01. Obieg wody

Czym jest cykl hydrologiczny?

Co rozumiemy pod pojęciem cyklu hydrologicznego? Cykl hydrologiczny (obieg wody w przyrodzie) opisuje istnienie i ruch wody na, w i ponad powierzchnią Ziemi. Woda na Ziemi jest w ciągłym ruchu i zmienia swoje postaci, od stanu ciekłego, poprzez gazowy do stałego i na odwrót. Obieg wody trwa od miliardów lat i całe życie na Ziemi jest od niego zależne.

schemat cyklu hydrologicznego

Obieg wody nie ma punktu początkowego, ale możemy prześledzić cały cykl poczynając od oceanu. Siłą napędową procesu obiegu wody jest Słońce. Podgrzewa ono wodę w oceanie, ta zaczyna parować i w postaci pary unosi się nad oceanem. Wznoszące prądy powietrzne przenoszą parę wyżej, do atmosfery, gdzie niska temperatura wywołuje proces kondensacji, powstają chmury (patrz plansza 4.). Poziome prądy powietrzne, z kolei, przenoszą chmury wokół globu ziemskiego. Drobne kropelki wody w chmurach łączą się ze sobą (w wyniku różnych procesów), powiększają swoją masę i w końcu, w postaci opadu spadają na ziemię.

Opadem może być śnieg, który gromadząc się na powierzchni Ziemi z czasem przekształca się w pokrywę lodową i lodowce. Te ostatnie mogą zatrzymać zamrożoną wodę na tysiące lat. W cieplejszym klimacie pokrywa śnieżna zwykle wiosną roztapia się. Część wód opadowych i roztopowych spływa po powierzchni ziemi, tworząc odpływ powierzchniowy. Dociera do rzek i jako przepływ rzeczny podąża w stronę oceanu. Woda spływająca po powierzchni lub przesiąkająca w głąb zasila jeziora słodkiej wody. Znaczna część wody przesiąka, infiltruje do gruntu. Woda utrzymująca się stosunkowo blisko jego powierzchni tworzy odpływ gruntowy, zasilający wody powierzchniowe (i ocean). Część wód gruntowych znajduje ujście na powierzchni Ziemi, gdzie pojawia się w postaci źródeł słodkiej wody. Płytkie wody gruntowe wykorzystywane są przez system korzeniowy roślin. W roślinach woda transpirowana jest przez powierzchnię liści i z powrotem przedostaje się do atmosfery. Część wody infiltrującej do gruntu przesiąka głębiej, zasilając warstwy wodonośne (nasycone wodą warstwy gruntu), które magazynują ogromną ilość słodkiej wody przez długi czas. Jednak po jakimś czasie woda ta dotrze do oceanu, gdzie cykl obiegu wody "kończy się"... och nie — gdzie się "rozpoczyna".

W procesie obiegu wody w przyrodzie można wyróżnić duży obieg wody (pomiędzy oceanami, atmosferą i kontynentami) oraz obieg mały (pomiędzy oceanami i atmosferą lub pomiędzy lądem i atmosferą). W obiegu wody można wyróżnić trzy ogniwa: atmosferyczne (plansza 4.) powierzchniowe (plansza 5.) oraz glebowe (plansza 6.). Pomiędzy nimi istnieją powiązania przez procesy przepływu wody: parowanie, kondensację, opady, przesiąkanie, spływ powierzchniowy, spływ gruntowy, podsiąk i retencję.

Duży (C), mały (B) i mikroobieg wody w przyrodzie
ogniwa obiegu wody w przyrodzie
Trzy ogniwa obiegu wody w przyrodzie

Ocean jako magazyn wody

Cała woda, występująca na powierzchni ziemi, przenikająca jej skorupę i stanowiąca domieszkę atmosfery nazywa się hydrosferą. Ogólna objętość hydrosfery wynosi około 1,4·109 km3. Z tego 96,5% stanowią wody oceanu światowego. Szacuje się również, że oceany w około 90% zasilają proces parowania. Zaledwie 2,5% - 35mln km3 stanowią wody słodkie, z czego ponad 2/3 uwięzione jest w lodowcach, stałej pokrywie śnieżnej i w wiecznej zmarzlinie (patrz plansza 5.).

