Таблиця “Вода на землі. Колообіг води в природі”

Гідросфера являє собою водний шар планети, що складається з вод Світового океану і вод суші. 96% води на Землі міститься в океанах, а також морях. Всі води поверхні землі складають лише малу частку всієї водної оболонки.

Скільки ж води на Землі? Її дуже багато-1,4 млрд .км 3 . Якщо порівняти її обсяг з сушею, то вийде води набагато більше. Добре це видно на діаграмі.

Здавалося б, такої кількості води вистачить багатьом поколінням. Однак не вся вода придатна до використання. У ній можуть міститися різні солі, які надають їй своєрідний смак. В цьому випадку вода вважається солоною і для щоденного використання не придатна. Люди використовують ту воду, в якій вміст солі менше 1 г на літр, тобто прісну. Її на нашій планеті дуже мало – 3%, з цих відсотків більша частина знаходиться в льодовиках.

Всі води на землі тісно взаємопов’язані і утворюють єдиний колообіг води в природі.

Що ж із себе представляє колообіг води? Звичайно, в першу чергу, це процес, що складається з декількох складових. Спочатку відбувається випаровування води з земної кори, потім утворюється пара, яка переноситься вітром і згущується як хмари. На ґрунт потрапляє волога у вигляді опадів, яка з водами суші повертається назад в океан.

Світовий колообіг води здійснюється внаслідок впливу сонячної радіації. З поверхні ґрунту за рік випаровується 519 000 м3 води. Водяні пари в атмосфері конденсуються-перетворюються в краплі рідини. Сушу досягає 107 000 м3 води. З цієї кількості найбільша частина води випаровується, частина вбирається в ґрунт і поповнює підземні води. З річок 37 000 м3 води досягає океану. Так здійснюється великий колообіг води.

Вчені припустили, що приблизно протягом 3000 років в результаті процесу колообігу відбудеться оновлення всієї води на планеті.

Цікаво поспостерігати подорож крапельки в круговороті води.

Ми з вами познайомилися з великим колообігом води, проте існує ще один тип колообігу. В даному випадку весь пар, що піднімається з океану, збирається в хмари, не переноситься до суші, а повертається сюди ж у вигляді опадів. Цей колообіг води отримав назву малий.

Явище колообігу води здійснюється в природі постійно і безперервно.

Світовий круговорот води пов’язує всі оболонки планети, здійснюючи їх взаємозв’язок. Завдяки цьому процесу оновлюються запаси вод.

Таблиця з поясненнями на тему “Вода на Землі. Колообіг води в природі”

Ця таблиця надає основні терміни та їхні пояснення стосовно води на Землі та гідрологічного циклу.

Тема 3. Гідросфера

«Немає земної речовини, яка б її не містила. Уся земна речовина нею просякнена та охоплена» – так писав видатний учений В.І. Вернадський про звичайну воду. І справді, вода, перебуваючи в різних станах – рідкому, твердому, газоподібному, є скрізь. Вона охоплює більшу частину земної поверхні. Вода зосереджена переважно в океанах і морях, однак чимало її в річках, озерах, ставках, болотах, льодовиках, а також у верхніх шарах земної кори у вигляді підземних вод. Вода утворює своєрідну водну оболонку Землі – гідросферу, яка тісно взаємозв’язана з іншими оболонками нашої планети.

Поринувши у світ гідросфери, ви дізнаєтеся, що вода є основою багатьох природних процесів: вона розчиняє і виносить на земну поверхню різноманітні речовини, змиває ґрунт, руйнує гірські породи, переносить і відкладає уламковий матеріал, утворює різні форми рельєфу. Вода є складовою частиною організму людини, рослин і тварин. Випаровуючись із Світового океану, вода забезпечує атмосферу теплом і вологою.

§ 43. Загальна кількість води на Землі та її розподіл в гідросфері

ПРО ЧИТАЙТЕ І ДІЗНАЄТЕСЯ

• Наскільки поширена вода на Землі.
• Як розподіляється вода в гідросфері.

