XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Круговорот воды в природе
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха.
Тебя невозможно описать.
Тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое!
Нельзя сказать, что ты необходима для жизни:
ты – сама жизнь.
Антуан де Сент-Экзюпери
Однажды летом, мы наблюдали природное явление – дождь. Нам стало интересно, куда исчезает вода из луж после дождя. Мы решили исследовать это явление и понять, как и почему оно происходит. Чуть позже мы узнали название этого явления: круговорот воды в природе. Используя разные источники информации, мы задались вопросами: какие виды круговорота воды в природе существуют, что произошло, если бы круговорот воды в природе исчез.
Изучая вопрос о круговороте воды в природе, мы поняли, что вода во всей истории человечества занимала главное место. Это основа жизни. Без без невозможна жизнь человека. Являясь основой человеческого организма, вода в обыденной жизни стала продуктом питания. Трудно представить утро без чашечки чая или кофе, без воды не приготовишь большинства из блюд.
Вода – самое необыкновенное вещество на нашей планете Земля. Ничто не может сравниться с ней по влиянию на природные и антропогенные процессы. С другой стороны – вода для человека самое простое и привычное вещество. Но мы узнали, что вода хранит в себе множество загадок: ученые до сих пор продолжают исследовать воду, находя о ней все больше любопытных и интересных фактов. В этом, на наш взгляд, заключается актуальность исследования вопроса о воде. Это важное вещество, без которого не может существовать ни одно живое существо на Земле.
«Вода дороже золота», – считали бедуины, которые всю свою жизнь кочевали в пустынях и знали цену глотку воды: никакое богатство не спасет путника , если иссякнет запас воды. Ведь без воды человек может прожить 2-3 дня, а запасы пресной воды на Земле, пригодной для питья, не так уж и много.
Исходя из наших знаний о воде, в исследовательском проекте мы поставили перед собой цель: изучить круговорот воды в природе, понять, как это происходит.
Для достижения цели сформулировали задачи:
изучить литературу по данной теме, ознакомиться с процессами, происходящие с водой в природе; ответить на вопрос: Зачем нам круговорот воды в природе?
с помощью подручных материалов в домашних условиях провести наблюдения и опыты, позволяющие понять явление круговорота воды в природе;
сформировать единую картину круговорота воды в природе. сделать выводы о значении круговорота воды в природе;
сделать фотоотчет.
Методы исследования, использованные нами в проекте:
анализ источников информации по выбранной теме,
наблюдение,
опыты.
В проекте нами определен объект исследования: вода. Предметом исследования является: круговорот воды в природе. Механизмом исследования явилось проведение опытов и наблюдение явления круговорота воды домашних условиях с помощью подручных материалов.
Мы выдвинули рабочую гипотеу: если в природе не было бы круговорота воды, то жизнь на Земле не была бы возможной.
Данная работа выполнена по решению научного общества учащихся при кафедре естественно-математических дисциплин БМАОУ «Лицей №7» имени А.А. Лагуткина.
Основная часть
Изучая информацию по вопросу круговорота воды в природе, мы прежде обратились к справочникам и словарям. В Википедии мы нашли определение данного явления, в котором попытались разобрать и понять смысл каждого слова. Круговорот воды в природе – это процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения воды, переноса паров воздушными течениями, их конденсации, выпадения в виде осадков и переноса воды реками и другими водными объектами. Вода испаряется с поверхности суши и водоёмов, однако большая часть воды испаряется с поверхности Мирового океана. Круговорот воды связывает воедино все части гидросферы.
I. Теоретическая часть
1.1. Гидросфера
Если рассмотреть глобус нашей планеты, то бросается в глаза большая его площадь, окрашенная сине-голубым цветом: это океаны, моря, озера земного шара, которые составляют две трети земной поверхности (что составляет 71%). Если представить эту воду в виде одной капли, то ее диаметр был бы равен 1,5 тысяч километров.
Гидросфера – это водная оболочка Земли. Гидросфера включает в себя:
1. Воды Мирового океана.
2. Воды суши (льды, реки, озера, подземные воды, болота и пр.).
3. Воду в атмосфере и живых организмах.
Основная масса воды в гидросфере содержится в Мировом океане: океанах, морях, заливах. Это преимущественно соленая вода. На воды Мирового океана приходится 96,6% всей гидросферы. Больше всего пресных вод содержится в ледниках и подземных водах. Ученые доказали, что за всю историю существования планеты Земля масса воды на планете никогда не изменялась!
К основным функциям гидросферы относят:
участие в круговороте различных веществ в природе;
создание условий для существования живых организмов;
формирование климата, регулирование температуры в атмосфере;
изменение поверхности планеты
Поясним на примерах. Вся энергия Солнца аккумулируется, то есть, в первую очередь, попадает в океан. Там она сохраняется и распределяется по планете. Такой процесс обеспечивает сохранение средней положительной температуры, потому что у воды самая высокая удельная теплоемкость, которая при нагревании одного килограмма воды на один градус по шкале Цельсия принимает от Солнца 4200 джоулей тепла. Океан медленно нагревается, но и тело, которое хранит, отдает тоже медленно.
