Вода на земле

Триангуляция — как способ вычисления расстояний

Без современных вычислительных приборов и достижений высокотехнологичной эпохи, наши предки могли ответить на вопрос о том, какова площадь суши земного шара. Но это могли сделать только опытные и очень внимательные наблюдатели.

В XVII веке был освоен такой способ измерения, как триангуляция (или измерение соприкасающимися треугольниками), для того, чтобы узнать сколько площадь земного шара. Выполнения данного измерения проводилось только во время долгих экспедиций и путешествий. Удобство способа заключалось в том, что очень часто встречающиеся на пути помехи (такие как леса, болота, реки, зыбучие пески и многое другое) не могли помешать точному определению расстояния, так как вычисления проводились на бумаге.

Выполнение измерений происходило следующим образом: из двух точек А и В (как правило это были холмы, крепости, башни и прочие возвышенности) проводилось определение углов (при использовании зрительной трубы) с противоположными точками (C и D), зная длину сторон АВ, ВС и градусы углов, можно было определить размер треугольника АВС. А зная стороны СВ, BD и градусы углов — вычислить и размер треугольника BCD. Отрицательной чертой данного способа является то, что это достаточно трудная, кропотливая работа и выполнить ее успешно удавалось далеко не каждому.

Распределение соленой и пресной воды

Общий объем воды на Земле оценивается в 1,386 миллиарда км³ (333 миллиона кубических миль), из которых 97,5% — это соленая вода, а 2,5% — пресная вода . Из пресной воды только 0,3% находится в жидкой форме на поверхности.

Поскольку океаны, которые покрывают примерно 71% площади Земли, отражают синий свет, Земля кажется синей из космоса, и ее часто называют голубой планетой и бледно-голубой точкой .

«Логарифм» График источника воды в кубических милях

Источник пресной воды (включая соленые озера и соленые грунтовые воды)

Озера

В совокупности озера Земли содержат 199 000 км 3 воды. Большинство озер находится в высоких северных широтах, вдали от населенных пунктов. В Северной Америке в районе Великих озер , которые содержат 21% мировых запасов пресной воды по объему, являются исключением. В бассейне Великих озер проживает 33 миллиона человек. В канадских городах Торонто , Гамильтон , Санкт — Catharines , Ниагара , Ошава , Виндзор , Барри и Кингстон и США городах Дулут , Милуоки , Чикаго , Гэри , Детройт , Кливленд , Буффало и Рочестер , все они расположены на берегу Великие озера.

Грунтовые воды

Пресные подземные воды имеют большую ценность, особенно в засушливых странах, таких как Китай. Его распределение в целом аналогично распределению поверхностных речных вод, но их легче хранить в жарком и сухом климате, потому что хранилища подземных вод гораздо более защищены от испарения, чем плотины . В таких странах, как Йемен , основным источником воды для орошения являются грунтовые воды из-за непостоянных дождей в сезон дождей .

Поскольку пополнение запасов грунтовых вод гораздо труднее точно измерить, чем поверхностный сток , грунтовые воды обычно не используются в районах, где доступны даже довольно ограниченные уровни поверхностных вод. Даже сегодня оценки общего пополнения подземных вод сильно различаются для одного и того же региона в зависимости от того, какой источник используется, и случаи, когда ископаемые подземные воды эксплуатируются сверх нормы пополнения (включая водоносный горизонт Огаллала ), очень часты и почти всегда серьезно не рассматриваются, когда они были впервые разработан.

Когда на Земле закончится вода

Специалисты, подготовившие доклад, отмечают, что два ключевых фактора приближают проблему общемировой жажды: рост населения и климатические изменения. И первым вопросом, требующим решения, является поиск баланса между соотношением количества проживающих на планете людей и конечным объемом доступных запасов воды.

Топ 10 стран, где отмечается нехватка чистой воды. Соотношение общего числа жителей (пунктирный круг) к числу людей, не имеющих свободного доступа к чистой воде (закрашенный круг)

Индия за последнее время увеличила доступ к запасам чистой воды в сельской местности, но по-прежнему возглавляет список стран по количеству населения, испытывающих нехватку водоснабжения. Здесь свободного доступа к чистой воде не имеют более 163 миллионов человек. На втором месте находится Эфиопия. Там нехватку чистой воды испытывают 61 миллион человек. Положение дел здесь значительно улучшилось с начала 2000-х годов, однако по-прежнему большой процент местных жителей ощущают нехватку пресной воды.

