34684

Водяной пар в атмосфере и гидрологический цикл

Лекция

Экология и защита окружающей среды

В отличие от большинства других присутствующих в атмосфере газов содержание водяного пара может очень сильно меняться. По мере того как молекулы воды переходят в воздух давление пара в воздухе увеличивается. Если температура воздуха продолжает увеличиваться то для поддержания насыщенного состояния пара число молекул поступающих в воздух также должно увеличиваться если конечно жидкость еще имеется. Давление пара служит мерой для другой величины также выражающей количество пара содержащегося в воздухе и называемой абсолютной влажностью.

Русский

2013-09-08

44.5 KB

3 чел.

Водяной пар в атмосфере и гидрологический цикл

При испарении воды ее молекулы образуют водяной газ, называемый водяным паром. В атмосфере содержится также вода в жидком состоянии в виде облачных капелек и дождевых капель. Ледяные кристаллы, снежинки и градины - это атмосферная вода в замерзшем состоянии.

В отличие от большинства других присутствующих в атмосфере газов содержание водяного пара может очень сильно меняться. Оно зависит от температуры воздуха и состояния испаряющей поверхности (вода, почва влажная или сухая, лед). В очень холодном и поэтому сухом воздухе водяной пар может находиться в лишь малом, с трудом измеряемом количестве; в жарком воздухе его содержание может достигать 4 процентов объема воздуха и тогда такой воздух становится влажным.

Когда водяной пар поступает в воздух, он, как и все другие газы, создает определенное давление, называемое парциальным. Оно выражается в единицах давления (гПа). По мере того как молекулы воды переходят в воздух, давление пара в воздухе увеличивается. Когда достигается равновесие между числом молекул, покидающих воду и возвращающихся в неё, пар становится насыщенным, а его давление равновесным. Если температура воздуха продолжает увеличиваться, то для поддержания насыщенного состояния пара число молекул, поступающих в воздух, также должно увеличиваться, если, конечно, жидкость еще имеется.

Давление пара служит мерой для другой величины, также выражающей количество пара, содержащегося в воздухе, и называемой абсолютной влажностью. Абсолютная влажность представляет собой массу водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха. Обычно её выражают в г/м3.

Содержание в воздухе водяного пара часто выражается в единицах относительной влажности, значение которой сообщаются в ежедневных сводках погоды. Она представляет собой отношение количества пара, фактически содержащегося в воздухе, к количеству насыщенного пара при данной температуре и выражается в %. Величину эту легко пояснить с помощью примеров из жизни. Когда воздух насыщен, его относительная влажность составляет 100%; можно сказать, что насыщенный воздух заполнен водяным паром, а если она 10%, то пара в воздухе находится 10% от максимально возможного. Поэтому, если относительная влажность мала, скажем 10%, то мокрое белье на улице высохнет быстро, особенно в жаркий день.

Хорошо известно, что температура +30°С легче переносится человеком в сухом климате, чем во влажном. Когда относительная влажность мала, пот с поверхности тела быстро испаряется, и это приносит ощущение прохлады.

Водяной пар попадает в атмосферу в результате испарения воды океанов и озер, с поверхности земли, в результате транспирации (испарения воды растениями). С поверхности океанов ежегодно испаряется 5,05·108 Мт, а с поверхности материков 0,72·108 Мт воды. Водяной пар переносится атмосферными движениями, конденсируется и возвращается на поверхность земли в виде дождя и снега. Большая часть вернувшейся воды вновь испаряется; остальная впитывается в землю, попадает в ручьи и реки и течет к озерам и океанам, а затем испаряется с их поверхности. Этот ход событий называется гидрологическим циклом.

Общее количество воды, участвующее в гидрологическом цикле составляет 12-14 тыс. км3, что можно выразить слоем воды толщиной 25 мм, равномерно покрывающим весь земной шар. Как видно из табл.1, осадки и испарение для земли в целом составляют по 1130 мм в год. Осадки над сушей (800 мм) больше испарения (485 мм) и их разность равна годовому стоку рек в океан (315 мм). Над океаном, напротив испаряется воды больше (1400 мм), чем выпадает осадков (1270 мм), и эта разность представляет собой сток водяного пара с океана на сушу. В многолетнем выводе количество воды участвующей во влагообороте, остается постоянным. Таким образом, осадков за год выпадает на Земле в 40 раз больше, чем содержится водяного пара в атмосфере.

Таблица 1

Составляющие годового водного баланса океана, суши и всей Земли

Элементы водного баланса

Объем, тыс.км3/год

Слой,

 мм/год

%

Земной шар (площадь - 510·106 км2)

Осадки

577,1

1130

100

Испарение

577,1

1130

100

Суша (площадь - 149·106 км2)

Осадки

119,1

800

100

Сток

46,8

315

39,3

Испарение

72,3

485

60,7

Мировой океан (площадь - 361·106 км2)

Осадки

485

1270

90,7

Сток

46,8

130

9,3

Испарение

504,8

1400

100

В году наблюдается в среднем для Земли 45 циклов испарение - осадки, а водной пар в атмосфере обновляется через каждые 8-10 суток. Это время жизни водяного пара значительно короче времени жизни многих других находящихся в атмосфере газов. К примеру, время жизни в атмосфере двуокиси углерода составляет несколько десятков лет, кислорода - около 3000 лет.

Несмотря на относительно короткое время жизни, водяной пар переносятся на огромные расстояния от места испарения до места выпадения в виде осадков. Скорость переноса водяного пара воздушными течениями по широте (зональный перенос) составляет в среднем 220 км/сут. При этом среднее число смен водяного пара за один оборот вокруг Земли равно 13,5.

За год в виде различных осадков из атмосферы выпадает 577 000 км3 воды. На испарение такого количества воды затрачивается много тепла. Для всей земной поверхности это составляет 1024 Дж/год, т.е. 25% солнечной энергии, поступающей на Землю. При конденсации водяного пара в атмосфере это тепло возвращается в атмосферу, как говорят, в форме скрытого тепла конденсации.

В атмосферных процессах водяной пар и продукты его конденсации во многом определяют погодные условия, не только вследствие развития облачности и выпадения осадков, но и участвуя в энергетических процессах. Водяной пар как активный поглотитель инфракрасного излучения земной поверхности и атмосферы определяет наряду с СО2 (двуокись углерода, которая будет рассмотрена в следующей теме) формирование теплового режима земной поверхности и атмосферы, являясь важнейшим фактором парникового эффекта. Более того, водяной пар это основной парниковый газ и за счет него приземная температура, более чем на 20°С выше, чем была бы в его отсутствии.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58727. Творческая работа. Анализ стихотворения В. А. Жуковского «Море» («Вечер») 30.5 KB
  Романтические баллады, поэмы, элегии и песни Жуковского как бы «шли из сердца и к сердцу; они говорили не о ярком блеске иллюминаций, не о громе побед, а о таинствах сердца, о таинствах внутреннего мира души».
58729. Країна, мову якої ми вивчаємо 179.5 KB
  Освітні задачі: розширяти філологічний кругозір учнів; вдосконалювати навички читання; формувати загально-навчальні вміння: самостійно працювати з текстом. Розвиваючі задачі: розвивати навички вивчаючого читання; розвивати та вдосконалювати мовні вміння у читанні...