Производство кислорода больше всего вырабатывается фитопланктоном, находящимся в мировом океане. Распределение пресной воды происходит за счет круговорота воды. Обеспечивая ресурсами, мировой океан содержит значительные запасы продовольствия и других полезных добываемых ресурсов
1.2. Свойства воды
Свойства воды используются человеком для ведения сельскохозяйственных работ, обеспечения себя продуктовыми ресурсами. Таким образом, круговорот воды – это очень важный природный процесс, благодаря которому возможна жизнь на нашей планете. 1.2. Основные свойства воды
Вода играет основополагающую роль в жизнедеятельности всего живого на нашей планете. Вода входит в состав любого организма или предмета. Об этом говорят факты о наличии воды в разных живых организмов. Так, например, наземные растения состоят из 50-75% воды, животные более 60%, рыба 67-78%, картофель 78%, человек 70-80%, пшеничный хлеб 34%, бактерии 75-88%, дождевые черви 84%, огурцы, арбузы более 90%, водоросли 95-98%, медуза 99%.
Вода не имеет запаха, безвкусная, текучая, при охлаждении сжимается. Вода в природе может находиться в различных агрегатных состояниях: твердое (град, лед, снег, иней), жидкое (роса, дождь, реки, моря, океаны), газообразное (в воздухе находится большое количество водяных паров). Кроме этого, в природе мы можем наблюдать переход воды из одного агрегатного состояния в другое: превращение воды в лед (замерзание воды), превращение воды в пар (испарение), превращение пара в воду (конденсация), превращение льда в воду (таяние).
1.3. Круговорот воды в природе
Значение круговорота воды в природе переоценить невозможно, потому что он обеспечивает регулярное пополнение запасов пресной воды за счёт испарения солёной воды с поверхности океана. Мы выяснили, что круговорот воды в природе происходит под влиянием солнечной радиации и сил тяжести. Солнце нагревает воду в океанах и морях, и она испаряется, преобразуясь в водяной пар.
Круговорот воды – это переход вещества из газообразного состояния в жидкое. Парообразование – свойство капельных жидкостей изменять своё агрегатное состояние и превращаться в пар. Парообразование, происходящее лишь на поверхности капельной жидкости, называется испарением. Этот фазовый переход всегда сопровождается поглощением энергии, т.е. к веществу необходимо подводить теплоту. При этом внутренняя энергия вещества увеличивается. Различают два вида парообразования: испарение и кипение.
Конденсация – это процесс, обратный парообразованию. Конденсация всегда сопровождается выделением энергии, т.е. от вещества необходимо отводить теплоту. При этом внутренняя энергия вещества уменьшается. Она происходит только при определенной температуре, совпадающей с температурой кипения. Пока происходит конденсация, температура вещества не изменяется.
Круговорот воды в природе – важный природный процесс, благодаря которому возможна жизнь на нашей планете. Окружающую среду невозможно представить без воды, поскольку только при ее участии происходят многие физические, химические и биологические процессы Чтобы не чувствовалось недостатка чистых водных ресурсов на Земле, постоянно происходит ее превращение из одного агрегатного состояния в другое, круговорот воды.
Во время полного цикла круговорота в природе состояние воды постоянно меняется, поглощая или выделяя при этом тепловую энергию. Таким образом, вода в круговороте проходит четыре стадии: испарение, конденсация, осадки, перенос воды. Рассмотрим каждый этап подробнее.
Испарение. Вода на поверхности океана, рек, озер нагревается, превращаясь в пар и уходит в воздух. При более высокой температуре этот процесс происходит быстрее. При кипении чайника можно увидеть образование пара, но, даже если мы не видим пар, то испарение все равно происходит.
Конденсация. Водяные пары в воздухе понимаются вверх, достигая верхних слоев атмосферы. При пониженной температуре пары охлаждаются, выделяя тепло, снова превращаясь в жидкость. Эти мелкие капельки воды висят на частицах пыли в воздухе, образуя облака.
Осадки. Капли воды в облаках сталкиваются между собой и конденсируются вместе, по массе становясь все больше и больше.. Если скорость падения капель превышает скорость восходящего облака, и они не успевают испариться, то выпадают осадками в виде дождя, мокрого снега, снега или града.
Перенос воды. В виде осадков вода снова попадает на поверхность Земли. какая-то часть воды стекает вниз, попадая в море, озеро или реку. Другая впитывается в землю и становится грунтовыми водами, которые питают растения или, проходя через почву, достигают океана.
С поверхности морей и водоемов вода испаряется. Соленые воды океана, как и пресные воды рек и озер, превращаются в водяной пар, который концентрируется и образует облака. Содержащиеся в морской воде соли так и остаются в океане. Поэтому водяной пар и облака состоят из пресной воды. Облака переносятся ветрами на сотни и тысячи километров. Рано или поздно из них выпадают осадки в виде дождя или снега. Часть выпавших осадков просачивается в почву и становится частью подземных вод, а другая стекает в реки. Талые воды, образующиеся при таянии снега или горных ледников, также частично просачиваются и поступают в состав подземных вод или частично попадают в реки. Реки возвращают воду в озера, моря, океаны. С поверхности всех водоемов вновь происходит испарение воды. В результате все части гидросферы оказываются связанными между собой. Таким образом, круговорот воды в природе - важный природный процесс на планете Земля.
