Co to jest cykl hydrologiczny?
Cykl wodny, czyli cykl hydrologiczny, odnosi się do ciągłego obiegu wody w hydrosferze Ziemi. Woda przemieszcza się do i z różnych zbiorników na, nad i pod powierzchnią Ziemi, iw tym procesie przekształca się w różne fazy ciała stałego (lodu), cieczy (wody) i gazu (pary) o całkowitej masie wody pozostaje dość stała. Fizyczne procesy parowania, kondensacji, sublimacji, wytrącania, transpiracji i spływu są odpowiedzialne za podtrzymywanie cyklu wodnego. Energia cieplna jest również wymieniana podczas cyklu, z tym magazynem i uwalnianiem ciepła wpływającym na klimat na całym świecie. Cykl wodny ma kluczowe znaczenie dla utrzymania życia na Ziemi, ponieważ uzupełnia światowe zasoby słodkiej wody i łagodzi ekstremalne warunki klimatyczne.
Procesy fizyczne zaangażowane w cykl wodny
Różne procesy fizyczne działają w koordynacji w celu utrzymania aktywnego obiegu wody we wszystkich punktach czasowych. Parowanie polega na odparowaniu wody z fazy ciekłej, wyzwalanej przez źródło energii cieplnej z promieniowania słonecznego. Parowanie można również rozszerzyć na transpirację, proces utraty wody z liści roślin i pocenie się, co jest podobną utratą wody ze zwierząt w warunkach stresu cieplnego. Do 90% wody atmosferycznej przyczynia się parowanie, a 10% transpiracja z roślin. Kondensacja i adwekcja odnoszą się do przekształcania odparowanych par wody w płynne kropelki wody zawieszone w powietrzu jako chmury lub mgła oraz ruchy skondensowanej wody atmosferycznej między oceanem a lądem. Skondensowana woda dociera do powierzchni lądu i oceanu w wyniku opadów atmosferycznych. Niektóre opady są przechwytywane przez baldachim, w którym roślinność na lądzie pochłania wodę, zanim dotrze do lądu. Woda docierająca do lądu jest poddawana odpływowi (lub topnieje w przypadku śniegu) i przemieszcza się przez ląd w kierunku oceanów w postaci rzek spływających do mórz. W procesie woda również odparowuje, przedostaje się pod ziemię (w procesie znanym jako infiltracja, w której woda zbiera się w glebie lub nawet głębiej w podziemnych warstwach wodonośnych) lub jest wydobywana przez systemy korzeniowe roślin lub w inny sposób. Podpowierzchniowy przepływ wody występuje pod ziemią, a nawet to może skończyć się w oceanach lub na powierzchni lądu za pomocą źródeł. Niewielka ilość sublimacji, obejmująca bezpośrednią konwersję stałego lodu na parę wodną, występuje również w naturze.
Zbiorniki wodne i czasy pobytu
Zbiorniki wodne stanowią region, w którym część wody uczestniczącej w obiegu wody jest przechowywana przez pewien okres czasu. Oceany są największymi zbiornikami wody na świecie, przechowującymi prawie 97% wód hydrosfery, podczas gdy czapy lodowe i lodowce przechowują kolejne 2%. Podziemne zbiorniki wodne, rzeki, jeziora, stawy i strumienie przechowują również niewielki procent całkowitej wody hydrosfery, podczas gdy zawartość wody w organizmach żywych stanowi najmniejszy ze wszystkich zbiorników. Innym ważnym terminem związanym z cyklem wodnym jest „czas przebywania”, który jest reprezentowany przez następujący wzór matematyczny:
Czas pobytu = objętość zbiornika / (szybkość wody jest dodawana do zbiornika lub opuszcza zbiornik)
Czas przebywania reprezentuje zatem średni czas, jaki cząsteczka wody spędza w zbiorniku, i może być wyrażony albo dodatnio, albo ujemnie, w zależności od tego, czy zbiornik doświadcza strat netto czy zysków netto wody. Na przykład wody gruntowe mogą pozostawać pod powierzchnią Ziemi przez 10 000 lat, zanim opuszczą podziemny zbiornik, podczas gdy woda atmosferyczna istnieje przez maksymalnie 10 dni w atmosferze, a następnie wytrąca się w postaci deszczu lub śniegu.
Znaczenie cyklu wodnego i wpływ działalności człowieka
Na globalny klimat wpływają i są bardzo wrażliwe na zmiany wzorców obiegu wody, ponieważ cykl pozwala na wymianę ciepła i wilgoci między lądami a zbiornikami wodnymi. Odparowanie wody prowadzi do ochłodzenia środowiska, podczas gdy kondensacja ogrzewa środowisko, uwalniając energię cieplną. Na fizyczną geografię Ziemi duży wpływ ma również cykl wodny, ponieważ topnienie lodowców i odpływów z rzek wydziela doliny, szczyty, kaniony, jeziora i inne formy terenu widoczne na Ziemi. Ostatnio nasilił się cykl wodny planety, a tempo parowania i opadów znacznie wzrosło. Działania człowieka, takie jak spiętrzanie rzek i strumieni, wydobywanie wód powierzchniowych i podziemnych w celu nawadniania i innych celów oraz rozległe wylesianie, niekorzystnie wpłynęły na funkcjonowanie obiegu wody na Ziemi. Globalne ocieplenie jeszcze bardziej wpłynęło na hydrosferę, powodując topnienie polarnych czap lodowych, które teraz tracą więcej wody przez parowanie, topnienie śniegu i spływy, niż zyskują wodę przez opady. Grozi to podniesieniem poziomu wody w oceanach i zalaniem nadmorskich miast na całym świecie.