Oceany w ruchu

W oceanach występują prądy, które przemieszczają masy wody wokół Ziemi. Ruchy te mają ogromny wpływ na cykl hydrologiczny i pogodę na Ziemi. Prąd Zatokowy (Golfstrom), dobrze znany ciepły prąd atlantycki, przemieszcza wodę z Zatoki Meksykańskiej, poprzez Atlantyk, w kierunku Wielkiej Brytanii. Dzięki temu Europa Płn. jest znacznie cieplejsza od obszarów położonych w podobnych szerokościach geograficznych w Ameryce Północnej i na wybrzeżach Pacyfiku.

Parowanie siłą napędową obiegu wody

Parowanie jest procesem powszechnie zachodzącym w przyrodzie, polegającym na przejściu wody ze stanu ciekłego w stan gazowy. Jest to najważniejszy etap cyklu hydrologicznego, kiedy to woda pojawia się w atmosferze w postaci pary wodnej. Do procesu parowania w przyrodzie niezbędna jest energia, pozwalająca cząsteczkom wody pokonać siły przyciągania molekularnego i „wyrwać się” z fazy ciekłej — dlatego też woda łatwo paruje podczas gotowania (w temperaturze 100°C) i zdecydowanie wolniej w temperaturze bliskiej zamarzaniu. Gdy wilgotność względna powietrza wynosi 100%, to parowanie jest równe skraplaniu i nie obserwujemy ubytku fazy ciekłej wody.

Energia potrzebna na parowanie dopływa do powierzchni parującej albo w postaci promieniowania słonecznego, albo z otoczenia, które jest cieplejsze od powierzchni parującej, albo jako ciepło  zgromadzone wewnątrz obiektu parującego. Dlatego, kiedy wychodzimy po kąpieli z jeziora, nawet gdy powietrze jest bardzo ciepłe, czujemy zimno, bo parująca z powierzchni naszego ciała woda pobiera z niego ciepło. Parowanie z oceanów jest podstawowym sposobem przedostawania się wody do atmosfery. Wielkie powierzchnie oceanów (około 70% powierzchni Ziemi pokrywają oceany) stwarzają ogromne możliwości parowania. W skali globalnej objętość parującej wody jest tego samego rzędu co objętość wody docierającej do powierzchni Ziemi z opadami. Chociaż, trzeba zauważyć, że wygląda to różnie w różnych regionach geograficznych. Nad oceanami parowanie jest zdecydowanie większe niż opady, podczas gdy nad lądami opady przewyższają parowanie. Większość wody parującej z oceanów wraca do nich z opadami. Tylko około 10% objętości wody parującej z oceanów przenoszona jest nad lądy aby tam spaść z opadem.

Pamiętać jednak musimy o fakcie istnienia procesu przeciwnego do parowania czyli kondensacji (powrotu cząsteczek wody z fazy gazowej do fazy ciekłej). Jest to ważny element cyklu hydrologicznego, gdyż dzięki niemu powstają chmury. W chmurach mogą się tworzyć opady, które są głównym sposobem powrotu wody na Ziemię.

Dzięki kondensacji tworzą się mgły. Kondensacja sprawia, że dni są wilgotne, że na wychłodzonej szklance z napojem pojawiają się kropelki wody, że w chłodne dni okna w naszych domach pokrywają się od wewnątrz warstewką wody.

Nawet w bezchmurny dzień woda pod postacią pary stale jest obecna w powietrzu, ale kropelki są zbyt małe aby je dostrzec. Molekuły wody łącząc się z drobinami kurzu, soli i dymu tworzą większe kropelki — w efekcie na niebie pojawiają się chmury. Jeśli  kropelki wody w chmurach nadal będą się łączyć, chmury będą się rozbudowywać i może pojawić się opad (patrz plansza 4.).

Chmury przepływające nad naszymi głowami zawierają parę wodną. Kropelki wody w chmurach są jednak zbyt małe aby mogły spaść na Ziemię w postaci deszczu ale dostatecznie duże aby je dostrzec jako chmury. W powietrzu nieustannie przebiega proces parowania i kondensacji wody. Jeśli znaleźlibyśmy się bardzo blisko chmury moglibyśmy dostrzec, że pewne jej części znikają (w procesie parowania) a inne rozbudowują się (w procesie kondensacji). Przeważająca część wody skondensowanej w chmurach nie spada na Ziemię w postaci deszczu za sprawą prądów pionowych utrzymujących małe kropelki wody w powietrzu.

Pogoda
Odwiedź Łysy Młyn!
Wirtualna wycieczka po Łysym Młynie