Презентация "Круговорот воды в природе" (8 класс) по физике – проект, доклад

Круговорот воды в природе

Презентация подготовлена Бартеневой Анастасией и Катасоновой Натальей, ученицами 8 класса «А» МОУ Аннинский лицей 2008

Когда Солнце нагревает Землю, с поверхности рек, озёр, морей, океанов испаряется вода. Она превращается в водяной пар и поднимается вместе с тёплыми потоками воздуха вверх. По мере того как тёплый влажный воздух поднимается вверх, он расширяется в результате понижения давления в высоких слоях атмосферы и охлаждается. Вследствие этого относительная влажность воздуха повышается до тех пор, пока воздух не достигнет состояния насыщения водяным паром. Дальнейший его подъем и охлаждение приводят к конденсации избыточной влаги на мельчайших взвешенных в воздухе частицах. В результате возникновения в атмосфере областей с высокой относительной влажностью происходит образование облаков.

Вертикальное распределение температуры и плотности атмосферы

На снимках земной атмосферы из космоса видны «барашки» облаков.

При отрицательных температурах облака могут быть капельные (переохлаждённые), кристаллические или смешанные, т. е. состоящие из капель и кристаллов. Облака подразделяются на типы по форме и по высоте. Есть три основных типа. Кучевые облака – это груда облаков, образованных восходящими потоками тёплого воздуха. Слоистые облака – это облачные слои, лежащие вдоль погодного фронта. Перистые облака –это тонкие облака, состоящие из кристалликов льда. Облака покрывают в среднем около половины небосвода Земли и содержат при этом во взвешенном состоянии до 109 т воды. Облака являются важным звеном влагооборота на Земле, они могут перемещаться на тысячи км, перенося и тем самым перераспределяя огромные массы воды.

В основном водяной пар содержится в нижней части атмосферы — тропосфере, поэтому именно здесь на различных высотах и сосредоточено подавляющее большинство облаков. Уровней высоты облаков тоже три. Зона низких облаков находится ниже 2 км над землёй, уровень средних – на высоте 2–5 км, уровень высоких – около 5-12 км. В тропических районах эти уровни выше, в полярных – ниже. Однако нередко в стратосферу проникают перистые и кучево-дождевые облака. В стратосфере могут также возникать перламутровые облака, а в мезосфере — серебристые.

Кучевые облака

Некоторые типы облаков

Перистые облака

Слоисто-дождевые облака

Многообразны и сложны физические процессы, управляющие развитием облака. Возникнув на ядрах конденсации (например, пылинках), облачные капли растут, перемещаются внутри облака, выносятся за его пределы и испаряются. Цикл жизни облака в целом завершается его испарением. Выпадение осадков способствует уносу воды и ускоряет процесс разрушения облака. Длительное существование облака объясняется малыми скоростями падения частиц (капли радиусом 1—10 мкм падают со скоростью 0,05—1,2 см/с), наличием восходящих движений воздуха, которые не только поддерживают облачные частицы, но и обеспечивают приток водяного пара и способствуют зарождению новых частиц.

Осреднённая для всего земного шара скорость испарения составляет около 2,5 мм в сутки. В целом она уравновешена величиной среднеглобального количества атмосферных осадков (около 914 мм/год). Суммарный запас водяного пара в атмосфере эквивалентен приблизительно 25 мм осадков, так что в среднем он обновляется каждые 10 дней.

Что такое осадки?

Это атмосферная влага, которая оседает на землю в виде дождя, снега, града, росы, инея и т. п. Различают осадки, выпадающие из облаков, когда пар возвращается на землю, совершая «большой» кругооборот, и осадки, возникающие вблизи земли – «малый кругооборот». Водяной пар, содержащийся в облаке, возвращается вниз на Землю в виде дождя, града или снега. Как же это происходит?

Почему идёт дождь

Внутри облаков капельки диаметром всего лишь около 0,1 мм падают очень медленно, но не все они одинакового размера. Более крупные капли падают быстрее, обгоняя встречающиеся на их пути более мелкие, сталкиваются и сливаются с ними. Таким образом более крупные капли растут за счёт присоединения мелких. Если капля в облаке преодолевает расстояние около 1 км, она может стать достаточно тяжелой и выпасть из него дождевой каплей.

