Круговорот воды – это важнейший процесс, происходящий на нашей планете, который обеспечивает жизнь всем живым существам, начиная от мелких животных и растений, заканчивая человеком. Вода необходима для существования всем без исключениям организмам. Она принимает участие во многих химических, физических, биологических процессах. Водой покрыто 70,8% поверхности Земли, и она составляет гидросферу – часть биосферы. Водную оболочку составляют моря и океаны, реки и озера, болота и грунтовые воды, искусственные водоемы, а также вечная мерзлота и ледники, газы и пары, то есть к гидросфере относятся все водные объекты, пребывающие во всех трех состояниях (газообразном, жидком или твердом).
Значение круговорота
Значение круговорота воды в природе очень велико, так как благодаря данному процессу происходит взаимосвязь и полноценное функционирование атмосферы, гидросферы, биосферы и литосферы. Вода – источник жизни, дающий всему живому шанс на существование. Она переносит важнейшие элементы по всей Земле и обеспечивает полноценную жизнедеятельность всем организмам.
В теплое время года и под воздействием солнечного излучения вода начинает превращаться в пар, преобразовываясь во второе состояние (газообразное). Жидкость, поступающая в воздух в виде пара, является пресной, поэтому воды Мирового океана называют «фабрикой пресных вод». Поднимаясь выше, пар встречается с холодными потоками воздуха, от чего преобразуется в облака. Довольно часто испарившаяся жидкость возвращается в океан в виде осадков.
Ученые ввели понятие «Большого круговорота воды в природе», некоторые называют данный процесс Мировым. Суть заключается в следующем: жидкость собирается над водами океана в виде осадков, после чего часть перемещается на континенты. Там осадки выпадают на землю и с помощью сточных вод возвращаются в Мировой океан. Именно по такой схеме происходит преобразование воды из соленой в пресную и наоборот. Своеобразная «доставка» воды может осуществляться при наличии таких процессов, как испарение, конденсация, выпадение осадков, стоки воды. Рассмотрим подробнее каждый этап круговорота воды в природе:
- Испарение – данный процесс заключается в преобразовании воды из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при нагревании жидкости, после чего она поднимается в воздух в виде пара (испаряется). Такой процесс встречается ежедневно: на поверхностях рек и океанов, морей и озер, в результате потения человека или животного. Вода испаряется постоянно, но увидеть это можно только, когда она теплая.
- Конденсация – уникальный процесс, который заставляет пар вновь превращаться в жидкость. Соприкасаясь с потоками холодного воздуха, пар выделяет тепло, после чего преобразовывается в жидкость. Результат процесса можно увидеть в виде росы, тумана и облаков.
- Выпадение осадков – сталкиваясь между собой и проходя процессы конденсации, капли воды, находящиеся в облаках, становятся тяжелее и падают на землю или в воду. Из-за большой скорости они не успевают испариться, поэтому часто мы видим осадки в виде дождя, снега или града.
- Стоки воды – попадая на землю, некоторые осадки впитываются в почву, другие поступают в море, третьи питают растения и деревья. Остальная жидкость скапливается и доставляется в воды Мирового океана с помощью стоков.
В совокупности вышеуказанные этапы составляют круговорот воды в природе. Состояние жидкости постоянно меняется, при этом выделяется и поглощается тепловая энергия. Человек и животные также принимают участие в столь сложном процессе, поглощая воду. Негативное влияние со стороны человечества вызвано развитием разных сфер промышленности, создания плотин, водохранилищ, а также уничтожением лесов, осушением и орошением земель.
В природе также существуют малые круговороты воды: континентальный и океанический. Суть последнего процесса заключается в испарении, конденсации и выпадении осадков непосредственно в океан. Аналогичный процесс может происходить на поверхности земли, что принято называть континентальным малым круговоротом воды. Так или иначе, все осадки, независимо от того, где они выпали, непременно возвращаются в воды океана.
Так как вода может быть жидкой, твердой и газообразной, скорость передвижения зависит от её агрегатного состояния.
Виды круговорота воды
Условно можно назвать три вида круговорота воды:
- Мировой круговорот. Над Мировым океаном образовывается большой пар. Он, подымаясь вверх, относится на континент воздушными потоками, где выпадает дождем или снегом. После этого реками и подземными водами снова возвращается в океан
- Малый. В этом случае пар образовывается над океаном и прямо же в него выпадает осадками через некоторое время
- Континентальный. Этот круговорот образовывается как раз внутри материка. Вода с земли и внутриконтинентальных водоемов испаряется в атмосферу, а после чего спустя время возвращается на землю дождем и снегом
Таким образом, круговорот воды – это процесс, в результате которого вода изменяет состояние, очищается, насыщается новыми веществами. Круговорот позволяет функционировать всем формам жизни. Из-за того, что вода постоянно пребывает в движении, она охватывает всю поверхность планеты.