Без разработки альтернативных методов и технологий, позволяющих опреснять морскую воду в больших объемах, человечеству в будущем придется полагаться лишь на те запасы пресной воды, которые к тому моменту останутся на планете.

Основной объем пресной воды используется в сельском хозяйстве, в основном для орошения сельскохозяйственных культур, выращивания скота, а также в искусственных морских фермах для выращивания рыбы и растительных культур, использующихся в пищевой промышленности. С ростом мирового населения возрастут и потребности в объемах сельскохозяйственного производства, отмечается в докладе. В течение последних десятилетий наблюдается замедление роста уровня водозабора из пресных озер и рек для обеспечения сельского и промышленного хозяйств, а также населенных пунктов, однако этот показатель по-прежнему опережает темпы роста населения планеты, установившиеся еще в 40-х годах прошлого века.

Объемы использования воды опережают показатель роста населения планеты

Агрегатные состояния

Из всех веществ, существующих на Земле, только вода может иметь три принципиально разных агрегатных состояния: жидкое, газообразное и твердое. Благодаря трём агрегатным состояниям происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле. Рассмотрим подробнее каждое агрегатное состояние.

1. Жидкое (вода). В нормальных условиях вода является жидкостью. Образует мировой океан, реки, ручьи и т.д.
2. Газообразное (водяной пар) — это бесцветный газ, не имеет вкуса и запаха. Испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух или образуется путём кипения жидкой воды или сублимации из льда. Сублимация — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя стадию плавления (перехода в жидкое состояние).
3. Твердое (лёд). При температуре от нуля и ниже вода превращается в лёд. В холодное время года он сковывает реки и лужи, выпадает в виде осадков: снежинок, града, инея, образует ледяные облака. Встречается в виде ледников и айсбергов.

Строение в различных агрегатных состояниях

Жидкая вода, лёд и водяной пар имеют один и тот же состав, но разные состояния.

Рассмотрим строение молекулы на изображении.

Многочисленные исследования ученых подтверждают, что по структуре вода и лед близки друг к другу. Структура льда – это решетчатый каркас. Структура воды зависит от содержания разных веществ, которые в ней растворяются, а также от нерастворимых соединений и некоторых других факторов.

В воде возникают структуры, которые стали называть «кластерами» — группа атомов или молекул, которые представляют собой единую структуру, но внутри имеют свои индивидуальные особенности.

При температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах. При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Свойства

Вода — уникальный природный компонент, который обладает рядом свойств. Рассмотрим основные:

• не имеет цвета, запаха и вкуса;
• распространенный растворитель;
• обладает высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути;
• имеет большую теплоту испарения (используется для терморегуляции);
• чистая вода — хороший изолятор;
• обладает большой теплоёмкостью (увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры);
• плотность в разных диапазонах температур меняется неодинаково.

Существуют необычные свойства. Например, в твердом виде вода легче, чем в жидком. Лёд не тонет в воде. В твёрдом состоянии частички воды располагаются по порядку, между ними остается много свободного пространства. Когда лёд тает, активность частичек повышается, свободное пространство заполняется. Жидкая форма становится более тяжелой, нежели твердая.

Такая уникальная способность даёт возможность любому водоёму не замерзать по всей глубине. Даже при самом сильном морозе температура воды у дна не опускается ниже +4 ᵒС. Все живые существа (рыбы и другие) могут спокойно пережить самую суровую зиму подо льдом.

Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Это связано с большей скоростью испарения и излучения тепла.

Теплоемкость и некоторые другие физические свойства воды тоже зависят от температуры неодинаково. Другие виды жидкостей не имеют таких особенностей – чтобы какой-то один параметр менялся по-разному на разных порогах температуры.

Круговорот воды в природе

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу.

Её делят на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и ледники, а также подземные водоёмы. Переходы H2O из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле

Круговорот воды в природе — это непрерывное движение воды в гидросфере Земли. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную и обратно.

Рассмотрим на примере.

• С поверхности океанов, морей, рек и суши вода в виде пара поднимается вверх.
• Высоко над землей он охлаждается и образует множество водяных капелек и льдинок. Из них образуются облака.
• В виде осадков вода возвращается на Землю.

Какую воду называют пресной?