• Наскільки поширена вода на Землі. Вода є однією з найпоширеніших речовин у природі. Адже вона має незвичайні властивості, завдяки яким у природі може перебувати у трьох станах. Найчастіше ми бачимо воду в рідкому стані. Проте при нагоді вода, мов казковий герой, може стати невидимкою, тобто може випаруватися і перейти в газоподібний стан. А коли температура опускається нижче нуля градусів, вода перетворюється на лід або сніг, тобто набуває твердого стану.

Не випадково вода словами народного прислів’я говорить про себе: «Я і хмара, і туман, і ріка, і океан». Сукупність усіх вод земної кулі – океани і моря, річки і озера, болота і водосховища, сніги і льодовики, підземні води і багаторічна мерзлота, а також вода, що перебуває в атмосфері у вигляді пари та хмар, – утворюють разом водну оболонку Землі – гідросферу.

Мал. 129. Колообіг води в природі

Завдяки здатності змінювати свій стан вода може мандрувати світом на великі відстані. Свідком цих мандрів був кожен з вас. Наприклад, перебуваючи на березі моря, річки чи озера, будьте певні: ви очевидець випаровування води. Піднімаючись угору, невидима водяна пара охолоджується (пригадайте чому) і знову перетворюється на рідину. Згодом ця рідина випаде на землю дощем, градом, а взимку снігом. Будь-які атмосферні опади стікають по земній поверхні, приміром, у річки, озера, а частина їх просочується в землю. Плине час, і, долаючи чимало перешкод, вода-мандрівниця зрештою потрапляє в море або океан (мал. 129). Не встигаючи тут перепочити, вода нерідко знову рушає в тривалу подорож – випаровується, охолоджується, стікає. Безперервно триває цей процес переміщення води на земній кулі – великий, або світовий, колообіг води в природі: океан – атмосфера – суходіл – океан.

Трапляється, що вода, яка випаровується з поверхні океану, повертається у вигляді атмосферних опадів одразу в той самий океан. Це малий колообіг води в природі: океан – атмосфера – океан. На Землі водночас відбуваються і великий, і малий колообіги води.

• Як розподіляється вода в гідросфері. Загальна кількість води в гідросфері 1,5 млрд км 3 . Основна маса води гідросфери зосереджена в морях і океанах — 96,5 % (71 % поверхні Землі). Друге місце за об’ємом води посідають льоди і сніги полярних областей (переважно льодовикові щити Антарктиди і Гренландії), де зберігається ще 2 %. На третьому місці – підземні води, на які припадає близько 2 % гідросфери. Найменшу частку гідросфери (0,02 %) містять поверхневі води суходолу – річки, озера, болота (мал. 130).

Мал. 130. Розподіл води в основних частинах гідросфери

НОТАТКИ ДО ТЕМИ

Володарі води. Серед океанів найбільше води містить Тихий океан – 53 %. Майже вдвічі менші запаси води має Атлантичний океан – 25 %. Ще 21 % водних запасів утримує Індійський океан. Північний Льодовитий океан володіє лише приблизно 1 % запасів океанічних вод.

З усього об’єму води на Землі лише 3 % – це прісна вода, у якій значно менша концентрація розчинених мінералів, ніж у солоній морській воді. Майже 4/5 усіх запасів прісної води зосереджено в полярних областях у вигляді льодовиків. Ще 1/5 залягає у вигляді підземних вод. Лише 0,3 % прісної води перебуває в рідкому стані на поверхні Землі у вигляді річок, озер та боліт. Причому в озерах води набагато більше, ніж у річках.

МОЇ ДОСЛІДЖЕННЯ

Разом із членами своєї родини визначте, які у вашій місцевості є основні джерела прісної води.

ПРОЧИТАЛИ – ПЕРЕВІРТЕ СЕБЕ!

ЧИ ЗНАЮ

• 1. Які є основні складові гідросфери?
• 2. Яка загальна кількість води на Землі?

ЧИ РОЗУМІЮ

• 3. Завдяки яким властивостям води виникає її колообіг?
• 4. Де містяться найбільші запаси води?

