленая вода. В соленой воде в 1 л содержится более 1 г растворенных веществ. Только ледники всегда содержат пресную воду. Даже реки бывают с соленой водой. Так, на севере России есть река Солянка: она протекает по району с выходами пластов солей на поверхность. А в Центральной Азии в озеро Балхаш впадает речка с солоноватой водой. 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 -- более 80% -- составляют пресные воды ледников, которые малодоступны для использования не только потому, что вода в них находится в твердом виде, но и из-за удаленности от населенных территорий. Пресные воды ледников располагаются или в полярных районах, или высоко в горах.

Водопроводы, по археологическим данным, появились очень давно. Хорошо известен водопровод Экбатана в 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 население достигало 200 тыс. человек, существовало 18 водопроводов.

Первый водопровод в 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 около 1 млн. человек, там работала сложная система водопроводов, подававшая на каждого жителя до 1000 л воды в сутки. (Сегодня же на одного жителя Рима приходится всего около 500 л.)

Большие достижения римлян в строительстве, в том числе водопроводов, стали возможны благодаря изобретению (или получению с Ближнего Востока) рецепта приготовления цемента, а также свинцовых и керамических труб. Вода в город подавалась из источников в горах по облицованным акведукам (в пер. с лат. «аква» -- «вода» и «дуко» -- «веду») -- длинным каменным мостам-каналам.

7. Влияние человека на круговорот воды

С увеличением численности населения и развитием производства человечество в больших масштабах преобразовало естественный растительный покров в агроэкосистемы, городские территории, инфраструктуру. Такое вмешательство человека привело к изменению состояния экосистем, особенно сильно это сказалось на сокращении лесов и степей, которые производили первичную продукцию. В наибольшей степени пострадали лесные экосистемы. По различным оценкам, на Земле уничтожено от 30 до 50 % лесов. Наиболее интенсивно сведение лесов происходило в центрах древних цивилизаций -- в Китае, Индии, на Ближнем Востоке, в Европе, а в середине XVIII-XIX вв. -- в Северной Америке. Здесь за время существования Цивилизации уничтожено от 70 до 100 % лесов.

Считается, что жизнь сначала возникла в океане, а потом постепенно вышла на сушу. Именно по этой причине существование живых организмов основано на «мокрой технологии» и любой живой организм но на 90 % состоит из воды. Одним из основных процессов, контролирующих состав биосферы, является фотосинтез, за счет которого производится основная масса первичной продукции. На продуцирование органического вещества требуется огромное количество воды. Так в зависимости от вида растений и условий их роста для получения 1г органического вещества требуется от 100 до 700 и более граммов воды. По современным оценкам, биота суши производит около 600 Гт органического вещества (в пересчете на углерод), а с учетом всех компонентов это составляет около 600 Гт. Доля воды в произведенном биотой органическом веществе составляет величину порядка 500 Гт. Поступая вместе с органическим веществом в почву, в результате его разложения, вода высвобождается и вновь принимает участие в круговороте. Таким образом, биота, производя первичную продукцию, связывает около 540 Гт воды, а с учетом транспирации это количество следует сличить на 2 порядка, что составит 54 тыс. км³. Такое количество воды более чем в 5 раз превышает ее содержание в атмосфере и суммарный сток всех рек мира.

Мощность транспирации составляет 2000 ТВт, что сопоставимо с ветровой мощностью, обеспечивающей циркуляцию воздушных масс в атмосфере, и даже превышает ее.

Считается, что биота контролирует круговорот воды на 70 %. Поэтому, деформируя и разрушая естественные экосистемы, человек своей деятельностью оказал существенное влияние на круговорот воды. Это приводит к изменениям гидрологического режима водосборных бассейнов. Особенно заметно увеличивается поверхностный сток, вызывающий развитие эрозионных процессов и быстрый сброс воды. Влажность почвы и воздуха уменьшается на более длительное время, чем на территориях с естественными экосистемами. Это способствует снижению продуктивности нарушенных и естественных экосистем.

Кроме изменения потоков влаги на преобразованных экосистемах % изменяются потоки твердых наносов и химических веществ. Особенно сильное влияние на изменение потоков воды, твердых наносов и химических веществ оказывает сельскохозяйственная деятельность человека. Так как в сельскохозяйственном производстве растения продуцируют органическое вещество не круглогодично, на крупных площадях в течение длительного времени отсутствует растительность.