Как известно, две трети поверхности нашей планеты покрыты водой. Но жидкость, составляющая массу морей и океанов, не годится для питья, так как в ней содержится чересчур много солей. Лишь 3% всех водных запасов на Земле можно назвать пресной водой. Отличие от морской воды заключается в содержании соли: в пресной – не больше, чем 0,1%, в морской – до 3,5-4,1%.

От растворённых в воде солей, газов, органических и минеральных веществ зависит вкус и ряд других свойств пресной воды, которая может быть обычной питьевой и минеральной. Причём минеральная, в свою очередь, подразделяется на:

• лечебную, непригодную для постоянного утоления жажды, однако способствующую излечению от определённых заболеваний;
• лечебно-столовую, которая содержит в своём составе раствор лечебных минеральных солей, но в меньшем количестве;
• столовую, в которой минеральные добавки и газы присутствуют в невысокой концентрации.

Обычная питьевая вода может быть получена искусственным способом:

• опреснением морской воды, т.е. выпариванием и конденсацией пара;
• таянием снега или льда;
• дистилляцией.

Чтобы вода приобрела особые свойства, её настаивают на серебре, пропускают через шунгитную крошку, облучают ультрафиолетом, убивающим патогенные микроорганизмы и т.д.

Как распределяется ресурс на Земле?

Гидроресурсы на территории земного шара распределены неравномерно. Разброс наблюдается как по странам и континентам, так и по климатическим поясам.

Большинство стран с дефицитом воды расположены в зонах экваториального и тропического климата с высокими дневными температурами. В арктической, антарктической, зоне умеренного климата ситуация лучше.

Из всех континентов наибольшими водными ресурсами обладает Азия – 14 600 км3, наименьшими Австралия и Океания – 1 600 км3, если не учитывать льды и глубокие подземные воды.

Но если пересчитать на душу населения, картина становится обратной. На каждого гражданина Австралии и Океании приходится 56 500 м3 воды, в Азии – 3 800 м3.

Лидером по водным ресурсам является Бразилия. На ее территории протекает самая полноводная река в мире – Амазонка.

В числе лидеров и Россия, где также много больших рек, ей принадлежит акватория самого крупного пресноводного водоема – озера Байкал.

Наиболее обеспечены

Десятка стран, обладающих богатыми водными ресурсами, выглядит так:

*Приведены оценочные данные, так как в разных источниках они расходятся из-за различий в методике оценки гидроресурсов.

Запасы воды в каждой стране не являются чем-то данным раз и навсегда.

Водные ресурсы возобновляются, но на этот процесс влияют изменения климата, увеличение потребления, все факторы, от которых зависит кругооборот воды в природе.

Наблюдается тенденция к тому, что богатые водными ресурсами страны увеличивают свои запасы, в реках и водоемах поднимается уровень воды. Иногда приходиться отгораживаться плотинами. Там где недостаток водных ресурсов, дефицит становится острее.

И если государства с высокими доходами могут позволить себе дорогостоящие технологии водоснабжения, и транспортировку воды на большие расстояния, то в бедных странах эта проблема стоит очень остро.

Испытывают дефицит

Представляет интерес десятка самых бедных водой стран:

Регионов с абсолютным отсутствием запасенной H2O не существует. В том же Кувейте нет ни рек ни озер, эти минимальные, указанные в таблице запасы труднодоступны, поэтому считается, что воды там нет вообще.

Считается, что шестая часть населения Земли испытывает постоянный дефицит пресной воды. Особенно остро вопрос стоит в некоторых странах Африки, где недоступны современные технологии, а естественных водоемов недостаточно.

Откуда появилась вода на земле?

Оказывается, она присутствовала уже тогда, когда геологическая история нашей планеты еще только начиналась. Как известно, возраст Земли – примерно 4,5 миллиарда лет. Самые древние из горных пород существуют около 3,8 миллиардов лет. Они хранят на себе отпечатки тех одноклеточных организмов, что жили в водоемах.

Этот факт позволяет сделать заключение о том, что появление первичной гидросферы совершилось не позже, чем 4 миллиарда лет тому назад. Но тогда она составляла лишь 5-10% от ее сегодняшнего объема.

Как же она появилась? Одной из преобладающих на данный момент гипотез является следующая. При образовании Земли вода образовалась посредством того, что происходило выплавление и дегазация вещества из мантии. Дегазация обозначает удаление из мантии растворенных в ней газов. Считается, что, скорее всего, большую первоначальную роль в этом процессе сыграла катастрофическая – ударная – дегазация, которая была вызвана падением крупных метеоритных тел на Землю.

