Obieg wody w przyrodzie

Woda występująca w przyrodzie  jest w  nieustannym ruchu od miliardów lat, co zapewnia  życie na Ziemi. W czasie przemieszczania się  pomiędzy wodami atmosferycznymi, powierzchniowymi i  podziemnymi, cząsteczki wody podlegają ciągłym przemianom fazowym, zmieniając kilkakrotnie stany skupienia: gazowy,ciekły i stały. Krążenie  wody między atmosferą, hydrosferą i litosferą, zachodzące  na skutek wpływu Słońca, siły grawitacyjnej i ruchu Ziemi, nazywamy obiegiem wody tzw. cyklem hydrologicznym. Hydrosfera to tzw „wodna powłoka”, skupia  wszystkie wody na Ziemi zgromadzone w morzach, oceanach, jeziorach, rzekach, bagnach, pokrywie śnieżnej, lodowcach i zbiornikach wód podziemnych. Ruch i przemiany cząsteczek wody  zachodzą w obszarze szesnastokilometrowej grubości warstwie atmosfery oraz 800-metrowej warstwie skorupy ziemskiej.

W skrócie obieg wody  przebiega następującymi etapami:

–                 parowanie

–                 kondensacja pary wodnej

–                 opady

–                 przesiąkanie

–                 spływ do powierzchni ziemi i gruntu

–                 spływ strumieni, rzek i wód gruntowych do jezior i mórz

–                 ponowne parowanie

Obieg wody w przyrodzie

Głównym czynnikiem sprawczym  krążenia wody jest energia Słońca, którego ciepło  powoduje parowanie  wody w stanie ciekłym z powierzchni zbiorników wodnych . Zjawisko to dotyczy oceanów, mórz, rzek, jezior, sztucznych zbiorników. Parują także  rośliny lądowe w procesie transpiracji, jak  i gleba. Nawet, choć w małym stopniu, paruje woda z organizmów ludzkich i zwierzęcych. Żródłem pary wodnej jest też lód i śnieg, dzięki sublimacji ( przechodzenie ciała stałego w stan gazowy z pominięciem fazy ciekłej ) Możemy to  zaobserwować np. wiosną , kiedy pod wpływem dużej energii cieplnej Słońca   płatki śniegu szybko znikają, mimo że nie widzimy, by śnieg się topił. Jednak głównym źródłem tzw. wody atmosferycznej są morza i oceany, które zajmują ok 70% powierzchni Ziemi. Rocznie z ogromnej powierzchni oceanów paruje   ok. 6 razy więcej wody niż z obszarów lądowych.

Powstałe cząsteczki pary wodnej unoszone są  przez pionowe ruchy ogrzanego powietrza.  Przemiany faz wody w atmosferze zależne są od spadku temperatury. Na pewnej wysokości nad Ziemią w wyniku ochładzania się powietrza i w warunkach nasycenia parą wodną, dochodzi do kondensacji (skraplania)  tzn. przemiany  stanu gazowego wody w ciekły. W efekcie tworzą się chmury. Czasteczki pary wodnej skraplają się na tzw. jądrach kondensacji tzn.  mikroskopijnych rozmiarów stałych cząstkach. Na nich osiadają  produkty kondensacji w postaci kropelek wody lub kryształki lodu powstałe w wyniku resublimacji ( przemiany pary wodnej w ciało stałe z pominięciem fazy ciekłej). W wyższych częściach atmosfery skondensowana para wodna tworzy chmury, w  niższych,  nisko nad ziemią, powstaje mgła, natomiast  na powierzchni ziemi lub przedmiotach, osady np. rosa, szadź czy szron.

Cyrkulacja powietrza przenosi parę wodną i wodę zgromadzoną w chmurach nad lądy.

Gdy temperatura dostatecznie obniży się, krople wody rozrastają się i pod wpływem siły ciężkości spadają z chmur  na ziemię w postaci różnych opadów: deszczu, śniegu, krupy, gradu. Większość opadów, bo 80% z ogólnej sumy, trafia do mórz i oceanów, a tylko 20% na kontynenty. Ilość opadów na Ziemi zależy od wielu czynników: odległości od mórz i i oceanów – wraz z nią spada  wilgotność powietrza, a to pociąga za sobą zmniejszenie ilości opadów, oraz od wysokości nad poziomem morza.

