Κύκλος νερού:Στάδια, συνέπειες και συχνές ερωτήσεις

Κύκλος νερού

Τι είναι ο κύκλος του νερού; Ίσως γνωρίζετε τον ορισμό του κύκλου του νερού ως ένα απλό κυκλικό φαινόμενο της εξάτμισης, του παγώματος και της κατακρήμνισης. Χωρίς αμφιβολία, έτσι είναι εύκολο να γίνει κατανοητό, αλλά το θέμα είναι πολύ πιο περίπλοκο. Η επίδραση του κύκλου του νερού στα οικοσυστήματα της Γης είναι εξαιρετικά περίπλοκη και δεν είναι πλήρως κατανοητή. Η NOAA (Εθνική Διοίκηση Ωκεανών και Ατμόσφαιρας) εργάζεται για τη διεύρυνση της κατανόησης του ορισμού του κύκλου του νερού σε παγκόσμιο επίπεδο, με στόχο τη βελτίωση της ικανότητάς μας να προβλέψουμε τον καιρό, το κλίμα, τους υδάτινους πόρους και να αξιολογήσουμε την υγεία του οικοσυστήματος.

Στάδια του κύκλου του νερού

Πολλές διαδικασίες εμπλέκονται στην κίνηση του νερού εκτός από τα κύρια βήματα που δίνονται στο παραπάνω διάγραμμα κύκλου νερού. Ακολουθούν διαφορετικά βήματα του κύκλου του νερού:

Εξάτμιση :Ο ήλιος είναι η ύψιστη πηγή ενέργειας, που τροφοδοτεί το μεγαλύτερο μέρος της εξάτμισης που συμβαίνει στη Γη. Η εξάτμιση συμβαίνει συνήθως όταν τα μόρια του νερού στην επιφάνεια των υδάτινων σωμάτων διεγείρονται και ανεβαίνουν στον αέρα. Τα μόρια μεταφέρουν την υψηλότερη κινητική ενέργεια από τα νέφη υδρατμών. Η εξάτμιση συμβαίνει συνήθως κάτω από το σημείο βρασμού του νερού. Υπάρχει ένας άλλος μεταγραφικός κύκλος νερού που ονομάζεται εξατμισοδιαπνοή που λαμβάνει χώρα όταν η εξάτμιση συμβαίνει μέσω των φύλλων των φυτών. Αυτή η διαδικασία εκπέμπει ένα μεγάλο ποσοστό νερού στην ατμόσφαιρα.

Εξάχνωση :Η εξάχνωση συμβαίνει όταν ο πάγος ή το χιόνι μετατρέπονται απευθείας σε υδρατμούς χωρίς να εισέρχονται σε υγρή κατάσταση (μπορεί να φανεί στο παραπάνω διάγραμμα κύκλου νερού). Συνήθως συμβαίνει λόγω των ανέμων με λιγότερη περιεκτικότητα σε υγρασία και μειωμένη υγρασία. Η εξάχνωση παρατηρείται στις κορυφές των βουνών επειδή η πίεση της ατμόσφαιρας είναι εξαιρετικά χαμηλή. Η χαμηλή πίεση αέρα βοηθά το χιόνι να εξαχνωθεί σε υδρατμούς καθώς χρησιμοποιείται λιγότερη ενέργεια. Το σημείο εκκίνησης για την εξάχνωση στη Γη είναι τα στρώματα πάγου που καλύπτουν τους πόλους της.

Συμπύκνωση :Οι υδρατμοί που συγκεντρώνονται στην ατμόσφαιρα τελικά ψύχονται λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών που συναντώνται σε μεγάλα υψόμετρα. Αυτοί οι ατμοί μετατρέπονται σε μικροσκοπικά σταγονίδια νερού και πάγου, που τελικά αφομοιώνονται για να σχηματίσουν σύννεφα.

