лучшие книги по экономике
Главная страница

Главная

Замовити роботу

Последние поступления

Форум

Создай свою тему

Карта сайта

Обратная связь

Статьи партнёров


Замовити роботу
загрузка...
Книги по
алфавиту

Б
В
Г
Д
Е
Ж
З
И
К
Л
М
Н
О

ЕКОЛОГІЯ І ЕКОНОМІКА

Страницы [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]

Роль води в тепловому балансі та кругообігу речовин у біосфері.
Як уже зазначалося, загальний об’єм води на земній поверхні становить понад трильйон* (1018) m3, з яких близько 94 % в океанах, інше — це підземні води — 4 %, льодовики — 1,6 % (бли-
зько 10 мільйонів km3), вода в озерах (майже в 100 разів менше, ніж у льодовиках). Найменше води в річках — тільки одна десятитисячна процента (1200 km3) від усієї води планети!
З давніх-давен люди цікавилися, куди течуть річки й чому вода в них не зникає? Книга Екклезіястова, біблійного Проповідника сина Давидового, царя в Єрусалимі [55, 666] з цього приводу свід­чить: «Усі ріки течуть у море, але море не переповнюється: до
того місця, звідки ріки течуть, вони повертаються, щоб знову текти»
[55, 665].

Таблиця 21

ОБ’ЄМ ВОДИ ГІДРОСФЕРИ ТА ЧАС ЇЇ ОНОВЛЕННЯ [100, 20].


Частина поверхні Землі

Площа

Опади

Випаровування

Стік

Приплив

млн. км2

мм

м3

мм3

м3

мм3

м3

Земна куля

510

1130

5,8

1130

5,8

Світовий океан

361

1270

4,5

1400

5,1

130

0,5

Суша

149

800

1,2

485

0,7

315

0,5

За уявленням стародавніх греків води Океану постійно стікали в Тартар, тобто підземне царство, і виходили знов на поверхню, даючи початок річкам. Хоча Аристотель (IV ст. до н. е.) вже вказує на зв’язок кругообігу води з атмосферою. Його «Океанічна» схема вважалася слушною аж до ХV ст.
Перші описи кругообігу води гідросфери з’явилися в епоху Відродження в працях геніального вченого Леонардо да Вінчі (1452—1519).
Як уже зазначалося, рушійною силою кругообігу води в біосфері є енергія Сонця.
На випаровування води, що забезпечує її кругообіг у природі, витрачається понад 20 %, всієї сонячної енергії, що надходить до поверхні Землі.
Але як відбувається її перетворення на роботу з переміщення величезних мас води? Цього питання ми вже торкалися в розділі «Термодинаміка» (рис. 15). Саме за термодинамічними законами відбувається перетворення сонячної енергії в роботу океанських течій і вітрів, що зумовлює процеси планетарного кругообігу води (рис. 34 і 35).
Океанологічними дослідами встановлено, що найбільш інтенсивне охолодження вод Світового океану в Північній півкулі відбувається в Гренландському морі, а в Південній — у морі Уедделла. У цих районах Землі протягом усього року температура повітря нижча, ніж води. Оскільки густина солоної води з глибиною зростає, то поверхневі води, охолоджуючись до –1,8°С, не опускаються вглиб, а, перетворюючись на кригу меншої теплопровідності, ніж вода, захищають нижні шари води від переохолодження. Таким способом відбувається вертикальна стабілізація водних мас: до нижніх шарів постійно надходить більш солона й важка вода з Атлантичного океану.


Під Сонцем вода наеква­торінагрівається й роз­ширюється. Рівень води підвищується, що спричиняє її «стікання» до полюсів Землі, де вона охолоджується та глибинни­ми течіями повертається знову до екватора. Сила обертання Землі примушує водні потоки відхилятися праворуч у північній півкулі та ліворуч — у південній (Ефект Коріоліса).

Вітри, що також підлягають впливу обер­тання Землі й соня-
чного тепла, спричи­няють переміщення верхніх океанських шарів у тропічних широтах, де пасати гонять їх на захід у напрямку екватора. У вищих широтах західні вітри переміщують їх у протилежному напрямку.

За нагрівання води океану й вітрів Сонцем, сили Коріоліса спрямовують потоки води за годинниковою стріл­кою в північній півкулі та
проти годинникової стрілки — у південній. Сила Коріоліса так само діє за руху будь-яких фізичних об’єк­тів у напрямку від екватора до полюсів: на воду річок, політ ракет чи снарядів і навіть на рейки залізниці під час руху потяга.


