Основной цикл, благодаря которому существует жизнь на Земле это круговорот воды в природе. Это законченный круг природного явления представляет собой непрерывную картину изменений. В цикле воды нет ни начала, ни конца, но есть четыре основных этапа. Это важнейший природный процесс.
Этапы водяного цикла включают: испарение, конденсацию, осадки и сток.
Вода в природе непрерывно проходит через эти стадии изменения, проходя через множественные фазовые изменения снова и снова. Эти шаги зависят от температуры, давления, ветра и высоты земли и контролируются солнцем.
Испарение
Испарение — это превращение жидкости, такой как вода, в газ. Когда вода находится в газовой форме, мы называем ее водяным паром. Для того, чтобы этот физический фазовый переход произошел, необходимо добавить тепло, чтобы жидкость превратилась в газ. Движущая сила этой жары — солнце. Когда температура высока, жидкость испаряется из водоема, как океан или пруд, и поднимается в воздух. Когда большое количество её испарилось и находится в газовой форме, метеорологи называют это повышенной влажностью. Влажность — это мера того, сколько водяного пара находится в воздухе.
Когда температура высока и вокруг много жидкой воды, испарение происходит постоянно. Если вы выйдете на улицу через несколько часов после ливня, и температура будет высокой, лужи исчезнут быстро. Вода все еще существует, но теперь она просто в форме, которую мы не можем видеть, потому что она испарилась.
Конденсация
Конденсация является следующим шагом в водном цикле. Поднимается теплый воздух и вода. Чем выше они поднимаются в атмосферу, тем ниже температура. По этой причине водяной пар начинает сталкиваться с более холодными температурами, и происходит еще одно физическое изменение фазы. Водяной пар в форме газа, конденсируется или собирается вместе и превращается обратно в жидкую форму. Вы видите конденсат в виде облаков.
Облака — это жидкая вода и кристаллы льда, которые конденсировались и собирались вместе с частицами грязи. Чем больше капель жидкости вместе, тем тем темнее будет облако. Вероятно, вы видели конденсат на внешней стороне бутылки с холодной водой. Это связано с тем, что водяной пар в воздухе, коснулся холодной поверхности бутылки и конденсируется обратно в жидкое состояние.
Туман — еще один пример конденсации. Туман — это низко лежащее облако, которое находится около Земли. Когда водяной пар касается холодной земли, он конденсируется и превращается обратно в жидкость. Как только земля нагревается, туман исчезает, потому что она снова испаряется в водяной пар.
Осадки
Когда все больше и больше капель воды и кристаллов льда собираются вместе, масса облака становится слишком большой. Капли воды и кристаллики льда начинают падать на землю. Этот шаг называется осадки.
Существует четыре вида осадков: снег, мокрый снег, дождь и град. Каждый вид осадков зависит от температуры и погодных условий. Когда температура очень высока и в воздухе мало водяного пара, осадки происходят не очень часто. Без осадков район столкнется с засухой или сухими условиями. Осадки важны для всех живых существ на Земле.
Сток
Сток является четвертой ступенью в круговороте воды в природе. Это когда вода, которая выпала на поверхность во время осадков, собирается и впадает в реки, ручьи, озера и океаны. Это сток, где мы получаем большую часть нашей питьевой воды по всему миру. Большая часть стока собирается в океане. Океан покрывает 75% всей Земли. Если бы у нас не было стока, большая часть водоемов высохла бы. Часть стока просачивается в землю и становятся подземными водными ресурсами. Это часто используется для водоснабжения. Люди будут бурить скважины, чтобы получить доступ к этим подземным ресурсам, чтобы поливать свои растения и пить в своих домах.
Круговорот воды в природе никогда не останавливается. Это неорганическое соединение, которое вы пьете, купаетесь и поливаете траву, было вокруг с самого начала Земли. Мы пьем это вещество, которое пили и в котором купались еще динозавры. Когда животные или растения выпускают воду, она возвращается в водный цикл. Ветер несет водяной пар по всему миру, поэтому жидкость, которую вы пьете сегодня, могла быть осадками, которые выпали в Африке в прошлом году. Этот цикл повторяется снова и снова, создавая закономерность в природе.
Круговорот воды в природе никогда не закончится, пока у нас есть солнце, чтобы быть движущей силой.
Процесс циркуляции влаги
Солнечное излучение нагревает поверхность океанов, морей, озер, рек и влажные области материков воздействуя на движение молекул. Движение молекул приводит к их освобождению путем испарения в воздух в виде газа, то есть водяного пара.
Количество молекул воды составляет порядка одного процента от общего числа молекул воздуха.
Во всей тропосфере находится примерно одна стотысячная часть общего количества жидкости содержащейся в морях и океанах. Если бы она выпала в виде осадков на Землю, то покрыла бы весь земной шар слоем воды толщиной 2,5 см.
Поднимаясь от поверхности вверх, нагретый воздух уносит с собой большое количество молекул воды в природе. Наверху, в высших слоях тропосферы, давление и температура намного ниже чем внизу поэтому поднимающийся воздух расширяется и охлаждается. Влажный воздух в нем начинает конденсироваться в капли дождя и кристаллики снега. Таким образом, в восходящем потоке образуются облака.
Конденсацией 1 кг воды из пара освобождается 600 ккал тепла. Именно это тепло и нагревает высшие слои тропосферы.
Восходящие потоки воздуха и ветры приносят влагу с океанов и морей на сушу которая выпадает в виде дождя или снега. Часть её стекает в озера, ручьи и реки, часть впитывается почвой (так называемые грунтовые), некоторое количество поглощают растения и животные. Большая часть влаги возвращается обратно в моря и океаны.
Оттуда она снова испаряется, ветры приносят ее на сушу, и весь цикл повторяется. Этот процесс принято называть циркуляцией или круговоротом воды в природе. Он длится приблизительно десять дней.
Значение циркуляции влаги
Циркуляция или круговорот воды в природе представляет для нас огромное значение не только с точки зрения потребления питьевой и промышленной составляющей, но и как источник энергии.
В большом облаке содержится до трехсот тысяч тонн воды. Средняя высота облака над поверхностью Земли составляет около 4000 м. Для того чтобы поднять такое тяжелое облако Солнце должно совершить работу более чем в 3,3 миллиона киловатт-часов. Именно такой гравитационной энергией обладает обыкновенное большое облако. Лишь малая часть этой гравитационной энергии может быть использована независимо какой вид воды.
Например, рассмотрим выпадение дождя с этого облака и попадание влаги в плотину. Если высота плотины достигает 40 м, то с ее помощью можно получить всего лишь 1% энергии облака (40 м — это 1 % от 4000 м). В подающем трубопроводе гидроэлектростанции на плотине гравитационная энергия превращается в кинетическую. Из воды кинетическая энергия при помощи турбины поступает в генератор, который превращает кинетическую энергию в электрическую. Итак, электроэнергия, которую мы получаем в гидроэлектростанции, — это превращенная солнечная энергия. Любопытно, что в настоящее время таким путем мы получаем всего лишь 0,2 ТВт, хотя из водных ресурсов можно было бы черпать 3 ТВт электроэнергии.
Таким образом, круговорот воды в природе как и циркуляция воздушных масс в тропосфере осуществляется при помощи постоянной составной солнечного излучения (свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение).
Переменная часть солнечного излучения (рентгеновское, дальнее ультрафиолетовое излучение, радиоволны) приносит гораздо меньше энергии и постоянно колеблется.