ЧИ ПОЯСНЮЮ

• 5. Як розподіляється вода в природі?
• 6. Якою є роль великого колообігу води в природі?

ЧИ ВМІЮ

• 7. Визначте за діаграмою (мал. 130) особливості розподілу води в гідросфері.
• 8. Намалюйте схему малого колообігу води у вашій місцевості, позначивши місцеві об’єкти (річку або озеро, форми рельєфу, гірські породи тощо).

Звідки на Землі океани?

Якщо подивитися на Землю з відстані, немає сумнівів, що це, насамперед, – світ води. Понад 70% її поверхні вкрито океанами, середня глибина яких – 3 700 метрів. Протягом еонів (періодів геологічної історії Землі. — Ред.) вода сформувала континенти, створила атмосферу і стала колискою життя.

Сьогодні океани – це середовище мільйонів форм життя: від бактерій до блакитних китів, а також головний чинник екології, клімату та погоди нашої планети. Вода Світового океану впливає на формування вітрів, тимчасово перетворюється на хмари або лід та єднає земні полюси за допомогою глибоководних течій. Усі ці процеси відбивають особливу роль води у поглинанні та переміщенні сонячної енергії навколо нашої планети.

Автор фото, Getty

Океани – колиска життя

Отже, океани – це невід’ємна частина Землі і сама Земля. Але вони не завжди існували на нашій планеті. Вода, що наповнює їх, прийшла з далекого космосу через сотні мільйонів років після формування нашої планети 4,5 мільярда років тому. У ті часи поверхня Землі була справжнім пеклом — випалена суха пустеля, вкрита вулканами.

Вода, без якої неможливе життя і яка робить нашу планету унікальною, потрапила сюди з космосу у формі величезних шматків льоду. Це відбувалося під час одного з найбурхливіших періодів у ранній історії планети.

Аби знайти джерело наших океанів, треба починати з вивчення їх складових компонентів. Вода – це друга найпоширеніша молекула Всесвіту, що складається з двох атомів водню і одного атому кисню.

Водень існує від самого моменту створення світу під час Великого Вибуху. Після виникнення Всесвіту 13,7 мільярдів років тому частина енергії, яка вийшла з неймовірної вогненної кулі почала конденсуватися у вигляді часток і випромінювання.

У перші три хвилини деякі з новостворених електронів і протонів сповільнилися достатньо, аби притягнутися один до одного. Весь водень у Всесвіті був створений тут, і він донині залишається найбільш поширеним атомом світу.

Атоми кисню з’явилися на мільйони років пізніше. Під час розширення Всесвіту хмари водню поступово скупчувалися, і їхнє взаємне гравітаційне тяжіння зрештою стало настільки міцним, що у хмарах почав синтезуватися гелій. Народилися перші зірки, що сяяли мільярди років, поки не скінчилося водневе паливо в їхніх центрах. У цей момент зірки колапсували і починався синтез уже за участі гелію.

Автор фото, Tim GeersCC by 2.0

Зроблено у космосі

Протягом численних етапів синтезу ці зірки першого покоління виробили значну кількість відомих нам хімічних елементів – від гелію до заліза. Очевидно, гравітаційний тиск в зірках не був достатньо сильним, аби сплавити створені важкі атоми, і зірки вибухали неймовірно яскравим спалахом.

Їхні ядра розпадалися на згусток часток, відомих як білий карлик, а вибухи породжували величезні хмари новоявлених атомів вуглецю, неону, сірки, натрію, хлору, аргону і, найголовніше, кисню.

Зоряні залишки, відомі як планетарні туманності, стали найкрасивішими об’єктами космосу. Випромінювання білого карлика запалює газові хмари навколо, створюючи яскраві флуоресцентні кольори, що змушує астрономів називати їх доволі романтичними іменами: Котяче Око, Морські Зірки Близнюки, Блакитний Сніжок, Ескімо та Мураха.

5 мільярдів років тому усі компоненти наших океанів – увесь водень та кисень, що пізніше перетворився на молекули води, – плавав у планетарній туманності. Саме в ній пізніше народилося наше Сонце, спалахнувши з газової хмари водню.

