Вода постоянно испаряется с поверхности почвы это

Испарение влаги

Молекулы воды находятся в постоянном тепловом движении. Их среднюю квадратичную скорость можно выразить за соотношением (Н.А. Качинский, 1970) Где V2 – скорость, м/сек.; К – константа Больцмана; Т – абсолютная температура; m – масса молекулы воды. Расчёты по формуле (1) показывают, что в пределах между точками замерзания и кипения средняя квадратичная скорость молекул воды возрастает от 613 до 715 м/сек3.

Физическая суть испарения и конденсации

Пребывая в хаотическом тепловом движении, молекулы воды в пограничном слое вода – атмосфера, двигаются по нормами к поверхности воды со скоростью, которая превышает среднюю, могут прорывать водную плёнку и выскакивать в атмосферу – переходить в пар.

Переход вещества из жидкого или твёрдого состояния в парообразное называется испарением. Так как при испарении воды расходуется скрытая теплота парообразования, и в атмосферу переходят молекулы имеющие наибольшую кинетическую энергию. Испаряющая водная среда снижает соответственно свою температуру.

Для поддержания её на определённом уровне необходим приток тепла извне.

Количество тепла, необходимого для преобразования единицы воды в пар при данной температуре, называется теплотой испарения при этой температуре. Например:

Молекулы пара, которые хаотически двигаются в воздухе, подлетая к поверхности воды, могут попадать в сферу действия сил притяжения её молекул и перейти в жидкость. Этот процесс называется конденсацией.

Процессы испарения и конденсации протекает одновременно. Если преобладает первый из них, то количество воды уменьшается, а количество пара над ней, увеличивается. Если преобладает второй процесс, то имеет место противоположная картина.

Если число молекул, которые оставляют воду за одну секунду, равное количеству молекул, которые возвращаются к ней за то же самое время с пара, то наступает динамическое равновесие: количество воды и пара остаётся неизменным. Пар, находящийся в равновесии с водой, называется насыщенным.

Если пар будет переноситься в окружающее пространство (путём диффузии или под влиянием воздушных потоков), то насыщение и динамическое равновесие не наступит, вода будет всё время испаряться, причём тем интенсивнее, чем быстрее уносятся прочь её пары. Особенно интенсивно идёт испарение в жаркую пору года при сильном ветре.

Количественно испарение характеризуется скоростью испарения – массой воды, которая испаряется с единицы поверхности за единицу времени. Для практических целей скорость испарения выражается высотой (в миллиметрах) слоя воды, который испаряется в единицу времени.

Слой воды высотой в 1 мм, которая испарилась с площади 1 м 2 , соответствует массе воды в 1 кг или 1 л воды (1 мм воды = 10 м 3 /га = 10 т/га).

На интенсивность испарения влияет много факторов, в том числе и метеорологических. Главные из них температура испаряющей поверхности, влажность воздуха и ветер.

Помимо испарения существует такое понятие, как испаряемость, под которым понимают максимальное количество влаги в миллиметрах, которое может в данных метеорологических условиях испарится с водной поверхности или с поверхности переувлажнённой почвы за любой промежуток времени.

На Украине испаряемость увеличивается с северо-запада на юго восток, так как в этом направлении увеличиваются тепловые ресурсы и сухость воздуха.

Вода, которая поступила в почву и задержалась в ней, в дальнейшем расходуется в процессе испарения, которое дифференцируется на:

• испарение физическое – самой почвой
• транспирационное – растениями в процессе их жизнедеятельности.

Испарение физическое плюс транспирационное объединяют в понятие испарение суммарное или общее, или эвапотракспирация.

Скорость физического испарения воды с почвы зависит от её:

• влажности и цвета,
• характера испаряющей поверхности
• гранулометрического состава почвы,
• рельефа и экспозиции склонов и.т.п.

С увеличением влажности почвы испарение возрастает. С неровной поверхности (вспаханное поле) испарение происходит интенсивнее, чем с ровной так как увеличивается сама поверхность испарения, и, кроме того, над шероховатой поверхностью сильнее развито турбулентное перемещение паров воды.

Песчаные почвы испаряют меньше, чем глинистые, и эта разница тем больше, чем больше частички песка.