Таким образом, выделим основные этапы круговорота воды в природе:
1. Вода выпадает осадками (снег, дождь) с неба.
2. Впитывается в землю.
3. С подземными водами попадают в реки, моря и озёра.
4. Испаряется с поверхности водоёмов.
5. Испаряется из растений.
6. От испарения образуются облака, в которых находится вода и так далее...
Различают несколько круговоротов воды в природе:
Большой или океанический круговорот воды в природе.
Малый или океанический круговорот воды в природе.
Внутриконтинентальный круговорот.
Большой, или мировой, круговорот – водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная – очищается.
Малый, или океанический, круговорот – водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.
Внутриконтинентальный круговорот. Внутриконтинентальный круговорот – вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.
1.4. Роль круговорота в природе
Мы выяснили, какую роль играет круговорот воды в природе. Благодаря круговороту воды, вода может переносить различные вещества из одного места к другому. Испаряясь с поверхности мирового океана, вода становится пресной. Пробираясь сквозь толщу земли, вода избавляется от твёрдых примесей и очищается.
Мы задались вопросом: а что происходило бы на планете Земля, если бы круговорот исчез? Прекратились бы дожди, пересохли реки, иссякли подземные воды, исчезли растения, стало меньше кислорода, то есть ход процессов на нашей планете изменился бы.
При изучении вопроса о круговороте воды в природе мы заинтересовались еще рядом вопросов, которые так или иначе связаны с круговоротом воды. Например, что такое облака? Надо всего лишь лежать на траве и наблюдать за облаками. Или просто посмотреть наверх. Всегда, когда захочется. Вы знаете, как появляются облака, почему одни становятся тучами, а другие так и остаются пышными белоснежными барашками? Почему облака белые, а тучи черные, как рождаются облака и миражи?
Серые, сизые и черные грозовые облака состоят из тех же капель. Просто они – при сильной облачности – могут отбрасывать тень друг на друга (и даже на самих себя), поэтому и кажутся более темными.
Как рождается облако? Когда горячий воздух смешивается с холодным, он остывает и может достигнуть точки росы. Происходит конденсация. Водяной пар, оседая на частичке в воздухе, превращается в капли или кристаллы льда, которые, собираясь вместе, и образуют облако. Точка росы - это температура, до которой воздух должен быть охлажден, чтобы стать насыщенным водяным паром. Мираж можно увидеть, когда встречаются горячий и холодный воздух, у которых разная плотность. На границе сред с разной плотностью луч света преломляется, и мы видим мираж.
Вывод теоретической части:
Изучив круговорот воды в природе мы поняли как он важен для жизни человека и всех живых организмов. Что без него жизнь на нашей планете Земля была бы не возможна.
2. Практическая часть
Изучив теоретический материал по выбранной теме, мы задались вопросом: возможно ли в домашних лабораторных условиях пронаблюдать круговорот воды и смоделировать это важное природное явление? Оказалось, что возможно! Мы подобрали оборудование из подручных средств и провели несколько опытов с водой, которые позволяют понять, как происходит круговорот воды. Для этого мы.
Опыт 1. Конденсация.
Мы взяли банку и тоненькой струёй налили туда горячей воды. Закрыли крышкой. На стенках банки начали образовываться капли воды. Произошёл процесс конденсации.
Опыт 2. Замерзание (кристаллизация)
Мы налили в контейнер воду комнатной температуры. Поставили в морозилку. Через время достали и увидели что вода заморозилась.
Опыт 3. Испарение
Мы налили в контейнер воду и поставили на батарею. Через 2 часа испарилось 20 миллилитров.
Вывод практической части
Изучив круговорот воды в природе, мы убедились в том, что этот процесс важен для всего живого на планете. Применив знания о свойствах воды и перехода воды из одного агрегатного состояния в другое (испарения, конденсации, замерзания), мы смоделировали круговорот воды в природе в домашних условиях. Выяснили, что осадки выпадают при любой температуре. Если круговорот воды прекратится, то всё живое на нашей планете погибнет.
Заключение.
Круговорот воды в природе происходит постоянно, в любое время суток и сезонов, во всех частях нашей Земли.
При выполнении работы авторы проекта:
1. овладели физическими методами познания; научились делать выводы из экспериментов, объяснять результаты своих наблюдений и опытов с теоретических позиций;
2. самостоятельно выполнили лабораторные опыты, определив последовательность его выполнения, описали результаты. Заключая работу над проектом, мы можем сделать вывод о том, что цель, поставленная в начале работы, достигнута, задачи решены, гипотеза подтверждена.
Список использованной литературы и источников
wikipedia.org
elementy.ru
Небел Б. Наука об окружающей среде. В 3 части – глава 8
Семенов В.П. Кашина О.М. Физические процессы в природе.
Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов. Вода страницы: 8, 11, 15, 16, 289.
Приложение
Этапы круговорота воды в природе:
Опыт 1.
Опыт 2.
Опыт 3.