Вода есть на Земле почти повсюду. Океаны, моря, озера, реки, пруды и другие водоемы занимают около 71 % земной поверхности. Текущая вода постепенно размывает почву и горные породы. Вода, содержащаяся в атмосфере,— единственное вещество, которое может находиться там одновременно во всех трех фазовых состояниях: газообразном (водяной пар), жидком (вода) и твердом (лед).
Физические свойства воды делают ее весьма своеобразным поглотителем лучистой энергии. Главная особенность воды, находящейся на земной поверхности, в частности в океанах, заключается в том, что она избирательно поглощает и преобразует огромное количество лучистой энергии, непрерывно поступающей к Земле.
В атмосферу вода поступает в результате испарения с поверхности водоемов. Она выделяется живыми организмами при процессах дыхания и обмена веществ. Наконец, она является побочным продуктом вулканической деятельности, промышленного производства и окисления различных веществ. Потом содержащийся в атмосфере пар, сконденсировавшись, превращается в воду. Пар конденсируется в тех случаях, когда воздух охлаждается путем теплоотдачи или расширения. Сгущение атмосферного водяного пара может происходить и в форме сублимации. Сублимация — это процесс непосредственного перехода вещества из газообразного состояния в твердое, минуя жидкую фазу. Сублимация может идти и в обратном направлении, т. е. вещество переходит из твердого в газообразное состояние.
Любое изменение фазового состояния требует затраты энергии. Например, на таяние льда затрачивается около 80 кал/г. Эта величина называется теплотой плавления. Такое же количество энергии вода выделяет в атмосферу при замерзании. При температуре 100°С, когда вода переходит из жидкого состояния в парообразное, на каждый грамм воды, участвующей в этом переходе, расходуется 540 калорий тепла. Эта величина называется теплотой испарения. При обратном переходе пара в жидкое состояние высвобождается такое же количество тепла, хоторое называется скрытой теплотой. Скрытая теплота представляет собой то количество энергии, которое содержит вода, находящаяся в атмосфере в парообразном состоянии.
Все возможные изменения состояния воды на Земле заключены в понятие «круговорот воды». Этот круговорот представляет собой некий идеализированный процесс. Одно из звеньев круговорота воды в природе — облака, другое—осадки, средняя годовая сумма которых в целом для всей Земли составляет около 100 см. Звеньями круговорота воды являются также испарение и транспирация.
Фазовые превращения воды в разных районах Земли совершаются с разной интенсивностью, о чем говорит, например, распределение осадков по земному шару. Так, если на всей Земле за год выпадает в среднем примерно 100 см осадков, то на сушу попадает лишь около 1/4 этого количества. В пустынях годовая сумма осадков составляет всего несколько сантиметров: в Долине Смерти (США), например, около 4,3 см, а в пустыне Атакама есть районы, в которых вообще никогда не выпадало заметного количества осадков. В самом же дождливом месте на Земле — на горе Вайалеа-ле, Гавайские острова,— ежегодно отмечают примерно 1600 см осадков.