Рельеф обуславливает скорость ветра и разницу в температуре почвы.

• На возвышенностях скорость ветра большая, чем в низинах, в следствие чего испарение большее.
• Склоны южной экспозиции прогреваются лучше, чем северные, поэтому испарение на южных склонах более интенсивное.

Испарение воды растениями называется транспирацией. Интенсивность транспирации зависит от тех же метеорологических факторов, что и физическое испарение с поверхности почвы.: Температуры и влажности воздуха, скорости ветра. Интенсивность транспирации зависит от вида и сорта, состояния и фазы развития растений.

Коэффициент транспирации – отношение массы воды, которая расходуется на транспирацию, до массы сухого вещества (биологического урожая), за вегетационный и межфазный период. Значение коэффициента транспирации зависит от условий произрастания: в более влажном климате и при значительных дозах удобрения транспирационный коэффициент снижается. Чем лучше условия внешней среды для растений, выше агротехника и выше урожайность, тем меньший коэффициент транспирации (табл. 1).

1. Ориентировочные значения коэффициента транспирации различных культур (А.П. Лосев, Л.Л. Журина, 2001)

Общие представления об испарении влаги с почвы

Осадки, которые выпадают на земную поверхность, испаряются как непосредственно с почвы (физическое испарение), так и через растения (транспирация).

Вода также испаряется с поверхности растений и других предметов (вода, которая задержалась на их поверхности после выпадения дождя, росы, снега, инея).

Все эти виды испарения в гидрологической литературе принято называть суммарным испарением или эвапотранспирацией. Агрономов прежде всего интересует физическое испарение, которое составляет наибольшую статью непродуктивных потерь почвенной влаги. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать именно этот процесс.

Обычно выделяют три характерные стадии испарения воды почвой в процессе её высыхания.

Испарение при достаточном увлажнении поверхности почвы (первая стадия)

Наблюдается при насыщении почвы водой почти до полной влагоёмкости. В таком (мокром) состоянии почва испаряет воды столько же, как и открытая водная поверхность, или даже больше при условии, что поверхность почвы характерна неровностями, имеет более тёмный цвет и лучше прогревается.

При таком увлажнении почвы приток воды по капиллярам к её поверхности равный испаряющей способности почвы (испаряемости) или превышает её. Свойства почвы при этой стадии увлажнения на испарение воды влияют слабо (кроме её теплоёмкости).

Интенсивность испарения определяется исключительно комплексом метеорологических условий, при котором оно происходит.

Испарение при недостаточном увлажнении поверхности почвы (вторая стадия)

Когда почва теряет определённое количество воды, скорость движения последней замедляется, и подток воды к испаряющей поверхности уже не компенсирует испарение. Тогда поверхность почвы подсыхает, и фронт испарения (зона преобразования) опускается в глубь.

Скорость испарения при этом определяется скоростью притока воды в зону парообразования и в значительно меньшей мере – уменьшением уровня увлажнения верхнего просыхающего слоя почвы.

Интенсивность испарения при этом, кроме метеорологических условий, зависит от капиллярной проводимости почвы. С высыханием почвы всё большая часть капилляров выключается с водопроводящей системы. Фронт капиллярной подачи воды опускается.

Испарение от капиллярно увлажнённого слоя почвы идёт теперь под поверхностью. Пары воды через просушенный верхний слой почвы в атмосферу проникают диффузно. Так как интенсивность испарения на этой стадии кроме всего зависит от глубины зоны испарения и рыхлости почвы, через которую будут проникать пары воды. Отсюда станет понятным, что интенсивность испарения при постоянных внешних условиях будет явно затухать.

Приостановление испарения влаги (третья стадия)

Почва постепенно просыхает сверху вниз, отдавая влагу диффузно в форме пара. Скорость испарения при третьей стадии значительно ниже, чем при второй и беспрерывно падает.

Естественно, в природных условиях чёткой границы между этими стадиями испарения нет. Каждая последующая стадия зарождается в пределах предыдущей и какое то время они идут параллельно. При этом первая постепенно затухает, вторая нарастает.