Схема круговорота воды в природе
Познавательное видео о круговороте воды в природе
Круговорот воды в природе для детей — приключение капельки
Что нам говорят и чему учат, и как это соотносится с действительностью...
Вода – одна из основ появления органической жизни во Вселенной. Это один из важных элементов на нашей планете. Вода играет немаловажную роль в жизни и развитии человека, являясь основной жизнедеятельности нашего организма. В школе на уроках естествознания нам рассказывали о круговороте воды на планете.
Схема этого процесса очень проста. Вода испаряется с поверхности океанов, морей, рек и озёр, молекулы пара поднимаются вверх, там вода конденсируется в виде облаков и выпадает в виде осадков (дождь, снег, роса) на землю. В горах снег тает и образуются ручейки, которые сливаясь вместе создают реки… Задумывались ли вы над тем сколько должно постоянно таять снега в горах, а ведь там снег лежит круглогодично и не очень-то тает, чтобы поддерживать течение даже одной реки?
Схема круговорота воды в природе
Приведённая выше схема даёт только часть правильного объяснение этим природным явлениям и далека от объяснения действительно реальных процессов, происходящих с водой на планете. Эта схема не объясняет почему образуются облака зимой, так как при 30 градусном морозе вода испаряться не может. Да и летом на той самой высоте образования облаков отнюдь не жарко . Нам говорят, что на середину континента облака приносит с морей и океанов ветер, но в безветренную погоду облака так же образуются над сушей. Эта схема не может объяснить разницу между суммарным количеством осадков и количеством испаряющейся воды. Ещё большей загадкой служит количество воды, переносимой реками.
Учёные подсчитали количество воды на планете – 1 386 000 млрд. литров. Однако такая огромная цифра только путает, ведь оценка осадков, водяного пара в атмосфере, годовых стоков вод производится в разных единицах измерения. Поэтому многие не могут связать очевидные вещи в единое целое. Мы попробуем провести анализ цифр в привычных всем единицах измерения жидкости – литрах.
Если брать во внимание всю планету, то за год выпадает в среднем примерно 1000 миллиметров осадков . В метеорологии один миллиметр осадков эквивалентен одному литру воды на квадратный метр.
Площадь поверхности Земли примерно 510 072 000 квадратных километров. Значит осадков выпадает примерно 510 072 млрд. литров над всей площадью. Это составляет треть от всех водных запасов планеты.
Исходя из основ круговорота воды в природе должно испаряться воды столько же сколько выпадает осадков. Однако, испарения с поверхности океанов составляют по разным данным примерно 355 млрд. литров в год. Выпадает осадков на несколько порядков больше нежели испаряется с водной поверхности. Парадокс!?
При таком круговороте планету должно затопить уже давно. Возникает и другой вопрос – откуда берётся лишняя вода и куда девается? Изучив справочные материалы, можно найти ответ – вода содержится в огромном количестве в атмосфере. Это 12 700 000 млрд. кг водяного пара .
Литр воды при испарении даёт килограмм пара, то есть в парообразном виде 12 700 000 млрд. литров распределено в атмосфере. Казалось бы, найдено недостающее звено, но снова имеем противоречие. Наличие воды в атмосфере величина приблизительно постоянная и если бы вода безвозвратно проливалась на землю в таком количестве из атмосферы, то за несколько лет на планете жизнь стала бы невозможной.
Подсчёт расхода воды в реках так же даёт противоречивые данные. Например, по данным Википедии со ссылкой на официальные источники объём падающей воды только одного Ниагарского водопада составляет 5700 кубических метров в секунду. В пересчёте на литры это составит 179 755 млрд. литров в год.
Но отвлечёмся от расчётов, чтобы полюбоваться красотами Венесуэлы. Как видно вершина горы представляет собой плоское плато, где нет снега, ледников или озёр для достаточного поддержания водопадов. Тем не менее у подножия этой горы берут свои начала реки бассейнов Амазонки, Ориноко и Эссекибо.
И объяснить наличие истока водопадов на горе Рорайма согласно школьной схеме круговорота воды в природе невозможно.
Фото водопада Кукенана, Гора Рорайма, парк Канаима, Венесуэла, Бразилия и Гайана.
Из истории науки известно, что ещё В.И. Вернадский предполагал наличие газового обмена между Землёй и космосом. Вернадский предполагал, что в земной коре происходит распад одних и синтез других веществ. В 1911 году он выступил с докладом "О газовом обмене земной коры" в Петербурге на Втором Менделеевском съезде. Сейчас это считается научным фактом.