Кроме того, в больших количествах вносятся химические вещества - Это создает локальные нарушения баланса биогенных элементов, нарушает круговороты многих химических элементов.

Изменение потоков твердых наносов приводит к заилению малых рек, усиливает поступление биогенных элементов в гидрографическую сеть, что приводит к их ускоренной эвтрофикации.

На круговорот воды и состояние водных экосистем оказывает также влияние строительство гидротехнических сооружений (спрямление русел рек, осушение и ирригация, строительство плотин и водохранилище В конечном счете нарушаются пресноводные естественные экосистемы, снижается потенциал самоочищения водных объектов, происходит обмеление малых рек. Это также отражается на количестве и качестве грунтовых вод.

Следовательно, деформация и разрушение естественных экосистем на больших территориях привели к нарушению круговорота воды, изменению водного баланса, опустыниванию, усилению развития эрозионных процессов. Многие изменения носят необратимый характер, а те из них, которые можно приостановить, нуждаются в, больших вложениях материальных ресурсов.

8. Транспирация

Из 4 млрд. лет геологической истории Земли суша была безжизненной 3,4 млрд. лет, так как жизнь существовала только в океане. На сушу жизнь вышла около 600 млн. лет назад. Суша того далекого времени -- это оголенное пространство с чередованием непроницаемых для воды поверхностей, скорее похожих на асфальтированные площади городов или высохшие глинистые участки, и территорий, проницаемых для влаги, типа песчаных пляжей, каменных осыпей или растрескавшихся твердых пород. После дождя или таяния снега вода по водонепроницаемым поверхностям быстро стекала в реки или уходила в поры и трещины. Испарение на безжизненной суше 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 задерживать воду. В этом «почвенном океане» на суше содержится 11,5 тыс. км3 воды, что соответствует очень мелкому океану, покрывающему сушу слоем воды в 10 см. Чтобы почва все время пополнялась влагой, необходимо большое испарение воды на суше. А для этого требуется увеличение площади испаряющей поверхности. Такую работу выполняют растения, листья которых 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 она не меньше площади Мирового океана. Таким путем биота (совокупность всех организмов) на суше обеспечила более интенсивный круговорот воды. Контролирует континентальный круговорот растительность на суше.

Заключение

Одно из замечательных открытий геохимии заключается в установлении того, что движение многих химических элементов осуществляется в виде круговых процессов - круговоротов. Именно эти элементы слагают земную кору, жидкую и газовую оболочки нашей планеты. Их круговороты могут происходить на ограниченном пространстве и на протяжении небольших отрезков времени, а может охватывать всю наружную часть планеты и огромные периоды. При этом малые круговороты входят в более крупные, которые в своей совокупности складываются в колоссальные биогеохимические круговороты. Они тесно связаны с окружающей средой.

В биосфере, как и в каждой экосистеме, постоянно осуществляется круговорот углерода, азота, кислорода, фосфора, серы и других химических элементов. Энергия поступает в экосистемы во время фотосинтеза, а рассеивается главным образом в виде тепла, когда организмы используют ее для своей жизнедеятельности. Вследствие непрерывно происходящих потерь энергии необходимо, чтобы она столь же непрерывно поступала в экосистемы в виде энергии солнечного света. В отличие от этого вода и элементы питания совершают непрерывный круговорот.

Рассмотренная мною тема является очень актуальной в свете современной экологической ситуации. Вода - это источник жизни на земле. Но, как выясняется не бесконечный. Дело в том, что загрязнение водных ресурсов земли имеет в настоящий момент глобальный характер.

Очень важно обеспечить «природе» нормальное функционирование ее базовых циклов обмена веществ.

Библиографический список

1. Карташов А.Г. Введение в экологию / А.Г. Карташов. - Томск : Водолей, 2005. - 391 с.

2. Экология: учебное пособие 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-Данильян В.И., Лосев К.С. Потребление воды: экологический, экономический, социальный и политический аспекты. - М.: Наука, 2006.

5. Фащук Д.Я. Мировой океан. История. География. Природа. - М.: Академ книга, 2005.

6. Лукьянова Т.С. Донная жизнь на картах Мирового океана. Природа. 2006 № 12.

7. Выживет ли человечество? // Вестник РАН. - 2007. - Т: 71. - № 11.

Размещено на Allbest.ru