Woda, która trafia na kontynenty, częściowo wyparowuje z powierzchni lądów z powrotem do atmosfery, część wychwytują rosliny (na skutek transpiracji wraca ponownie do atmosfery). Większość wód opadowych   spływa jednak w postaci potoków i rzek do morza -dając odpływ powierzchniowy lub   wsiąka ( infiltruje) do gruntu i zasila podziemne wody (gruntowe) dając odplyw gruntowy do  zbiorników wodnych: źródła, rzeki, jeziora i morza. Wody powierzchniowe i podziemne kierują się do oceanów zamykajac cykl. Część wód opadowych w postaci śniegu, lodu i lodowców jest zatrzymywana ( retencjonowana) na powierzchni lądów i wyłączana z obiegu na dłuższy lub krótszy okres czasu. Po stopnieniu, wody te wracają również do mórz.

Pełny, zamknięty cykl krążenia wody, pomiędzy oceanem, atmosferą i lądem obejmujący wszystkie przemiany wody nazywamy dużym obiegiem ( w skali całego globu) natomiast krążenie wody, które obejmuje tylko parowanie i opad i zachodzi  pomiędzy atmosferą i lądem lub atmosferą i oceanem- małym obiegiem wody ( w skali lokalnej).

Duży obieg  składa się z:

✗     fazy atmosferycznej:

parowanie, przenoszenie pary wodnej w atmosferze i jej kondensację.

✗     fazy kontynentalnej(lądowej):

opad atmosferyczny, odpływ powierzchniowy, wsiąkanie, odpływ podziemny i różne formy retencji (zatrzymywania) wody.

Wody w swojej ogólnej masie, w  cyklu hydrologicznym są niezmienne. Każdego roku w dużym obiegu krąży zaledwie 0,04% wszystkich zapasów wodnych hydrosfery. Z tego większość, bo 80% wód  uczestnicy w małym obiegu ocean-atmosfera, a zaledwie 20% w małym obiegu między atmosferą a lądem. Liczbowym wyrazem cyklu hydrologicznego jest bilans wodny. Dla całego globu  jest on zrównoważony:  występuje  równowaga pomiędzy parowaniem a opadami atmosferycznymi. Ogólnie na lądzie w obiegu wody przeważają opady atmosferyczne nad parowaniem, a nadwyżka zasila początkowo glebę, rośliny, rzeki i zbiorniki wód powierzchniowych i podziemnych, aby następnie, spłynąć do mórz i oceanów. Natomiast nad oceanami sytuacja wygląda odwrotnie, przeważa parowanie, a niedobór wody uzupełniany jest dopływem z lądów.

Na lądzie też są obszary, gdzie wysoka temperatura powoduje intensywne parowanie, które przeważa nad opadami. Są to obszary z niedoborami wody: pustynie, sawanny, stepy, pólpustynie.

Rozważając czas wymiany  cząsteczki wody w obiegu, to w atmosferze wymienia się ona najszybciej, co 8 dni, w rzekach- średnio co dwa tygodnie,  w glebie-  nawet do roku. Natomiast w lodowcach  wymiana ta  trwałaby zdecydowanie dłużej, średnio ok 8000 lat, a wodach podziemnych – do 5000 lat.

Człowiek poprzez swoją działalność w coraz większym stopniu wpływa na naturalny obieg wody. Wskutek tego obniża się poziom wód podziemnych, zmniejsza się powierzchnia terenów o właściwościach retencyjnych, to znaczy zdolnych do zatrzymywania wody, wody atmosferyczne, powierzchniowe a nawet gruntowe  ulegają zanieczyszczeniu, zmniejsza sie ilość dostępnej wody pitnej. Mimo, że obieg wody gwarantuje zachowanie stałej jej ilości, jednak należy pamiętać, że zasoby dostępnej  wody pitnej zmniejszają się. Przyczyn takiego stanu rzeczy jest wiele: zanieczyszczone źródła,  topnienie lodowców stanowiących ok. 70% zasobów wody pitnej, wzrost urbanizacji i rozwój przemysłu powodujące większe zużycie wody  niż możliwość uzupełnienia jej zasobów w wyniku naturalnych procesów. Każdy z nas może mieć swój wkład w oszczędzanie tego życiodajnego płynu.

Opracowano na podstawie:

Elżbieta Bajkiewicz-Grabowska, Zdzisław Mikulski „Hydrologia ogólna”

Praca zbiorowa,Pracownia Dydaktyki Fizyki Instytutu Fizyki UMK „Prawie wszystko o wodzie”

Paweł Żukowski”Degradacja Hydrosfery”