Намного позже ирландские, канадские и китайские геофизики смоделировали условия, которые характерны для недр Земли и показали, что вода возникла в результате её синтеза в недрах планеты. Материалы исследований были опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters .
Привычную нам росу можно встретить только утром на траве, но земледельцам хорошо известно, что существует подземная роса, а также дневная, осаждающаяся внутри пашни. Так Овсинский И.Е. в своей книге «Новая система земледелия» рассказывает об этих явлениях. Подтверждением синтеза воды в природе стали случаи «ледяного цунами», снятые на видео в 2013 году в штате Миннесота США и в Канаде. Снег синтезировался весной в мае, и такие случаи не единичны.
Фото ледяного цунами 2013 год, штат Миннесота, США.
Stunning Ice Spectacle On Minnesota Lake 2013 HQ
Учёными установлен факт, что при своём движении в космосе Земля теряет часть вещества атмосферы. Тем не менее атмосфера у планеты остаётся стабильной, а это означает, что потерянное вещество восстанавливается. Это верно и для других веществ образующих нашу планету.
Такими фактами синтеза веществ, стало восстановление нефти в выработанных скважинах. Оказалось, что в давно открытых месторождениях добыто 150% нефти от ранее подсчитанных запасов. И таких мест оказалось очень много: граница Грузии и Азербайджана (два месторождения, дающие нефть более 100 лет), Карпаты, Южная Америка и др. Месторождение «Белый тигр» во Вьетнаме выдаёт нефть из толщи фундаментальных пород, где нефти быть не должно в принципе.
В России Ромашкинское нефтяное месторождение, открытое более 70 лет назад, входит в десятку супергигантских по международной классификации. Оно считалось выработанным на 80%, но каждый год запасы в нём пополняются на 1,5–2 млн. тонн. По новым расчётам, нефть можно будет добывать до 2200 года и это не предел.
На Старых промыслах Грозного первая скважина была пробурена в конце 19 века, а к середине прошлого выкачано 100 млн. тонн нефти. Позднее месторождение сочли истощённым, а спустя 50 лет запасы стали восстанавливаться .
Исходя из этих фактов можно сделать вывод, что синтез элементов на планете не является чудом или аномалией – это закономерное явление. Вода синтезируется при определённых условиях и в определённых областях неоднородности нашей планеты. Круговорот воды в природе несомненно существует, но это больше процесс преобразования материи, который связан с процессом возникновения нашей планеты Земля. В науке пытаются в очередной раз подходить к объяснению этих феноменов с позиции теории эфира, долгое время запрещённой и шельмуемой "авторитетами" ортодоксальной науки. Но теория эфира - это всего лишь упрощённый частный случай всеобъемлющей теории, разработанной русским учёным Николаем Левашовым. Теорию эфира можно сравнить с лучем света лампы или Солнца. Подчиняется определённым оптическим законам, но стоит его пропустить через призьму (поляризовать) и мы видим уже более сложную картину - уже не белый луч, а семь цветов радуги. И у каждого цветного луча свои индивидуальные качественные показатели.
Для понимания почему происходит синтез веществ на планете, необходимо знать, как сформировалась наша планета. Ответ на эти вопросы мы находим в книгах русского учёного Николая Викторовича Левашова .
Наша вселенная образована семью первичными материями находящимися в пространстве, обладающими конкретными свойствами и качествами. Сливаясь друг с другом первичные материи образуют гибридные формы материй. Из них образуются вещества нашей планеты. При этом образуется замкнутая система пространства-материи(й). Причём, в этой системе, как пространство влияет на материи, так и материи влияют на пространство, т.е. как и любая замкнутая система, она стремится в каждой своей точке к балансному равновесию.
Слияние первичных материй возможно только при определённых условиях. Таким условием является изменение мерности пространства, его возмущение (изменение качественного состояния).
Мерность пространства – это его качественное состояние, неоднородность - квантование (разделение) пространства наполненного определёнными первичными материями или их гибридами в соответствии со свойствами и качествами этих первичных материй. Изменение мерности достаточное для образования гибридных форм (вещества в больших объёмах) возникает при взрыве сверхновой звезды. При этом от эпицентра взрыва распространяются концентрические волны возмущения мерности пространства, которые создают зоны неоднородности пространства, в которых формируются планеты. Подробнее об образовании планетарных систем можно прочитать в главе 2.5 "Неоднородная Вселенная" .
Когда в эти зоны попадают первичные материи, они начинают сливаться и образовывать гибридные формы материи, в том числе и физически плотное вещество. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока вся зона неоднородности не заполнится и не установится баланс между пространством и материей. В результате процесса синтеза вещества происходит постепенное восстановление (компенсация) мерности в зоне неоднородности до уровня, который был до взрыва сверхновой звезды.
