Испарение воды в природе


Испарение.

 

Испарение — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное (пар), происходящее со свободной поверхности жидкости.

Сублимацию, или возгонку, т.е. переход вещества из твердого состояния в газообразное, так­же называют испарением.

Из повседневных наблюдений известно, что количество любой жидкости (бензина, эфира, воды), находящейся в открытом сосуде, постепенно уменьшается. Жидкость не исчезает бесследно — она превращается в пар. Испарение — это один из видов парообразования. Другой вид — это кипение.

 

Механизм испарения.

Как происходит испарение? Молекулы любой жидкости находятся в не­прерывном и беспорядочном движении, причем, чем выше температура жидкости, тем больше кинетическая энергия молекул. Среднее значение кинетической энергии имеет определенную величину. Но у каждой молекулы кинетическая энергия может быть как больше, так и меньше средней. Если вблизи поверхности окажется молекула с кинетической энергией, достаточной для преодоления сил межмолекулярного притяжения, она вылетит из жидкости. То же самое пов­торится с другой быстрой молекулой, со второй, третьей и т. д. Вылетая наружу, эти молекулы образуют над жидкостью пар. Образование этого пара и есть испарение.

 

Поглощение энергии при испарении.


Поскольку при испарении из жидкости вылетают более быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул становится все меньше и меньше. Это значит, что внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшает­ся. Поэтому если нет притока энергии к жидкости извне, температура испаряющейся жидкости понижается, жидкость охлаждается (именно поэтому, в частности, человеку в мокрой одежде холоднее, чем в сухой, особенно при ветре).

Однако при испарении воды, налитой в стакан, мы не замечаем понижения ее температуры. Чем это объяснить? Дело в том, что испарение в данном случае происходит медленно, и темпера­тура воды поддерживается постоянной за счет теплообмена с окружающим воздухом, из которого в жидкость поступает необходимое количество теплоты. Значит, чтобы испарение жидкости про исходило без изменения ее температуры, жидкости необходимо сообщать энергию.

Количество теплоты, которое необходимо сообщить жидкости для образования единицы массы пара при постоянной температуре, называется теплотой парообразования.

 

Скорость испарения жидкости.


В отличие от кипения, испарение происходит при любой темпе­ратуре, однако с повышением температуры жидкости скорость испарения возрастает. Чем выше температура жидкости, тем больше быстро движущихся молекул имеет достаточную кинетичес­кую энергию, чтобы преодолеть силы притяжения соседних частиц и вылететь за пределы жид­кости, и тем быстрее идет испарение.

Скорость испарения зависит от рода жидкости. Быстро испаряются летучие жидкости, у кото­рых силы межмолекулярного взаимодействия малы (например, эфир, спирт, бензин). Если кап­нуть такой жидкостью на руку, мы ощутим холод. Испаряясь с поверхности руки, такая жид­кость будет охлаждаться и отбирать у нее некоторое количество теплоты.

Скорость испарения жидкости зависит от площади ее свободной поверхности. Это объясняется тем, что жидкость испаряется с поверхности, и чем больше площадь свободной поверхности жид­кости, тем большее количество молекул одновременно вылетает в воздух.

В открытом сосуде масса жидкости вследствие испарения постепенно уменьшается. Это свя­зано с тем, что большинство молекул пара рассеивается в воздухе, не возвращаясь в жидкость (в отличие от того, что происходит в закрытом сосуде). Но небольшая часть их возвращается в жидкость, замедляя тем самым испарение. Поэтому при ветре, который уносит молекулы пара, испарение жидкости происходит быстрее.

 

Применение испарения в технике.


Испарение играет важную роль в энергетике, холодильной технике, в процессах сушки, испарительного охлаждения. Например, в космической технике быстроиспаряющимися веществами покрывают спускаемые аппараты. При прохождении через атмосферу планеты корпус аппарата в результате трения нагревается, и покрывающее его вещество начи­нает испаряться. Испаряясь, оно охлаждает космический аппарат, спасая его тем самым от пере­грева.

 

Конденсация.

 

Конденсация (от лат. condensatio — уплотнение, сгущение) — переход вещества из газообраз­ного состояния (пара) в жидкое или твердое состояние.

Известно, что при наличии ветра жидкость испаряется быстрее. Почему? Дело в том, что од­новременно с испарением с поверхности жидкости идет и конденсация. Конденсация происходит из-за того, что часть молекул пара, беспорядочно перемещаясь над жидкостью, снова возвраща­ется в нее. Ветер же выносит вылетевшие из жидкости молекулы и не дает им возвращаться.

Конденсация может происходить и тогда, когда пар не соприкасается с жидкостью. Именно конденсацией объясняется, например, образование облаков: молекулы водяного пара, поднима­ющиеся над землей, в более холодных слоях атмосферы группируются в мельчайшие капельки воды, скопления которых и представляют собой облака. Следствием конденсации водяного пара в атмосфере являются также дождь и роса.