Туманність “Котяче Око” (фотографія зроблена з космічного телескопу Hubble). Планетарні туманності містили компоненти, з яких пізніше зв’явилися наші океани

Молекули й атоми всередині туманності повільно плавали між частками зоряного пилу з вуглецю, кремнію та інших елементів, не підпадаючи під дію гравітації ще молодого Сонця, яке в іншому разі просто всмоктало би їх.

Навколо було доволі порожньо – лише декілька тисяч атомів на кубічний сантиметр і більшість з них – атоми водню.

Молекули води, яка зараз наповнює наші океани, випадково потрапляли на частки вуглецю і кремнію, що були значно більші за розміром. І шлях цей був дуже повільним та непростим.

Один атом водню приземлявся на частку космічного пилу в середньому близько разу на день, але, враховуючи його крихітну масу, майже відразу відскакував від поверхні пилу. Атоми кисню, що стикалися з дрібками пилу, залишалися на них трохи довше.

Дуже рідко та випадково атоми кисню та водню разом вдарялися об частки пилу, а ще рідше – опинялися досить близько, щоб утворити хімічні зв’язки один з одним.

Автор фото, alamy

Молекули води з’явилися в космосі випадково

Протягом сотень тисяч років частки пилу, на яких поєднувалися атоми водню та кисню, вкривалися послідовними крижаними шарами. За цей час вони збільшувалися лише удвічі. На той час, коли сонячній системі виповнилося мільйон років, вона була наповнена дрібками вуглецю та кремнію, вкритих шматками аморфного льоду.

Зрештою ці інкрустовані льодом пилинки зближалися і об’єднувалися у більш великі частки. Окремі частки виростали спочатку до кількох міліметрів в діаметрі та утворювали крихітні камінці, які потім об’єднувалися у валуни, астероїди і, врешті, планети. Усі тіла нашої Сонячної системи з’явилися, як фенікс, від випадкового танцю зіркового попелу, що залишився після вибуху зірки мільйони років тому.

Автор фото, alamy

Частки пилу перетворювалися в космосі на крижинки

Перш ніж на нашій планеті з’явилися океани, мала сформуватися сама планета.

У перші кілька мільйонів років величезний диск із каменю та льоду обертався навколо Сонця. Знадобилися 20 мільйонів років, аби з цього вихору уламків утворилася Земля та інші планети. Наша молода планета 4,5 мільярда років тому була надзвичайно спекотним місцем. На ній бурхали вулкани, текли потоки розплавленої магми, величезні камені з космосу постійно вдарялися об поверхню.

Один із таких гігантських каменів, розміром з невелику планету, зіткнувся з Землею. Від його удару відколовся шматок кори і мантії Землі, які почали обертатися навколо нашої планети і згодом перетворилися на Місяць.

Під Землею розпад радіоактивних елементів звільняв великий обсяг тепла. Не дивно, що ці перші півмільярда років геологічної історії планети були названі Гадейським еоном, на ім’я бога підземного світу Аїда (Гадеса).

Автор фото, Alamy

Земля – це світ води

Практично вся вода на поверхні Землі у той час походила з цих поєднань космічного пилу та льоду. Але без розвинутої атмосфери планета не могла утримати молекули води на поверхні, і вони випаровувалися у космос.

Іншим джерелом води були колосальні підземні геологічні процеси, які виштовхували воду на поверхню. Важкі елементи, такі як залізо, осідали переважно в центрі і починали формуватися в окремі шари кори, мантії та ядра, які сьогодні складають структуру Землі.

Вода та інші легкі сполуки потрапляли на поверхню з охолодженням мантії. Через вулкани та тріщини в земній корі гаряча вода випарювалася в атмосферу.

Автор фото, Getty

На ранньому етапі розвитку Землі льод не міг утриматися на її поверхні

Через 500 мільйонів років атмосфера і температура Землі стабілізувалися, і вода, яка випарювалася в атмосферу, почала конденсуватися. Пішов дощ, який тривав, можливо, протягом тисячоліть. Виявляється, що всесвітній потоп, який відбивається в міфах про створення світу майже всіх народів, і справді існував.

