12. Тепловой баланс

Тепловой баланс -сопоставление прихода и расхода (полезно использованной и потерянной) теплоты в различных тепловых процессах (См. Тепловой процесс). В технике Т. б. используется для анализа тепловых процессов, осуществляющихся в паровых котлах, печах, тепловых двигателях и т. д. Т. б. составляется в единицах энергии (джоулях (См. Джоуль), Калориях) или в % общего количества теплоты, приходящихся на единицу выпускаемой продукции, на 1 ч работы, на период времени (цикл) или на 1 кг израсходованного вещества. В научных исследованиях Т. б. пользуются при решении многих астрофизических, геофизических, химических, биологических и других проблем (см. Тепловой баланс моря, Тепловой баланс Земли и т. д.). Т. б. рассчитывается на основе физических теплот (энтальпий (См. Энтальпия)), участвующих в процессе веществ, и теплот соответствующих химических реакций. Для сложных процессов (особенно в металлургии, химической технологии и т. д.) Т. б. предшествует построение материального баланса, т. е. сопоставление прихода и расхода масс веществ в этом процессе; при этом Т. б. установки часто получается как сумма Т. б. аппаратов, составляющих эту установку. Различают Т. б. расчётные и экспериментальные, составленные по данным тепловых испытаний.

13. Основные закономерности движения природных вод

Вода находится в постоянном движении, испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80 % попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20 % , выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. У воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Уже в атмосфере мельчайшие капли воды содержат растворенные вещества, хотя и в небольшом количестве. Но основное - преобразование воды в сложный раствор начинается после выпадения ее на земную поверхность. Просачиваясь через почву, вода обогащается солями и органическими вещества ми, меняет свой газовый состав. Не меньшую роль в изменении химического состава играют и подстилающие почву горные породы, с которыми вода вступает в соприкосновение, профильтровавшись через почву. Большой круговорот воды на Земле можно представить следующим образом. Вода, испарившаяся с поверхности Мирового океана, переносится воздушными потоками на сушу, выпадает на нее в виде осадков и частично стекает обратно в Мировой океан, частично аккумулируется в области внутреннего стока, обычно в крупных бессточных озерах. Испаряясь с поверхности этих озер, влага в общем потоке водяных паров вновь попадает в Мировой океан. Круговорот воды играет громадную роль в географической оболочке. В процессе круговорота воды осуществляется перераспределение тепла. Тепло, затрачиваемое на испарение в одном месте, высвобождается при конденсации влаги в другом. Круговорот воды — важнейшее звено в энергетическом обмене между гидросферой и атмосферой. Скрытая энергия, поступившая в атмосферу с водяными парами с поверхности земного шара, частично преобразуется в механическую энергию, обеспечивающую перемещение воздушных масс. Наряду с энергетическим обменом, взаимодействие гидросферы и атмосферы в процессе влагооборота сопровождается и обменом веществами (газовый и солевой обмен).

14.Круговорот тепла на земном шаре и роль в нем природных вод

Солнечная энергия перераспределяется между поверхностью земли и атмосферой, между сушей и океаном. Природные воды выступают и как поглотитель и регулятор поступающей солнечной энергии, и как фактор ее перераспределения на Земле. Солнечная постоянная равна 1,36 кВт/м2, и ко внешней границе атмосферы Земли поступает в среднем за год 42,8 млрд. Дж/м2. Вследствие шарообразности Земли на единицу поверхности внешней границы атмосферы в среднем поступает четвертая часть, т.е. около 10,7 млрд. Дж/м2 в год. Землей как планетой поглощается в среднем 7,49 млрд. Дж/м2 коротковолновой солнечной радиации в год. Поверхностью Земли поглощается 4,94 млрд. Дж/м2, а атмосферой 2,55 млрд. Дж/м2. Эффективное длинноволновое излучение поверхности Земли и атмосферы составляет соответственно 1,63 и 5,86 млрд. Дж/м2 в год. Тепло, идущее на нагревание поверхности Земли, т.е. 3,31 млрд. Дж/м2, тратится на испарение воды (2,76 млрд. Дж/м2) и турбулентный теплообмен с атмосферой (0,55 млрд. Дж/м2). Те же 2,76 млрд. Дж/м2, что были затрачены на испарение, отдаются в атмосферу при конденсации водяного пара. Это дополнительное тепло становится важным источником нагревания атмосферы и причиной ее активности, особенно в тропиках. Из среднего радиационного баланса суши тратится на испарение 1,13 млрд. Дж/м2, на турбулентный теплообмен с атмосферой - 0,96 млрд. Дж/м2, а океана - 3,43 млрд. Дж/м2 и 0,38 млрд. Дж/м2 соответственно. Теплообмен поверхности Земли с атмосферой составляет в среднем за год 0,55 млрд. Дж/м2. При этом суша отдает в атмосферу 0,96 млрд. Дж/м2, а океан – 0,38 млрд. Дж/м2. Испаряемость (потенциально возможное, т.е. не лимитируемое запасами воды испарение в данном месте при существующих атмосферных условиях) и температура в целом распределяются также неравномерно. В условиях арктического, субарктического, антарктического и субантарктического, а также частично умеренного и экваториального климата осадки превышают теоретически возможное испарение. Здесь наблюдается избыток влаги и расположены области с избыточны увлажнением («индекс сухости» z/x < 0,45 по М.И. Будыко). Арктические пустыни, тундра, лесотундра, альпийские луга и занятые лесами области с достаточным увлажнением («индекс сухости» z/x = 0,45 – 1,00). В условиях субтропического, тропического, субэкваториального и частично экваториального климата отмечаются превышение испаряемости над осадками и дефицит влаги, здесь расположены области с недостаточным увлажнением (z/x = 1,00 – 3,00). Лесостепь, ксерофитная субтропическая растительность и сухие области полупустынь и пустынь (z/x  3,00).

15. Круговорот содержащихся в воде веществ

Океан - суша	0,5 млрд. т
Атмосфера – океан	4,5 млрд. т
Суша – океан	4,53 млрд. т
Таким образом, на земном шаре происходит направленный процесс выноса солей с суши в Мировой океан в размере около 4 млрд. т/год. Большая часть солей осаждается на дно океана.

Круговорот наносов - Наносы – это содержащиеся в водных объектах твердые, в основном минеральные, частицы, поступающие в воду в результате эрозии земной поверхности и вымывания из грунта и переносимые водой во взвешенном или влекомом состоянии. Круговорот наносов на земном шаре может проявляться лишь в геологическом масштабе времени, когда в разных районах планеты сменяется характер эрозионно-аккумулятивного цикла: эрозия осадочных пород на материке – смыв наносов в океан и формировании толщи отложений на дне океана – тектоническое поднятие толщ морских отложений и превращение их в сушу – эрозия этих отложений и т.д. В каждый же конкретный момент времени можно говорить лишь о направленном поступлении наносов с суши в Мировой океан. Круговорот газов в Мировом океан

Приходная часть
Фотосинтез планктоном	154 млрд. т/год
Дождевые и речные воды	3,6 млрд. т/год
Итого:	157,6 млрд. т/год
Расходная часть
Потребление растениями и животными	151 млрд. т/год
Итого:	6,6 млрд. т/год