Рис. 34. Природні фактори формування динаміки поверхневих
океанічних течій: енергія Сонця та Коріолісова сила обертання Землі
(Diagrams taken from «The Sea Time Inс., New York») [24, 7]

Рис. 35. Глобальні океанічні потоки [39, 107]
Основні океанські течії утворюють «стрічку транспортера», що бере початок у теплих атлантичних течіях, складовою яких є Гольфстрим (показаний тут суцільною стрілкою, як і інші теплі течії). Охолоджуючись повітрям з Північного полюсу біля Гренландії
та Ісландії, вода стрімко опускається, формуючи глибинну холодну течію, що прямує назад на південь (показана тут пунктирною стрілкою, як і інші холодні течії)
Термодинамічна система Світового океану занадто складна та є предметом розгляду спеціальних підручників, але навіть з наведеного нами (1.3) загального огляду законів термодинаміки ми усвідомлюємо їхнє значення для наукового пізнання глобальних природних процесів у гідросфері, законів розмноження й міграції її тваринного світу, отже, і розроблення та впровадження оптимальних систем природокористування гідросферою.
У зв’язку з цим звернімо ще раз увагу на наведені вище (табл. 20) термодинамічні властивості води. Якщо порівняти їх з такими самими характеристиками будь-яких інших хімічних сполук, то неважко зрозуміти, чому для виконання функцій біосферного акумулятора та перенесення енергії для вирівнювання температур різних регіонів Землі — від екватора до полюсів, вони є абсолютно унікальними.
По-перше, вода має найвищу, порівняно з будь-якою іншою речовиною, теплоту випаровування (табл. 20), завдяки чому встановлюється енергетичний баланс між сонячною радіацією та роботою на випаровування води, отже, наші водоймища зберігаються навіть на спекотному екваторі. Випаровування води, а потім її конденсація сприяють вирівнюванню й пом’якшенню клімату на різних широтах.
По-друге, висока питома теплоємність води (табл. 20), поряд з винятково високою теплотою випаровування, зумовлює необхідність великої кількості енергії, щоб нагріти воду до температур, вищих за гранично допустимі для живих організмів, а тим більше до кипіння. Водночас різниця в температурі води в різних регіонах Світового океану є термодинамічним фактором переміщення океанських мас води.
По-третє, високий показник теплоти плавлення та низька теплопровідність льоду (табл. 20) захищають флору й фауну ґрунту від переохолодження взимку, а разом з аномальним збільшенням об’єму під час замерзання води це запобігає зануренню льоду під воду в річках і озерах та їх повному промерзанню.
Енергетичний баланс (%) сонячної радіації Е, поглинутої біосферою, можна виразити рівнянням:
Е = Е1n + Е2 + Е3 + Е4 = 65 + 33 + 1 + ~ 1,
де Е1n — пряме перетворення в тепло (океану й суходолу); Е2 — виконання роботи на випаровування води — осади; Е3 — енергія, акумульована за фотосинтезу; Е4 — робота з переміщення вітру, хвиль, течій.
Слід зазначити, що основна частка сонячної енергії витрачається на нагрівання й випаровування води океанів, озер і річок та переміщення її разом з повітрям у глобальному кругообігу.
З поверхні Океану щорічно випаровується близько 450 тис. km3 води (4,5 · 1017 kg).
З’ясуємо, яку кількість енергії необхідно витратити на випаровування такої маси води, використавши дані ентальпії DHвип за середньої температури океану 10°С (табл. 20):
Евип. = m·DHвип = 4,5 · 1017 kg· 2,4МJ/[email protected] 1018 J.
Куди зникає енергія, поглинена водою?
У розділі термодинаміки ми розглядали термодинамічний цикл витрати енергії на нагрівання й роботу випаровування води, наступну її конденсацію та охолодження. Згідно з другим законом термодинаміки, будь-який вид енергії в кінцевому підсумку розсіюється, тяжіючи до зменшення температурного градієнта, тобто розпорошуючись у формі теплової енергії. Таке явище відоме як «старіння» системи. Нашій Землі ще далеко до стану енергетичної рівноваги. Величезні маси води, підняті в тропо-
сферу, переносяться разом з повітрям, згідно із законами термодинаміки, від «нагрітих» низьких широт до «холодних» високих, від екватора до полюсів. У цьому процесі проявляється дія «природної теплової машини» з циклом Карно. Відповідно до такого циклу, визначивши середні температури «підігрівача» (екваторіальні широти — Тн = 303 К) і «холодильника» (приполярні широти — Тх = 243), розрахуємо коефіцієнт конверсії (корисної дії), витраченої на виконання такої роботи сонячної енергії — ?:
.
Отже, понад 80 % поглинутої в процесі випаровування води енергії за принципом «ідеальної теплової машини» буде витрачено на нагрівання повітря й поверхні землі в холодних регіонах на такі атмосферні явища, як циклони, тайфуни, смерчі, а також на відновлення потенційної енергії річкових басейнів. Значна частка сонячної енергії, яка початково акумулюється біосферою, у наступних процесах глобальних термодинамічних циклів розсіюється біосферою в космічний простір. Щодо цього відомий сучасний еколог Ю. Одум порівнював сили природи із зусиллями людини, яка крутить ступальне колесо, намагаючись «піднятися» по його східцях. Результат начебто нульовий, але колесо крутиться. І саме це «обертання колеса» біосфери є її найважливішим процесом поряд з феноменом фотосинтезу. Якби його не було, то припинилися б опади (дощі, сніг), зникла б вода в річках, льодовики сповзли б в океан, ґрунти перестали б зволожуватися… Якою була б сама біосфера, важко навіть уявити!