При испарении жидкость охлаждается и, став более холодной, чем окружающая среда, начи­нает поглощать ее энергию. При конденсации же, наоборот, происходит выделение некоторого количества теплоты в окружающую среду, и ее температура несколько повышается. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации единицы массы, равно теплоте испарения.

Источник: www.calc.ru

Атмосферные осадки

Вода в атмосфере содержится в виде пара и в других состояниях. В совершенно чистом воздухе сжижение водяных паров не происходит даже при охлаждении воздуха до точки росы и ниже. Для образования капелек воды, из которых состоят облака и туман, необходимо наличие в воздухе ядер конденсации, на поверхности которых и происходит сжижение водяного пара. В нижних слоях атмосферы содержатся многочисленные мелкие твердые частички (пыль, дым, растительные споры и т. п.), которые и являются ядрами конденсации.

Атмосферные осадки подразделяются на два типа: 

  • осадки, образующиеся непосредственно на поверхности земли и наземных предметах вследствие понижения температуры воздуха до точки росы (роса, иней, изморозь); 
  • осадки, выпадающие на поверхность земли из облаков (дождь, град, снег, крупа).

Количество осадков измеряется толщиной (в миллиметрах) слоя воды, который образовался бы при отсутствии стока и испарения. Для общей характеристики климата приводится среднее годовое количество осадков за период 50 лет и более.

Интенсивность осадков — это количество осадков, выпавших за 1 мин. Осадки с интенсивностью более 1 мм/мин называются ливнями.

Атмосферные осадки — основной источник питания подземных вод. При определении роли атмосферных осадков в питании подземных вод необходимо учитывать не только их абсолютное количество, но и продолжительность, интенсивность, вид (жидкие, твердые), время выпадения, а также физико-географические (климат, рельеф, растительность) и геологические условия изучаемой территории.

Для питания подземных вод наиболее благоприятны длительные и не очень интенсивные дожди, выпадающие весной и осенью, менее благоприятны ливни, во время которых большая часть осадков не успевает впитаться и быстро стекает по поверхности земли.

В умеренном климате зимой осадки выпадают в виде снега. Питание грунтовых вод во многом зависит от числа дней со снеговым покровом, его высоты и плотности, так как эти показатели определяют продолжительность весеннего снеготаяния, величину поверхностного стока в период половодья и количество инфильтрующихся в землю осадков.


Количество выпадающих атмосферных осадков замеряется дождемерами, или осадкомерами, конструкции которых и методика работы описываются в специальных руководствах по климатологии.

Источник: www.xn--e1aaitdso4b.xn--p1ai

Что такое круговорот воды?

Круговорот воды на Земле – природный процесс, представляющий собой беспрерывный водный обмен между атмосферой, литосферой и Мировым океаном. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную, и обратно. Она в ходе своего перемещения забирает и переносит огромное количество органических соединений и минеральных элементов, необходимых для поддержания жизни на планете.

Наибольший объем водной массы сосредоточен в океанах (97,5%), поэтому большая часть природной жидкости имеет в составе соли. Остальные 2,5% – пресные источники, из них:

  • ледники и вечные снега – 68,9%;
  • грунтовые воды (включая влагу в почвах болотистых местностей и зон вечной мерзлоты) – 30,8%;
  • реки и озера – 0,3%.

Источники пресной воды


Вода пребывает в беспрерывном движении, причем ее объем на планете – величина постоянная. Однако нахождение ее в различных агрегатных состояниях меняется в течение истории Земли. Много веков назад водных источников на планете было гораздо меньше, поскольку основная водная масса была сосредоточена в ледниках. Еще 20 тысячелетий назад по ледниковому покрову, разделявшему Берингов пролив, из Аляски можно было свободно перебраться в Азию.

Как происходит круговорот воды?

Процесс сложный, состоит из нескольких этапов. Движущий фактор – солнечное излучение.

В теплый сезон нагретая Солнцем вода принимает газообразное состояние – становится паром. Из испаряющейся водной массы отфильтровываются соли. То есть накапливающийся в атмосфере пар является пресным. По мере поднятия в атмосферные слои пар сталкивается с холодными воздушными потоками, в результате формируются облака. Выпадающие из них осадки наполняют океан.

То есть этапы круговорота воды, если говорить упрощенно, следующие:

  • испарение;
  • концентрирование в атмосфере;
  • выпадение в виде осадков.

Такой процесс наблюдается обычно над океанической поверхностью. Но он сложнее, если облака скапливаются над сушей, и осадки проливаются не в океан, а на земную поверхность. Сточные воды, наполняющие поверхностные и подземные источники, проходят длительный путь к океану. В процессе движения происходит процесс, обратный опреснению пара в атмосфере: реки и подземные водотоки забирают с грунта минеральные частицы, выносят их в моря и океаны. Там вода испаряется, а соли остаются. Так реки поддерживают соленость Мирового океана.