Тепер на поверхні Землі була вода. Але ці ранні океани у теплих умовах Гадею містили значно менше води, ніж сьогодні.

Кратери на поверхні Місяця – свідчення періоду Астероїдного Бомбардування

Більшість води наших сьогоднішніх океанів прибула з інших джерел. У той час, коли Земля потопала в дощах, решта планет Сонячної системи зазнала інших опадів. Масивні комети та астероїди, наповнені космічною водою, стикалися з їх поверхнею. Свідченням цього є численні кратери, що залишилися на поверхні Місяця.

Ніхто не знає, скільки космічних тіл зіткнулися з Землею та скільки води вони принесли. Але коли 3,8 мільярдів років тому період інтенсивних астероїдних бомбардувань завершився, на Землі були океани.

Точне походження цих комет та астероїдів невідоме. Один із засобів визначити це – дослідити відносні пропорції важкої води в кометах і астероїдах, які прилітають з різних куточків Сонячної системи.

Важка вода містить дейтерій, форму водню, яка має в ядрі нейтрон та протон. Останні данні, отримані з комет Галеї, Хякутаке та Гейла-Боппа, показують, що вони мають удвічі більше дейтерію у воді, ніж у земних океанах.

Наприкінці 2014 року інтрига ще більше поглибилася після того як місія Розетта Європейської космічної агенції оприлюднила перші результати свого дослідження. Розетта протягом 10 років пролетіла близько 500 мільйонів кілометрів за кометою 67P/Чурюмова-Герасименко.

Бортовий спектрометр виявив, що порівняно зі звичайною водою, вода на кометі містила утричі більше важкої води. Якщо склад цих комет приблизно такий же, як і в ранній період Сонячної системи (а наукових причин вважати інакше немає), тоді вони не могли бути джерелом води на нашій планеті, і нам залишається шукати його в інших місцях.

Після того, як океани з’явилися на Землі, наступним непростим завданням для нашої молодої планети стало утримати їх на поверхні.

На щастя, наша планета опинилася у правильному місці, саме на той відстані від Сонця, яка уможливила появу життя на ній. Не надто близько і не надто далеко, щоб рідина могла існувати на її поверхні. Живим нагадуванням того, як нам пощастило із місцем під сонцем, є дві сусідні від нас планети.

Венера лежить ближче до Сонця, ніж Земля, і її часто називають злим близнюком нашої планети. Це приклад того, якою була би Земля, аби їй пощастило менше.

Автор фото, Alamy

Венера не змогла втримати свої океани

Ключовий приклад – втрата океанів. Після того, як вода потрапила би на поверхню планети під час Пізнього важкого бомбардування, інтенсивна сонячна радіація сприяла би різкому підвищенню вологості. Пари води досягли би найвищих шарів товстої атмосфери планети.

Чим вище піднімалася би вода, тим вірогідніше, що вона стикалася б з інтенсивною сонячною радіацією, від чого кожна молекула води розпадалася би на кисень та водень. Оскільки водень дуже легкий, він би відразу зникав в атмосфері.

За декілька мільярдів років планета повністю втратила би свої океани.

Марс демонструє інший приклад того, що трапилось би з водою надто далеко від Сонця. Через брак сонячної енергії, планета би швидко вкрилася льодом. Заледеніла планета відбивала би практично усе сонячне світло, що досягало її поверхні.

Автор фото, Alamy

Чи могла вода залишитися на Марсі у замороженому вигляді?

У цьому замкнутому колі планета охолоджувалася би ще більше. Є свідчення про те, що вода колись існувала на поверхні червоної планети, але її немає там зараз.

На щастя, Земля не зазнала ні стрімкого заледеніння, ні неминучого випаровування води.

Мільярди років геологічної історії зробили нашу планету досконалим творінням. Вона має стабільну атмосферу, вдале розташування у сонячній системі та м’який клімат, що уможливив існування просторих океанів, які ми маємо сьогодні.

Прочитати оригінал цієї статті англійською мовою ви можете на сайті BBC Earth.