2.1.4. Літосфера


Літосфера в системі біосфери (поряд з атмосферою та гідросферою) є третьою сферою, її твердю, «домівкою» живих організмів, з якої вони беруть «елементи життя», народжуючись, і на яку перетворюються, вмираючи й повертаючи все, що було взято. Отже, доречно коротко розглянути саме «елементи життя», первинні «цеглинки», що являють собою відомі нам хімічні елементи. Якщо енергія — це рушійна сила організмів, то хімічні елементи — це матеріальна субстанція, незмінна основа їх будови, дихання, харчування й продуктів обміну. Абіотичне середовище організмів сформовано з різноманітних сполук хімічних елементів, що й визначає його фізичні, хімічні та інші властивості.
Зрозуміло, чому людину завжди цікавило саме те, що є «цеглинками» життя. Цікаві здогадки щодо цього знаходимо ще у стародавніх грецьких філософів: «У цьому світі немає нічого, крім атомів» (Демокріт). Минуло понад дві тисячі років, поки ця думка знайшла наукове підтвердження.
Спинімося на історії пізнання хімічних елементів, на їхньому походженні й поширенні як у біосфері, так і за її межами. Стосовно цього наш співвітчизник, видатний учений М. О. Умов стверджував, що великої мети пізнання природи не можна досягти без розуміння Всесвіту.

Хімічні елементи — матеріальна субстанція Всесвіту й живих організмів.