Дождь

Дождь приносят с собой низкие облака. Когда капельки воды в облаке сливаются друг с другом, они как бы набухают, увеличиваясь в размере (с Земли мы наблюдаем это как превращение белых облаков в серые тучи). Наконец, капли становятся настолько тяжёлыми, что проливаются на Землю — начинается дождь.

Дождь может образовываться и иначе. Капли в верхней, холодной части облака могут оставаться жидкими даже при температуре гораздо ниже 0° С – обычной точки замерзания воды. Такие капли воды, называемые переохлаждёнными, способны замёрзнуть, только если в них внедряются особые частицы, называемыми ядрами льдообразования. Замёрзшие капли разрастаются в ледяные кристаллы, а несколько ледяных кристаллов могут объединиться и образовать снежинку. Снежинки проходят сквозь облако и в холодную погоду достигают земли в виде снега. Однако в тёплую погоду они тают и достигают поверхности в форме дождевых капель.

Искусственные дожди

Поскольку считается, что из некоторых облаков выпадает недостаточно осадков или они вообще не выпадают из-за дефицита ядер конденсации, обеспечивающих рост снежных кристаллов или дождевых капель, предпринимаются попытки создания «рукотворных дождей». Дефицит ядер конденсации может быть восполнен путём рассеивания таких веществ, как сухой лёд или йодистое серебро. Для этого гранулы сухого льда диаметром около 5 мм выбрасывают с самолета на верхнюю поверхность переохлаждённого облака. Каждая гранула, прежде чем испариться, охлаждает вокруг себя воздух и порождает около миллиона кристаллов льда. Чтобы «засеять» большое дождевое облако, требуется всего несколько килограммов сухого льда.

До сих пор не существует действительно убедительных доказательств того, что можно добиться существенного увеличения (или уменьшения) осадков на больших площадях. Может быть, в некоторых случаях и удалось достичь небольших изменений (на 5–10%), однако обычно их невозможно отличить от естественных межгодовых колебаний. С развитием методов воздействия всё большее внимание привлекают экономические, юридические и социальные аспекты проблемы искусственного воздействия на погоду.

Град

Если в жаркий летний день водяной пар быстро поднялся на большую высоту, то он застывает в виде ледяных шариков и выпадает в виде града. Градины бывают очень крупные, иногда с куриное яйцо, но они быстро тают, потому что на улице очень тепло. Град образуется, когда дождевые капли по пути к земле проходят через слой холодного воздуха и замерзают. Из отдельных дождевых капель получаются очень маленькие градинки. Когда маленькие градины падают и встречают по пути сильные восходящие воздушные потоки, они могут подняться до того уровня, где образуются дождевые капли. К градине пристают новые капли, и когда она вновь пролетает через холодные слои, вода обволакивает ее и замерзает, увеличивая таким образом размер градины. Подъём и опускание градины может происходить неоднократно до тех пор, пока её вес увеличится настолько, что она оказывается в состоянии преодолеть силу восходящих воздушных потоков и падает на землю. Таким образом появляются градины диаметром в 8-10 сантиметров и весом до 0,5 кг.

Снег

Зимой ветер гонит облака со стороны более тёплых океанов к суше, где водяной пар при температуре ниже 0 °С охлаждается уже на высоте низких облаков. Образуются мельчайшие кристаллики льда, которые, проходя сквозь облако, соединяются с другими кристалликами и образуют снежинки. Снег - твёрдые атмосферные осадки, выпадающие из облаков в виде снежинок — снежных (ледяных) кристаллов, очень разнообразных по форме, но имеющих в основе шестиугольную пластинку или шестигранный столбик. Диаметр снежинок от долей мм до нескольких мм. При штиле и температуре воздуха около 0 °С снежинки могут при соударении соединяться в крупные хлопья диаметром до нескольких см. Средняя масса отдельных снежинок от 0,0001 до 0,003 г, крупных снежных хлопьев — до 0,2—0,5 г. В умеренных и высоких широтах снег является типичным зимним видом осадков.