В результате процесса синтеза физически плотного вещества из комбинации первичных материй (гибридов), в зоне неоднородности мерности образуются шесть материальных сфер, которые вложены друг в друга. Эти сферы созданы из гибридных форм первичных материй, различаются количеством первичных материй, входящих в состав каждой из этих шести сфер. Именно такую структуру имеет наша планета Земля. При этом все эти сферы вполне материальны, но только физически-плотная материя доступна нашим органам чувств. Но эти сферы из различных гибридов перврчных материй как бы "прозрачны" друг для друга и практически не взаимодействуют. Это примерно как световые волны, звуковые и радиоволны, которые могут быть в одно и тоже время в одной точке простраства, но при этом при нормальных условиях не взаимодействуют друг с другом и проходят друг через друга без помех.
Физически плотная сфера (1) Земли, предстовляет собой гибрид из 7 первичных материй, физически-плотное вещество этой сферы имеет четыре агрегатных состояния - твёрдое, жидкое, газообразное и плазменное. Разные агрегатные состояния возникают, как результат колебания мерности на небольшую величину.
Каждое вещество имеет свой уровень (диапазон) мерности, в котором данное вещество устойчиво и распределяется согласно перепаду мерности от центра образования планеты. Тяжёлые элементы имеют максимальную, а лёгкие элементы – минимальную мерность внутри зоны неоднородности.
Вода образована синтезом лёгких элементов – кислорода и водорода и представляет собой жидкий кристалл. Атмосфера на 20% состоит из кислорода. Водород самый лёгкий среди газов, однако в атмосфере его количество незначительное – 0,000055% . Тем не менее на нашей планете идут дожди – молекулы воды из газообразного состояния (пар в атмосфере) переходят в жидкое.
Если колебания мерности произошли на уровне границы твёрдого вещества и атмосферы, выпадает роса, если в атмосфере на уровне облачности, процесс каплеобразования приобретает цепной характер, идёт дождь. Атмосфера теряет своё вещество. Неоднородность пространства остаётся некомпенсированной. После завершения формирования планеты, создавшие её формы материи продолжают своё движение через нашу планетарную неоднородность уже не сливаясь друг с другом. Но при возникновении соответствующих условий первичные материи вновь образуют вещество. Вода в виде пара в атмосфере восстанавливается.
Многие учёные склоняются к теории о том, что водород и другие газы в большей мере поступают в атмосферу из недр Земли . Это предположил ещё в 1902 г. Э. Зюсс. Он считал, что вода связана с магматическими очагами, откуда она в составе газообразных продуктов выделяется в верхние участки земной коры .
Условия, достаточные для синтеза сложных молекул возникают в недрах планеты, так как первичные материи, проходя через планетарную неоднородность, увлекают за собой лёгкие элементы и синтезируют новые, синтез которых возможен в пределах диапазона всей неоднородности. В состав магмы действительно входит вода в виде пара, а ещё магма содержит в себе практически все элементы таблицы Менделеева.
Стремясь занять свой уровень мерности, молекулы водорода и кислорода попадают в зоны неоднородности, где возможен синтез воды. Пар, поднимаясь из недр, достигает границ твёрдой поверхности, где из-за незначительных перепадов мерности молекулы воды из газообразного состояния переходят в жидкое. Так образуются реки. Вот ещё пример: на Севере Африки под пустыней Сахарой расположен один из грандиознейших подземных резервуаров пресной воды , при этом говорить о дождевых и иных осадках в этом районе планеты не представляется возможным. Откуда вода?!
Границы диапазонов устойчивости вещества являются уровнями разделения между атмосферой, океанами и твёрдой поверхностью планеты. Граница устойчивости кристаллической структуры планеты повторяет форму неоднородности, поэтому поверхность твёрдой коры имеет впадины и выступы.
Распределение веществ на планете. (
Водой покрыта большая часть Земли. Она является важнейшим элементом для всех живых организмов и играет фундаментальную роль в их жизнедеятельности.
Вода наполняет моря, реки и океаны, находится в облаках или , а при конденсации выводится из атмосферы в виде снега, дождя или росы. Она пребывает в постоянном движении и способна менять свое состояние из твердого в жидкое или газообразное.
Этот процесс называют круговоротом воды в природе и считают залогом существования жизни на нашей планете.
Что такое круговорот воды?
Круговорот воды в природе – это цикличное передвижение жидкости внутри биосферы Земли. Его суть заключается в испарении воды с земной поверхности и переноса воздушными массами в другие уголки планеты с последующей конденсацией и возвратом обратно на землю.
Общее количество воды на земном шаре всегда остается неизменным, но она непрерывно циркулирует и обеспечивает тем самым постоянный обмен влагой между поверхностью земли и атмосферой.