Сколько процентов воды на Земле? Гидросфера планеты и еще составляющие

Образование 19 ноября 2016

Вода играет исключительную роль в поддержании жизнедеятельности любого организма. Это вещество может быть представлено в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Но именно жидкость является основной внутренней средой тела человека и других организмов, т.к. здесь протекают все биохимические реакции, и именно в ней располагаются все структуры клетки.

Сколько процентов занимает вода на земле?

По некоторым подсчетам, около 71% всей поверхности Земли занимает вода. Она представлена океанами, реками, морями, озерами, болотами, айсбергами. Отдельно считаются подземные воды, а также пары атмосферного воздуха.

Из всего этого количества только 3% составляет пресная вода. Больше всего ее находится в айсбергах, а также в реках и озерах на континентах. Так сколько процентов воды на Земле находится в морях и океанах? Эти бассейны являются местами накопления соленой H2O, которая составляет 97% от общего объема.

Если бы стало возможным собрать всю воду, которая есть на земле, в одну каплю, то морская заняла бы объем примерно в 1,400 млн. км3, а пресная собралась бы в каплю объемом 10 млн. км3. Как можно заметить, пресной воды в 140 раз меньше на Земле, чем соленой.

Сколько процентов занимает пресная вода на Земле?

Около 3% всей жидкости занимает пресная вода. Большая ее часть сконцентрирована в айсбергах, в нагорных снегах и грунтовых водах, и только небольшой объем приходится на реки и озера континентов.

Собственно, пресная вода делится на доступную и недоступную. Первая группа состоит из рек, болот и озер, а также сюда входят воды поверхностных слоев земной коры и пары атмосферного воздуха. Все это человек приучился использовать в своих целях.

Сколько процентов пресной воды на Земле относится к недоступной? В первую очередь это большие запасы в виде айсбергов и горных снежных покровов. Именно они составляют большую часть пресной воды. Также глубокие воды земной коры формируют существенную часть всей пресной H2O. Ни тот ни другой источник люди еще не научились использовать, однако в этом есть большая польза, т.к. человек не может еще грамотно распоряжаться таким дорогим ресурсом, как вода.

Круговорот воды в природе

Циркуляция жидкости играет большую роль для живых организмов, т.к. вода является универсальным растворителем. Это делает ее основной внутренней средой животных и растений.

Вода концентрируется не только в теле человека и других существ, но и в водных бассейнах: морях, океанах, реках, озерах, болотах. Круговорот жидкости начинается с выпадения таких осадков, как дождь или снег. Затем вода накапливается, а потом испаряется под действием окружающей среды. Это ярко заметно в период засухи и жары. От циркуляции жидкости в атмосфере зависит, сколько процентов воды на земле концентрируется в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Круговорот имеет большое экологическое значение, потому что жидкость циркулирует в атмосфере, гидросфере и земной коре, и тем самым самоочищается. В некоторых водоемах, где уровень загрязнения достаточно высокий, этот процесс играет колоссальное значение для поддержания жизнедеятельности, организмов экосистемы, однако восстановление прежней «чистоты» занимает долгий промежуток времени.

Происхождение воды

Загадку о том, как появилась первая вода, не могут разгадать уже большой промежуток времени. Однако в научной среде появилось несколько гипотез, которые предлагают варианты образования жидкости.

Одна из таких догадок относится к тому времени, когда Земля еще только зарождалась. Она связана с падением «мокрых» метеоритов, которые могли принести с собой воду. Она скапливалась в недрах Земли, что дало начало первичной гидратной оболочке. Тем не менее ученые не могут ответить на вопрос, сколько процентов воды на Земле содержалось в то далекое время.

Другая теория основана на земном происхождении воды. Основным толчком к формированию этой гипотезы послужило нахождение относительно большой концентрации тяжелого водорода дейтерия в морях и океанах.

Химическая природа дейтерия такова, что он мог образоваться только на Земле путем увеличения атомной массы. Поэтому ученые считают, что жидкость образовалась на Земле и не имеет космического происхождения.

Query failed: connection to localhost:9312 failed (errno=111, msg=Connection refused).