У передмові до своєї книжки «Виникнення світів» [8, 11] професор Вищої школи у Стокгольмі Сванте Арреніус на початку минулого сторіччя писав: «Проблема розвитку світу … завжди збуджувала особливий інтерес у мислячої частини людства». Споді­ваємося, що, вивчаючи наш предмет, ми підтверджуємо його думку.
Отже, від думки стародавніх філософів, наведеної вище, до сучасної системи елементів наука у принципі не змінила поглядів на атом як на першооснову матеріального світу, але в його пізнанні тільки в останні триста років сталися колосальні зміни. 1784 р. відомий французький хімік Антуан Лоран Лавуазьє всі відомі речовини вперше поділив на два класи: елементарні (речовини, що не розкладаються на якісь простіші) і складні, утворені з елементарних речовин. Пізніше, на початку ХХ ст., після доведення, що атом побудовано як систему з ядра (протонів і нейтронів) і електронів, справедливість такого визначення елементарних речовин і сполук стала очевидною.
Речовини, що складаються з атомів, ядра котрих мають однаковий (позитивний) заряд, називають елементами.
Носіями заряду ядра є протони . Отже елемент — це сукуп­ність усіх ізотопів з однаковою кількістю протонів ядра. Нагадаємо, що конкретний елемент, атоми якого мають тільки певну кіль­кість протонів ядра, може мати різну кількість нейтронів, з
яких кожний за масою дорівнює масі протону, але є нейтральним. Такі атоми одного елемента звуться ізотопами. Наприклад, водень , дейтерій , тритій  — це той самий елемент — водень, ядро якого містить тільки один протон, але дейтерій і тритій містять в ядрі поряд з протоном відповідно ще один і два нейтрони. Інші приклади ізотопів, це, як ми вже вказували, ізотопи вуглецю  урану  тощо. Кількість нейтронів у ядрі легко визначити, віднявши від числа, що позначає суму протонів і електронів (угорі), кількість протонів (унизу), що дорівнює номеру елемента у періодичній системі. Наприклад, в урані  кількість нейтронів дорівнює 235 – 92 = 143.
Сучасному уявленню про систему елементів, відому сьогодні як Періодичний закон, передувала ціла епоха наукових здогадок і гіпотез. Наведемо деякі з них, оскільки тривалий час у вітчизняних підручниках історія цього наукового пошуку плеяди світових учених викладалася не достатньо коректно.
Першим звернув увагу на кореляцію атомних мас (у ті часи користувалися терміном «атомна вага») із властивостями елементів німецький хімік Іоганн Вольфганг Деберейнер ще 1817 р., майже за півстоліття до перших спроб побудови періодичної системи елементів. У 1829 р. він виклав свої спостереження, відомі під назвою тріади Деберейнера [163, Т. 2, 8]. Суть цих спостережень полягала в тому, що елементи в тріадах, розміщені в порядку підвищення атомної маси, мали схожі фізичні й хімічні властивості, атомна маса середнього елемента була близькою до півсуми двох крайніх (табл. 22).
Вочевидь, ця ідея прислужилася його послідовникам, серед них і Д. І. Менделєєву, коли він залишав вільне місце в таблиці своєї періодичної системи для ще невідомих на той час елементів.
З 1850 року було зроблено кілька спроб згрупувати всі відомі елементи у тріади та знайти числові співвідношення між їхньою атомною вагою.

Таблиця 22

ТРІАДИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ДЕБЕРЕЙНЕРА (1829)


Тріади

Відносні атомні маси

Півсума атомних мас
крайніх елементів тріад

1

Li

Na

K

7

23

34

(7 + 34): 2 = 20,5

2

S

Se

Te

32

79

128

(32 + 128): 2 = 80

3

Cl

Br

I

35

80

127

(35 + 127): 2 = 81

4

Ca

Sr

Ba

40

88

137

(40 + 137): 2 = 88,5

1864 р. англійський хімік Джон Ньюлендс звернув увагу на те, що кожний восьмий елемент, починаючи від довільно вибраного в ряду елементів, розміщених у порядку збільшення атомної ваги, за своїми властивостями подібний до першого, як восьма нота у музичній октаві. Справді, несподівана й цікава аналогія!
Ньюлендс назвав цю закономірність законом октав. У 1865 р. він розмістив елементи в таблиці в порядку збільшення «атомних номерів», тобто атомної ваги (табл. 23).

Таблиця 23

ОКТАВИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НЬЮЛЕНДСА (1864 р.)


І

ІІ

ІІІ

Зверніть увагу на ідею побудови таблиці Ньюлендса та її сучасний вигляд: та сама октава — вісім груп, і навіть перший елемент — водень, як і в таблиці Ньюлендса.
Але подальші намагання вдосконалити систему за «законом октав» не мали успіху оскільки розміщення в одній групі (по вертикалі) фосфору й марганцю, сірки й заліза не узгоджувалося з принципом подібності їхніх хімічних властивостей. Цього було достатньо, щоб амбіційні вчені засідання Лондонського хімічного товариства відкинули навіть саму ідею побудови такої таблиці, саркастично запитуючи його, чи не спробував би він розмістити елементи в алфавітному порядку? На жаль, такі випадки в історії розвитку науки не поодинокі. Може, так сталося ще й тому, що Джон Ньюлендс був молодою людиною та займав дрібну посаду звичайного хіміка-аналітика на цукровому заводі.


* трильйон — за правилом «N» багатозначних чисел 106N, де N = 3; за правилом «n — 1» — квінтильйон.

Страницы [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]


ВНИМАНИЕ! Содержимое сайта предназначено исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права принадлежат их законным правообладателям. Любое использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие или полученные в связи с использованием содержимого сайта.
© 2007-2017 BPK Group.