Впервые на подобный процесс обратили внимание китайские жители. Впоследствии связь между дождями и сточными водами в водоемах заметили в Индии, а примерно пять столетий назад о водообмене узнали в Европе.
Самые ранние соображения о круговороте высказывал Леонардо да Винчи, однако полноценное учение об этих процессах принадлежит французскому ученому Пьеру Перро, разработавшему в XVII веке концепцию гидрологического цикла.
Как происходит круговорот воды?
Двигателем водообмена является Солнце. Оно нагревает воду в морях, океанах, в результате чего та испаряется, превращается в пар и поднимается в воздух. Аналогичные процессы происходят на земле – под воздействием повышенных температур вода на поверхности почвы преобразуется в паровые частицы либо испаряется из растений через их наружные органы.
Поднявшись в воздух, пар перемещается ветром до тех пор, пока не попадет в область с пониженной температурой. Здесь он превращается в капли воды либо льдинки и продолжает передвигаться в облаках, а затем падает на сушу и в моря в виде осадков.
Значительная часть жидкости при падении перехватывается растениями, оставшаяся попадает на грунт или в водоемы. В дальнейшем она снова нагревается, испаряется и поднимается в атмосферу, то есть круговорот имеет цикличность и происходит непрерывно.
Какие бывают виды круговоротов в природе?
В зависимости от изменений, происходящих с водой, выделяют несколько видов водообмена. Большой круговорот подразумевает испарение пара с поверхности океана, его перенос на материки и выпадение на сушу. Жидкость в океаны при таких процессах возвращается в виде стоков.
По мере движения она полностью меняет свои характеристики, то есть соленая вода становится пресной, а грязная – чистой. Малый круговорот представляет собой явление, при котором вода испаряется с океанов, конденсируется и снова попадает в океаны.
При внутриконтинентальном круговороте такие же процессы происходят на суше, то есть та вода, которая поднялась с земной поверхности, снова выпадает на суше.
Как часто происходит круговорот воды?
Цикличность круговорота и полное обновление воды в разных регионах Земли имеет различную скорость. Считается, что океаны обновляются в среднем один раз за 3,2 тысячи лет, а ледники – за 5–10 лет. Круговорот на поверхности почвы происходит всего за 1–2 месяца, в пресных водоемах – за 15–17 лет, в реках – за 17–19 дней.
Быстрее всего водообмен осуществляется в атмосфере – на полное обновление в воздухе воде необходимо всего 10 суток. По мнению ученых, чтобы растения смогли полностью переработать всю массу воды, находящуюся , им потребуется 11 млн. лет.
На что влияет круговорот воды в природе?
Значение круговорота для нашей планеты сложно переоценить. Он объединяет между собой все земные оболочки и оказывает прямое влияние на формирование климата.
Благодаря перемещению воды, по земному шару переносится большое количество полезных веществ, необходимых для поддержания жизнедеятельности всех существ. Кроме того, за счет круговорота жидкость попадает практически во все уголки планеты, а воды Мирового океана хорошо очищаются от загрязнений.
Привет друзья! Сегодня я подготовила для Вас информацию о том, как происходит круговорот воды в природе.
Мировые запасы воды являются неизменными, но, не смотря на это, постоянно происходит перераспределение воды. Круговорот воды происходит под влиянием солнечной радиации, которая стимулирует испарение воды.
Растворенные в ней минеральные вещества при этом оседают. Свой путь молекула воды начинает в гидрологическом цикле, когда она получает немного больше тепловой энергии, в сравнении с соседними молекулами, и, преодолев поверхностное тяготение жидкости, превращается в молекулу пара.
В Северном полушарии циркуляция атмосферы (более подробно о циркуляции атмосферы ), в целом направлена с запада на восток. Внутри воздушной массы происходит вертикальное движение воздуха, которое, прежде всего, вызвано его нагреванием при контакте с более теплой поверхностью суши или океана (о том что такое океан можете ).
Отдельная доля воздуха, которая нагрета таким вот образом, расширяется, становится менее плотной, чем те доли, которые находятся непосредственно выше от нее, и направляется вверх.
Но, согласно известным физическим законам, расширение происходит за счет запаса тепла. Поэтому, эта доля воздуха, поднимаясь охлаждается, пока температура не понизится до такой степени, что влага уже не сможет оставаться в газообразном состоянии и не произойдет конденсация пара.
Крошечные капельки воды, которые зависли в атмосфере (подробнее об атмосфере ), образуют облака (более подробно о том как образуются облака ). Эти капельки, при определенных условиях, сливаются вокруг ядер конденсации (частичек пыли или кристалликов льда), а когда они достигают веса, которого достаточно для того, чтобы преодолеть сопротивление воздуха, падают на землю в виде града, снега или дождя.
Когда доля воды вместе с подземным или наземным стоком попадает снова в океан, это означает, что она совершила полный круговорот в природе.