Лекция. Физические основы гидрологических процессов. Глобальный круговорот воды в природе и водные ресурсы Земли

5.1. ВОДА НА ЗЕМНОМ ШАРЕ

Распределение суши и воды на земном шаре. Площадь поверхно­сти Земли 510 млн км2. Из этой площади водами Мирового океана покрыто 361 млн км2 (71 %), а площадь суши составляет 149 млн км2. В Северном полушарии соотношение воды и суши 61:39, в Южном 81:19. Таким образом, более 2/3 поверхности нашей планеты по­крыто водной оболочкой, состоящей из океанов и морей; причем особенно существенно вода преобладает над сушей в Южном по­лушарии.

     Общая площадь водных объектов на поверхности суши (ледни­ков, озер, водохранилищ, рек, болот) составляет 21,5 млн км2, или 14,4% площади суши (табл. 3.1). Если не учитывать ледники, то на остальные водные объекты суши останется всего 5,2 млн км2 (3,5 % площади суши).

Таким образом, общая площадь водных объектов на поверхно­сти Земли составляет: 361 млн км2 (океаны и моря)+ 21,5 млн км2 (водные объекты суши, включая ледники) = 382,5 млн км2, т. е. 75 % или 3/4 поверхности планеты.

Количество воды на земном шаре. Общий объем воды в водных объектах на земном шаре около 1390 млн км3, при этом на долю Мирового океана приходится 96,4%.

Из водных объектов суши наибольшее количество воды содержат

ледники — 25,8 млн. км3 (1,86% всех вод на Земле). Из этого количества воды на долю ледников Антарктиды – 89,8 %,

                                          Гренландии    — 9,7%,

                                         островов Арктики приходится 0,3 %,

                                         на горные ледники остается всего 0,2%.

     Большие сложности представляет оценка содержания воды в земной коре (литосфере). Часть подземных вод, представленная капиллярными и гравитационными водами, находящаяся на глубинах с абсолютными отметками под поверхностью суши до минус 2000 м и участвующая в круговороте воды в природе, должна быть отне­сена к гидросфере. Она оценивается гидрологами в 23,4 млн км, или 1,68% общего объема вод на Земле.  К водам, на­ходящимся в литосфере, относят также подземные льды зоны многолетней («вечной») мерзлоты объемом 300 тыс. км3 (0,022 % объема

всех вод).

      Некоторый объем воды находится в живых организмах биосферы (растениях и животных). Считают, что масса живого вещества на  Земле 1,4 1012 т.

     Если принять, что содержание воды в живых организмах в среднем 80%, то получим массу воды в организмах, равную 1,2 1012 т, что и дает объем «биологической воды» немно­гим более 1 тыс. км3.

     В атмосфере в среднем постоянно присутствует около 13 тыс. км3 влаги в виде водяного пара, капель воды, кристалликов льда. При этом 90 % воды находится в самом нижнем слое атмосферы — на высотах 0—5 км. Объем атмосферной влаги мог бы дать слой воды на поверхности Земли, равный всего 25 мм.

     Важное значение имеет оценка количества на Земле пресной воды — наиболее ценных для человека природных ресурсов. Всего на планете 36,7 млн км3 пресных вод (2,65 % общего объема вод)

Главные аккумуляторы пресной воды —ледники, пресные подземные воды, подземные льды в зоне многолетней мерзлоты, пресные озера. Из общего количества пресных вод на Зем­ле на твердую фазу (лед) приходится 71 %, на жидкую фазу — 29 %.

     Изменение количества воды на земном шаре. За большую часть истории Земли, по мнению геологов, в результате дегазации ман­тии выделялось в среднем не более 0,5—1 км3 воды в год. Пола­гают, что и в настоящее время из недр Земли поступает прибли­зительно столько же воды.

    С метеоритами и космической пылью на Землю ежегодно по­падает в виде льда около 0,5 км3 воды, т. е. величина в сравнении с полным объемом вод на планете ничтожная. Приблизительно столько же воды рассеивается с Земли в космическое пространство.

     Объемы потерь и дополнительного поступления воды, о кото­рых только что шла речь, весьма невелики, и поэтому можно счи­тать, что в течение достаточно длительного с геологической точки зрения периода времени (миллионы лет) количество воды на земном шаре оставалось приблизительно неизменным.

       Очевидно, однако, что с течением времени происходит перио­дическое перераспределение воды в самой гидросфере, причем главными элементами такой изменчивой системы оказываются Мировой океан и ледники.