Источник

Круговорот воды в природе: информация для детей и взрослых

Вода находится в постоянном движении. В природе она находится в трёх агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Вода постоянно совершает круговорот. Она испаряется с поверхности водоёмов, почвы, растений. Затем накапливается в атмосфере, образуя облака. В виде осадков она возвращается на Землю.

Таким образом, количество воды на Земле не меняется, она меняет свои формы – так происходит круговорот воды в природе.

Что такое круговорот воды в природе

Круговорот воды – это природный процесс, который представляет собой беспрерывный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере и выпадения осадков.

Этот цикл предполагает изменение агрегатного состояния воды: она меняет жидкую или твёрдую форму на газообразную, а затем через какое-то время возвращается к прежнему состоянию. В ходе этого изменения она забирает и перемещает огромное количество различных органических и минеральных соединений, которые и поддерживают жизнь на Земле.

Как известно, самыми объёмными источниками воды являются океаны. В них сосредоточено около 97,5% всех водных запасов планеты. Именно по этой причине большая часть природных жидкостей содержит в составе различные соли. На пресные источники воды приходится 2,5% всего водного запаса Земли. Если принять эти 2,5% за 100%, то:

• ледники и вечные снежные массы составляют из них 68,9%;
• подземные и грунтовые воды (сюда также входят почвенная влага болотистых территорий и зон вечной мерзлоты) составляют 30,8%;
• на реки и озёра приходится лишь 0,3%.

Определение для детей

При температуре 0°C вода превращается в лёд. Это происходит в реке, озере, луже и т. д

Крошечные льдинки образуются и высоко в облаках. Там они увеличиваются, преобразуются в снежинки, затем падают на землю. Так образуется снег. Лёд и снег – это вода в твердом состоянии.

Мы протёрли классную доску мокрой тряпкой. Спустя несколько минут доска стала сухой. Вода с её поверхности испарилась (превратилась в пар – прозрачный, бесцветный газ. Водяной пар – это вода в газообразном состоянии. В природе вода испаряется с поверхности морей, почвы и т. д. В воздухе всегда содержится невидимый водяной пар. Невидимый пар поднимается. Воздух высоко над землёй всегда холодный. Пар охлаждается и образует множество водяных капелек или крошечных льдинок. Из этих капелек образуются облака. Из них вода возвращается в виде дождя и снега. Так происходит круговорот воды в природе.

Для подготовки материала для детей был использован учебник по окружающему миру, часть 1, автор Плешаков А. А.

Как происходит

Круговорот воды в природе является процессом сложным, состоящим из нескольких этапов. Главным движущим фактором для водных масс является солнечный свет. При высокой температуре вода начинает испаряться из водоёмов, преображаясь из жидкой формы в газообразную. Одновременно с этим превращением отфильтровываются и многочисленные соли.

В атмосфере накапливается пресный пар, который поднимается всё выше и выше в слои атмосферы, где сталкивается с холодными воздушными массами. В течение этого процесса формируются облака и тучи. Затем тучи проливаются осадками, которые наполняют океан.

В случае с сушей уместно говорить об образующихся сточных водах. Именно эти источники наполняют поверхностные и подземные водоёмы, а также проходят тернистый путь на пути к океану. На этом пути происходит процесс, который считается обратным опреснению пара. Реки, подземные воды вбирают в себя из грунта минеральные соединения, которые в дальнейшем выносятся в океаны и моря. Там-то как раз вода начинает испаряться вновь, а вот соли остаются, что поддерживает солёность Мирового океана.

Основными составляющими зацикленного круговорота воды являются:

• осадки (это то, что выпадает на поверхность земли из атмосферных облачных скоплений);
• сточные воды (это те потоки, которые перемещают воду по суше);
• испарение;
• инфильтрация (процесс просачивания водных потоков в грунт, который сопровождается фильтрацией);
• подземные воды (сток, проходящие под землёй в аэрационной зоне);
• сублимация (вода из твёрдой становится газообразной);
• отложение (превращение парообразной воды в твёрдые отложения);
• адвекция (таким термином называют горизонтальное передвижение молекул в любом агрегатном состоянии в слоях атмосферы);
• конденсация (скопление пара в слоях атмосферы, формирование облаков);
• испарение (нагрев поверхности океана солнцем, испарение парообразных масс, переход парообразных масс с поверхности земли в атмосферу);
• отложение (превращение парообразной воды в твёрдые отложения);
• просачивание (переход влаги в грунт под воздействием гравитации).