Мировой круговорот воды

Планетарная циркуляция воды включает несколько процессов, являющихся ее звеньями. Следует подробнее рассмотреть схему мирового круговорота воды:

  1. Испарение – начальное звено круговорота. Нагреваемая солнечным излучением вода переходит из жидкого состояния в газообразное. Пар поднимается в атмосферные слои. Этот процесс происходит на планете непрерывно в разных масштабах: пар образуется над реками, озерами, морями, над всеми водными источниками, даже в результате выделения пота живыми организмами.
  2. Конденсация – 2 этап. Происходит в высоких атмосферных слоях, в результате пар снова обретает жидкое состояние. Частицы пара, столкнувшись с холодными воздушными потоками, рассеивают тепло, формируют водяные капли. Так образуются облака, а также туман.
  3. Осадки – 3 этап. Водяные капли, формирующие облака, постепенно сливаются друг с другом, тяжелеют. Когда достигают определенного размера, выпадают на землю твердыми или жидкими осадками. Из-за высокой скорости падения осадки, приближаясь к земной поверхности, не успевают испаряться. В результате становятся возможными снег, дождь, град.
  4. Стоки в океан – 4 этап. Выпавшие на землю осадки распределяются. Часть впитывается в почву, становится питанием для растительных организмов. Другая часть попадает реки и прочие природные стоки, устремляется обратно в океан.

Основными элементами круговорота воды являются:


  • осадки – выпадение атмосферной влаги на земную поверхность;
  • перехват осадков растительностью – испарение выпавшей влаги с растений, без насыщения почвы и пополнения водных источников;
  • стоки – объекты перемещения воды по земной поверхности;
  • инфильтрация – просачивание воды в почву с сопутствующей фильтрацией;
  • подземные стоки – потоки под землей, находящиеся в аэрационной зоне;
  • испарение – переход воды из жидкого в газообразное состояние;
  • сублимация – переход из твердого в газообразное состояние;
  • отложение – переход из газообразного в твердое состояние;
  • адвекция – горизонтальное движение молекул в любом агрегатном состоянии в атмосферных слоях;
  • конденсация – формирование облачности;
  • испарение – образование пара под влиянием солнечного тепла, движение его с земной поверхности в атмосферу;
  • просачивание – опускание влаги в почву под гравитационным воздействием.

Жидкость, постоянно меняясь, выделяет и поглощает энергию. Живые организмы, в том числе люди, тоже участвуют в круговороте воды, употребляя и выделяя ее, используя для своих нужд. Влияние человека на процесс усиливается, причем имеет преимущественно негативный характер. Круговорот нарушается промышленным использованием воды, сооружением водохранилищ и плотин, осушением болот, введением оросительных систем.


В верхних грунтовых слоях корневая система растений всасывает часть воды, необходимой для метаболизма. Незначительное количество накопившейся в растительных тканях жидкости переходит в организм растительноядных животных и человека. Но большая часть жидкости участвует в процессе транспирации: поступает из почвы в корни, перемещается по каналам в тканях растения, испаряется через листья.

Часть воды, не поглощенная растениями, поступает дальше в почвенные слои, становится частью системы грунтовых вод, протекающих сквозь песок, гравий и прочие слагающие породы. На грунтовые источники приходится значимая часть запасов пресных вод на планете. Грунтовый источник рано или поздно соединяется с реками, озерами, другими поверхностными водными объектами. Незначительная часть грунтовых вод опускается в глубоко лежащие минеральные породы, где замуровывается на тысячи лет.

Разновидности вод

Движется природная вода с неодинаковой скоростью. Поверхностные водные массы перемещаются быстро, а подземные, находящиеся в зоне вечной мерзлоты и в глубинных океанических слоях – медленно. Период полной смены воды в разных природных объектах следующий:

  • в живых организмах – около недели;
  • в атмосфере – полторы недели;
  • в реках – 2 недели;
  • в грунтовых слоях – от месяца до года;
  • в болотах – от года до 10 лет;
  • в озерах и прочих водоемах – около 10 лет;
  • в морях и океанах – 4 тысячи лет;
  • в пещерах и прочих подземных резервуарах – до 10 тысяч лет;
  • в ледниках и зонах вечной мерзлоты – несколько тысяч лет.

Виды круговорота воды

Различают следующие типы процесса:

  • Большой круговорот воды в природе. Испаряющаяся с океанической поверхности влага устремляется в атмосферу, с ветрами переносится к суше, выпадает осадками. Накопившаяся в реках и грунтовых слоях жидкость отправляется обратно в океаны.
  • Малый. Пар, поднимающийся над океаном, не переносится к суше, выпадает осадками над океанической поверхностью.
  • Внутриконтинентальный. Все звенья происходят над сушей. Испарившаяся с земной поверхности влага выпадает осадками на землю.
  • Геологический. Подразумевает беспрерывный взаимный обмен водами между океанами, сушей и литосферой. Отмечается обычно в области тектонических трещин, находящихся на стыке литосферных плит.
  • Глобальный круговорот воды – незамкнутый процесс. Через тектонические трещины из глубин планеты идет приток жидкости в гидросферу. Ежегодное прибавление составляет 0,25 км3. В то же время часть молекул водяного пара, скапливающегося в атмосфере, под влиянием солнечного излучения устремляется в космос, расщепившись на кислород и водород.

Источник: TainaPrirody.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.