Атмосферная влажность – это активный участник водообмена. При собственном постоянном объеме 13 тыс. км 3 , за год она образует 525 тыс. км 3 осадков, которые выпадают на поверхность Земли.
Каждые 10 суток происходит смена всего объема атмосферной влажности. Глубинные подземные воды медленнее всего обновляются – в среднем за 5000 лет
Между собой связанны все этапы круговорота воды, и нарушение этого процесса может привести к катастрофическим последствиям.
Дорогие читатели, иными словами круговорот воды в природе — это когда вода испаряется, потом выпадает на землю в виде осадков (подробнее об осадках ), а после попадает в воду (океан, река...) и т. д. Этот цикл является непрерывным. Для наглядности смотрите схему на картинке. И не забывайте, что скоро уже новые посты, подписывайтесь на обновления блога, и будьте всегда в курсе новых постов 😉
Со времени образования Земли на планете происходят процессы перехода химических соединений и элементов из одного состояния в другое. Это круговорот веществ в природе. Как он происходит и для чего нужен разберём в этой статье.
Быстрая навигация по статье
Они такие разные
Круговорот веществ на самом деле, по сути, является бесконечно повторяющимися циклами. Причём благодаря взаимодействию химических элементов и разнообразию химических соединений они никогда не повторяются в точности. Рассмотрим разные виды циклов, а также то, как замкнутый круговорот веществ влияет на развитие и существование нашей планеты.
Биогеохимический круговорот веществ
Какова роль энергии в круговороте? Первичный источник энергии для круговорота веществ в большинстве случаев — Солнце. Эта энергия вовлекается из космоса.
Круговорот веществ и энергии
Энергия, вырабатываемая организмами, преобразуется в тепло и утрачивается для экосистемы. В отличие от неё движение веществ происходит с помощью саморегулирующихся процессов с участием всех составляющих различных экосистем. Из более 95 элементов, встречающихся в природе, для жизни живых организмов нужны всего 40. В их числе самые важные и необходимые в огромных количествах четыре основных элемента:
- кислород;
- водород;
- углерод;
- азот.
Откуда же они берутся в необходимом размере? Например, азот забирается из атмосферы с помощью действующих азотфиксирующих бактерий, затем возвращается другими бактериями. Кислород, используемый различными организмами для дыхания, приходит в атмосферу благодаря фотосинтезу. Растения усваивают углекислый газ, вовлекая его в круговорот веществ. В важных процессах также участвуют углерод и водород.
В природе ничего не происходит просто так. Посмотрим на вулканы. Во время их извержения в атмосферу поступают различные газы, в том числе и азот. Это круговорот газообразных веществ.
В деятельности эволюции в биосфере с каждым циклом увеличивается число биологических компонентов. В последнее время немаловажную роль в этих процессах играет человек. Своей деятельностью он усиливает сложившийся тысячелетиями круговорот веществ и поток энергии в экосистеме. Это действует разрушающим образом на биосферу, сложившуюся на настоящий момент.
Раньше, когда на Земле только зарождалась жизнь, в атмосфере было больше углерода, кислорода же почти не было. Поэтому первые живые организмы были анаэробными. С течением длительного промежутка времени накапливался кислород, уменьшался процент углерода. Сейчас количество углекислого газа увеличивается. Этому способствует использование горючих ископаемых и уменьшение «лёгких планеты» — джунглей, лесов. Антропогенный круговорот веществ утрачивает свою замкнутость.
Исследуя, в каких поясах Земли наиболее активны круговороты веществ и энергии, учёные пришли к выводу, что более консервативны в этом плане тропические экосистемы. Изучая влияние человека на эти процессы, нужно говорить не о том, что люди своей деятельностью меняют то, что не должно меняться, а о том, что эта деятельность влияет на скорость изменений.
В описании круговорота веществ иногда выделяют восходящую часть и нисходящую. В процессе круговорота веществ содержащаяся в органических веществах энергия, переходя из одного состояние в другое, постепенно теряется. Это нисходящая часть. Когда вещества уже не могут служить источником энергии, они становятся материалом для новых клеток. Это восходящая часть кругооборота.
Большой и маленький
Есть два основных кругооборота. Большой геологический круговорот веществ начался с момента образования планеты. Цикл в нём может длится тысячи лет. Под воздействием внешних факторов разрушаются горные породы, их мельчайшие частицы остаются на суше, некоторая их доля с водой попадает в Мировой океан, где, в свою очередь, образуются новые напластования. Благодаря геотектоническим процессам, движению и изменению рельефа дна эти напластования опять оказываются на суше и всё начинается сначала. Геологический круговорот веществ обусловлен взаимодействием двух энергий: Земли и Солнца. Он возможен только при присутствии всех составляющих.