В список выше не был включён пункт с испарением влаги с растительных поверхностей, поскольку в данном случае он объединён с обычным испарением, которое относится к нагреву поверхностей водных объектов.

Временные показатели водного обновления для разных объектов:

• различные живые организмы (в том числе простейшие) – около 7 дней;
• в слоях атмосферы – 10-11 дней;
• в речных потоках – 14 дней;
• в слоях грунта – 30-365 дней;
• в зонах, покрытых болотами – 365-3652 дня;
• в озёрах и других пресноводных водоёмах – около 3652 дней;
• в солёных водоёмах (моря, океаны) – 1 460 000 дней;
• в пещерах и других подземных источниках – 3 650 000 дней;
• ледники и другие зоны вечного льда – несколько тысяч лет.

Разновидности цикла

У цикла существует несколько подвидов, каждый из которых обладает определёнными характерными признаками:

1. Большой цикл. Это то, чему обучают в школе. Сначала вода испаряется, затем концентрируется в виде пара. Далее массы пара устремляются в слои атмосферы, откуда они ветром перегоняются к суше. На поверхность грунта влага выпадает в виде осадков. После этого потоки, накопившиеся в реках и грунтовых слоях, перемещается обратно в океанический бассейн.
2. Малый круговорот. Клубы пара, поднимающиеся над океаном, выпадают в виде осадков всё над тем же океаном, а не над сушей.
3. Внутриконтинентальный цикл. Все этапы цикла происходят над сушей. Влага, испаряющаяся с земли, проливается осадками всё на ту же почву.
4. Геологический цикл. Это термин, обозначающий взаимный обмен водными массами между различными океанами, сушей и литосферой. Обычно такой процесс возникает в зонах тектонических трещин, располагающихся на стыке плит литосферы.
5. Глобальный круговорот. Это незамкнутый цикл, во время которого через тектонические трещины идёт приток влаги в гидросферу. За год в течение такого процесса накапливается около 0,25 км3. При этом часть тех молекул пара, что скопилась в атмосфере, устремляется в космос, превращаясь в кислород и водород.

Значение круговорота воды в природе

Это один из важнейших циклов на Земле. Именно он связывает все оболочки планеты воедино, позволяя им гармонично функционировать. Без перемещения и распределения воды по всей планете невозможно было бы существование той Земли, которую мы знаем.

Данный цикл – это то, что позволяет жизни оставаться на Земле в течение всех этих долгих тысячелетий. И речь не только о людях и животных, но и о растениях, бактериях, простейших и т.д. Вода, проходя через все указанные этапы алгоритма, несёт за собой ещё и различные органические и минеральные соединения, которые служат для существ пищей, для почвы источником питания и плодородия, для водоёмов – источником солей и т.д.

Обязательно стоит сказать, что и тем климатическим разделением, которое мы имеем на сегодняшний день, мы также обязаны круговороту воды, ведь весь тот замкнутый цикл позволяет поддерживать оптимальные температурные показатели и показатели влажности в разных районах планеты, которые, в свою очередь, позволяют сохранять разнообразие видов.

Значение круговорота воды в природе:

• объединение всех сфер планеты (фактически – это то связующее звено, которое делает планету планетой, единой и способной поддерживать жизнь);
• разделение объектов гидросферы на солёные и пресные (и, соответственно, поддержание жизненного разнообразия на поверхности планеты);
• перенос на большие расстояния большого объёма веществ;
• очищение бассейна Мирового океана;
• стабилизация и поддержание оптимальных климатических условий в разных зонах планеты;
• обеспечение живительной влагой всех территорий Земли;
• поддержание баланса в различных климатических зонах (опять же это соотносится с разнообразием видов в соответствующих районах Земли);
• питание влагой, минералами и органикой грунтовых масс, что позволяет поддерживать жизнедеятельность растительных видов по всей планете.

Заключение

Цикл перемещения водных масс в природе (он же всем известный круговорот воды) – это процесс сложный. Он предполагает непрерывный процесс циркуляции водных масс в изменённом агрегатном состоянии, поддерживающий жизнь на планете Земля.

Источник