В районах с умеренным и холодным климатом осадки в виде снега выпадают в течение всей зимы. Образуется сплошной снежный покров. На протяжении зимы снежный покров оседает и уплотняется. Разрезы снежного покрова к концу зимы отражают историю прошедших снегопадов и сопровождавших их состояний погоды, запасы тепла в подстилающих грунтах. Снежный покров обладает следующими физическими свойствами. Отражательная способность его колеблется от 80—90% у свежевыпавшего снега до 30—40% у старого снега в период таяния. Из-за малой плотности снежного покрова (0,05—0,1 г/см3 у свежевыпавшего снега, 0,3—0,4 г/см3 у сухого снега в конце зимы, 0,5—0,6 г/см3 у многолетнего снега на ледниках) велика его теплопроводность.

Снежный покров оказывает огромное влияние на климат, рельеф, гидрологические и почвообразовательные процессы, жизнь растений и животных. Снежный покров предохраняет почву от глубокого промерзания и сохраняет озимые посевы, поглощает азотистые соединения, удобряя тем самым почву, адсорбирует атмосферную пыль, охлаждает приземные слои воздуха. Снежный покров питает все ледники и многие реки во время таяния.

Осадки у поверхности Земли

Туман, иней, роса отличаются от дождя и снега тем, что водяной пар охлаждается до капелек воды (туман) или кристалликов льда (иней) прямо у поверхности Земли, не поднимаясь для этого вверх в атмосферу.

В воздухе содержится определенное количество влаги. Тёплый воздух содержит больше влаги, чем холодный. Когда воздух соприкасается с холодной поверхностью, часть его конденсируется, и влага, содержащаяся в нём, остается на этой поверхности. Это и есть роса. Температура такой прохладной поверхности должна быть ниже определённой величины, при которой образуется роса. Эта температура называется "точкой росы". Роса не образуется на земле или тропинках, так как они долго сохраняют солнечное тепло. А на траве или растениях, которые остыли, роса образуется. Но только незначительная часть влаги, которую мы наблюдаем на растениях утром, является росой. Основная часть влаги (а иногда и вся влага) произведена самим растением. Влага проступает из растений через поры листьев. В некоторых районах земного шара росы выпадает столько, что ее собирают в специальные резервуары для водопоя скота.

Роса

Иней

Иней образуется из маленьких кристалликов замёрзшей воды. Когда воздух охлаждается до 0° С, содержание влаги в нем уменьшается. Избыток воды собирается на поверхности предметов. Когда температура опускается ниже 0° С, вода кристаллизуется. То есть кристаллики льда покрывают поверхность воды. Белый иней, который часто называют "изморозью", бывает двух видов: гранулированный и кристаллический. Гранулированный иней - это просто замёрзший туман. Кристаллический иней образуется из водяных паров воздуха.

Туман

Туман — это обычное облако, лежащее на поверхности земли или моря. Оно состоит из водяных капелек, слишком маленьких, чтобы их можно было увидеть. Но их так много, что объекты, находящиеся рядом, плохо различимы. Туман образуется, когда воздух, насыщенный водяными парами, охлаждается до температуры, ниже точки росы. Туман — очень красивое зрелище, но он опасен. В тумане в океане могут столкнуться два корабля, поскольку их экипажи не увидели друг друга. Туман, поднимающийся над водой, может ухудшить видимость на мосту. Поэтому в туманную погоду машины должны двигаться с меньшей скоростью.

Занимательные факты

Дожди — это дело самое обычное, а видели ли вы когда-нибудь дождик из лягушек? Трудно поверить, но и такие осадки иногда выпадают. Сильные ураганы «высасывают» из озёр их обитателей, а потом лягушки и маленькие рыбки падают на землю вместе с каплями дождя. Маленькие капли воды почти идеально круглые, потому что их собирает в шар сила поверхностного натяжения. А вот капли побольше имеют вытянутую форму, потому что они слишком тяжелые и силы поверхностного натяжения не хватает на то, чтобы удержать их в форме шара.

Использованные информационные ресурсы

Детская энциклопедия Кирилла и Мефодия 2006 (2CD) Большая энциклопедия 2008 (3CD) Иллюстрированный энциклопедический словарь на CD и др.