Геологический круговорот веществ
Малый круговорот веществ в природе — это всегда часть большого. Он называется биогеохимический круговорот веществ и проявляется только в границах биосферы, присутствуя во всех экосистемах. Во время него питательные вещества, углерод и вода накапливаются в растениях, затем расходуются на рост не только самих растений, но и на жизнедеятельность других организмов. Как правило, это животные, которые съедают растения — консументы. Продукты жизнедеятельности и распада этих животных под действием микроорганизмов опять разлагаются на минеральные компоненты и с помощью растений снова вовлекаются в оборот. В таких циклах участвуют все химические элементы, в первую очередь нужные для построения живых клеток.
Самый подвижный
Вода никогда не стоит на месте. Испаряясь с разных поверхностей, она накапливается в атмосфере для того, что бы выпасть на землю в виде осадков. При этом она постоянно меняет свою форму. Поэтому количество воды не меняется — идёт её постоянное обновление. Это кругооборот воды в природе. Он связывает между собой геологический и биотический круговорот веществ.
Круговорот воды в природе
В биосфере вода, меняя своё состояние, проходит малый и большой кругообороты. Испарение с поверхности океана, конденсация в атмосфере и выпадение в виде осадков обратно в океан — это малый оборот. Когда часть водяного пара воздушными потоками переносится с океана на сушу, то эта вода участвует в большом кругообороте. Какая-то её часть испаряется и остаётся в атмосфере, остальная с ручьями, речками и грунтовыми водами попадает обратно в океан. На этом большой цикл завершается и начинается с начала.
Самый активный
В границах биосферы непрерывно происходит мгновенный обмен кислорода из воздуха с живыми организмами, что служит главным источником жизни. Он очень сложный, вступающий в различные комбинации минеральных и органических веществ. В настоящий момент развития биосферы наступил период, когда количество выделяемого кислорода практически равно поглощаемому количеству. Углерод в круговорот веществ включается благодаря, в том числе, и фотосинтезу. Синтез и его составляющие — основа обновления воздуха в биосфере.
Круговорот кислорода в природе
Необходимый азот
Во время загнивания органических веществ часть находящегося в них азота преобразуется в аммониак, перерабатываемый обитающими в почве растениями обратно в азотную кислоту. Она вступает в микрореакцию с заключающимися в земле организмами и преобразуется в нитраты. Это — доступная для растений форма. Так образуется малый кругооборот азота.
Круговорот азота
Однако некоторое количество азота при гниении выделяется в атмосферу и образует свободный азот. Кроме этого такая форма появляется вследствие горения органических веществ, сжигания угля, дров.
Не дают нарушиться природному балансу азотобактерии. Некоторые из них живут на корнях растений семейства бобовых, образуя небольшие клубни. Выделяя из воздуха атмосферный азот, они преобразуют его в азотные соединения, которые переходят в растения. Позже растения трансформируют их в белки, жиры, углеводы и другие вещества. Так происходит кругооборот азота.
Используя растения, не давая им пройти стадию гниения, люди создают дефицит азота. Чтобы избежать этого человек научился вносить в почву азотные удобрения, тем самым возмещая природе утраченный баланс.
Незаменимая сера
Её значение в круговороте неоценимо. Сера служит источником энергии для серобактерий, без которых невозможна очистка вод. В природе эти бактерии широко распространены. Это важный компонент строительства многих видов белков. Круговорот веществ в земной коре также не обходится без серы. Вкладом серы в большой круговорот веществ являются питающиеся ею микроорганизмы, преобразующие аминокислоты. Основными антропогенными поставщиками серы в большой круговорот веществ выступают разлагающиеся растения и животные организмы. Они выделяют серный газ. Тем самым совершается кругооборот серы.
Кругооборот серы
Биосфера
Все представители живой природы, в том числе и человек, образуют биомассу. Она постоянно меняется, участвуя в процессах, происходящих в окружающей среде.
Растения называют продуцентами, животных — консументами. Простейшие и другие микроорганизмы, разлагающие органику в неорганику, называются редуценты. Их ещё называют разрушителями.
Процесс разлагания — это деструкция органического вещества.
Разберём, какую роль играют в круговороте веществ представители разных групп и какова роль продуцентов:
- сине-зелёные бактерии и растения преобразуют солнечный свет в энергию химических связей. Таким образом происходит рождение органического вещества из неорганических элементов;
- всеядные существа, способные питаться растениями. К ним относится и человек. Они потребляют растения (органику), перерабатывая внутри себя, на выходе давая неорганику;
- плотоядные животные поедают растительноядных, органика также попадает в них, но не растениями, а в другой форме;
- высшие хищники, способные питаться плотоядными животными. Это последнее перемещение органики внутри живых организмов;
- простейшие, грибки и микроорганизмы, разлагающие останки живых существ. В ходе этого процесса они перерабатывают органику в неорганический вид — соли, воду, минералы и углекислый газ;
- все эти элементы снова используются растениями.
В круговороте веществ наибольшую роль играют микроорганизмы, разрушителей считают начальным звеном явления.
Как видно из этой схемы, консументы в процессе круговорота веществ в биосфере используют пищевые связи, важный компонент цепочки. Однако всё начинается с растений и заканчивается ими же.
Разнообразие растений в природе
Помимо замкнутого существует и и незамкнутый круговорот веществ.
Экосистемы
Кратко, экосистемы — это природные комплексы, образованные средой обитания и совокупностью организмов (биоценозов), живущих в ней. Они являются компонентом, обеспечивающим круговорот веществ в биосфере . Их изучением занимается наука, получившая название экология.
В этой сфере работают люди разных профессий. В настоящее время глобальный круговорот веществ нарушается действиями человека, за счёт разрушающей деятельности антропогенного воздействия.
Экосистемы в процессе своего развития проходят множество биохимических циклов. Причём, если цикл не замкнутый, то одна экосистема со временем может преобразоваться в другую. На эту ситуацию влияет кругооборот веществ в биоценозе.
Рассмотрим, как основан круговорот веществ и превращение энергии в экосистемах различного вида.
Луг
Различная растительность: трава, цветы, растения небольшого размера являются продуцентами. Летающие и ползающие насекомые питаются травой, пыльцой. Этими насекомыми питаются птицы. После их смерти останками занимаются редуценты, и продукты деятельности последних становятся составляющими элементами новых продуцентов, растений. Получается, консументы в экосистеме луга участвуют в круговороте веществ и превращениях органики в неорганическое вещество.
Озеро
Каждое озеро имеет свою экосистему. Продуцентом тут выступает планктон и ряска, которые помимо функции переработки органики наполняют воду кислородом. Консументов или потребителей очень много. Это рыбы, питающиеся растениями, ракообразные, головастики и личинки. За ними идут хищные рыбы и водоплавающие птицы. Рано или поздно часть из них оказываются на дне в виде останков и тут за них берутся мелкие беспозвоночные и бактерии, редуценты. Так как консументов в озерах значительно больше редуцентов, они не могут переработать все останки, оказывающиеся на дне. Получается незамкнутый круговорот веществ и поток энергии в экосистеме. Если кругооборот замкнут не полностью, то условия в экосистеме постепенно меняются. Именно поэтому небольшие озёра со временем превращаются в болота.
Круговорот веществ в экосистеме озера
Круговорот веществ в аквариуме характерен такой же схемой.
Болото
Когда озеро начинает зарастать, у берегов появляется мох — сфагнум. С его появлением начинается круговорот веществ в болоте. Так как сфагнум плавает на поверхности, под ним образуется очень холодный слой воды без кислорода, в котором не могут существовать микроорганизмы. Веточки мха, отмирая, опускаются на дно, образуя торф. Толщина торфяной подушки достигает 5 метров – именно на ней живут обитатели болот. Так как круговорот веществ в болоте также не является замкнутым, через много-много лет болото превращается в лес, чем и объясняется постоянное образование, а затем зарастание болотин. Но пока этого не произошло, болото поддерживает уровень грунтовых вод и является необходимым компонентом в кругообороте веществ в биосфере.
Техногенный круговорот веществ
Отличие техногенного круговорота от биотического в том, что он всегда незамкнутый. Это, скорее, ресурсный цикл. На уровне жизни различных организмов в пределах биосферы это сказывается не лучшим образом. Например, скорость уменьшения объёма воды в таком цикле намного больше, чем в биотическом. То же можно сказать и о других расходуемых в процессе элементах. Эти данные зависят от уровня организации.
Заключение
Солнце — источник энергии, обеспечивающий круговорот веществ. Оно снабжает планету возобновляемой энергией, которая, в свою очередь, постоянно преобразуется. Есть множество циклов, которые изучаются учёными впервые. Даже зная принципы циклов кругооборотов, специалисты приходят к всё новым выводам и открытиям. Складывается впечатление что человек, не знает и десятой доли тех тайн природы, которые скрыты от его взгляда. От того, насколько быстро мы сможем эти тайны разгадать, зависит качество жизни будущих поколений. Главный вывод один: круговорот веществ и превращение энергии в экосистеме является залогом жизни на планете. Жизнь на Земле невозможна без круговорота.
Без круговорота, жизнь на земле невозможна
Из статьи видно, какую роль выполняют круговороты веществ и энергии в географической оболочке и в биосфере. Поэтому, думаем, понятно, что организации живой природы нуждаются в защите человека.