Υετό :Πάνω από τους μηδέν βαθμούς Κελσίου, οι ατμοί συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν σταγονίδια νερού. Ωστόσο, δεν μπορούν να συμπυκνωθούν απουσία σωματιδίων σκόνης ή άλλων ακαθαρσιών. Επομένως, οι υδρατμοί προσκολλώνται στην επιφάνεια αυτών των σωματιδίων. Όταν συνδυάζονται επαρκή σταγονίδια, πέφτουν από τα σύννεφα και στο έδαφος κάτω από μια διαδικασία που ονομάζεται βροχόπτωση ή βροχόπτωση. Σε εξαιρετικά κρύο καιρό ή σε συνθήκες ιδιαίτερα χαμηλής πίεσης αέρα, τα σταγονίδια νερού συμπυκνώνονται και πέφτουν ως χαλάζι ή χιόνι.

Διείσδυση :Το νερό της βροχής απορροφάται στο έδαφος μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται διείσδυση. Το επίπεδο απορρόφησης διαφέρει ανάλογα με την ουσία στην οποία έχει εισχωρήσει το νερό. Για παράδειγμα, τα πετρώματα διατηρούν σχετικά λιγότερο νερό από το έδαφος. Τα υπόγεια ύδατα είτε ακολουθούν ρυάκια είτε ποτάμια. Αλλά μερικές φορές, βυθίζεται πιο βαθιά, σχηματίζοντας υδροφορείς.

Απορροή :Εάν το νερό της βροχής δεν σχηματίζει υδροφόρους ορίζοντες, ακολουθεί την πορεία της βαρύτητας, συχνά ρέοντας κάτω από τα βουνά και τις πλαγιές των λόφων και τελικά σχηματίζοντας ποτάμια. Αυτό το φαινόμενο αναφέρεται ως απορροή. Σε περιοχές με χαμηλές θερμοκρασίες, σχηματίζονται παγάκια όταν η ποσότητα χιονόπτωσης είναι μεγαλύτερη και είναι πιο γρήγορη από τον βαθμό εξάτμισης ή εξάχνωσης. Τα μεγαλύτερα καλύμματα πάγου στη Γη βρίσκονται στους πόλους.

Όλα τα βήματα που αναφέρονται παραπάνω συμβαίνουν σε έναν κύκλο νερού μεταγραφής χωρίς ούτε ένα σταθερό σημείο έναρξης ούτε ολοκλήρωσης.

Υδρομετεωρολογία

Η υδρομετεωρολογία είναι ο κλάδος της μετεωρολογίας που ασχολείται με προβλήματα σχετικά με τον υδρολογικό κύκλο, τον προϋπολογισμό του νερού και τις στατιστικές βροχοπτώσεων των καταιγίδων. Τα όρια του κλάδου της υδρομετεωρολογίας δεν είναι διακριτά και τα προβλήματα της Υδρομετεωρολογίας συγχωνεύονται με εκείνα του κλιματολόγου, του φυσικού των νεφών, του υδρολόγου και του προγνώστη καιρού. Δίνεται ουσιαστική έμφαση στον θεωρητικό ή εμπειρικό προσδιορισμό των σχέσεων μεταξύ μετεωρολογικών παραγόντων και της μέγιστης βροχόπτωσης που φτάνει στο έδαφος.

Αυτά τα ευρήματα συχνά χρησιμεύουν ως βάση για το σχεδιασμό κατασκευών για τον έλεγχο των πλημμυρών και τη χρήση του νερού, ειδικά φράγματα και ταμιευτήρες. Άλλοι ρόλοι των υδρομετεωρολόγων περιλαμβάνουν την εκτίμηση των πιθανοτήτων βροχόπτωσης, τη χωροχρονική κατανομή της εξάτμισης και της βροχόπτωσης, το διάστημα επανάληψης των επακόλουθων καταιγίδων, το λιώσιμο του χιονιού και της απορροής και τις προβλέψιμες παλίρροιες και τα κύματα του ανέμου στις δεξαμενές. Ολόκληρος ο τομέας της ποιότητας και της παροχής νερού είναι υψίστης σημασίας στην Υδρομετεωρολογία.

Επιπτώσεις του Κύκλου του Νερού

Ο κύκλος του νερού έχει τεράστιο αντίκτυπο στο κλίμα της Γης. Για παράδειγμα, το φαινόμενο του θερμοκηπίου προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας. Χωρίς την επίδραση ψύξης της εξάτμισης του μεταγραφικού κύκλου του νερού στις θερμοκρασίες στη Γη, αυτές θα αυξάνονταν δραστικά.

Ο κύκλος του νερού είναι επίσης εγγενές μέρος άλλων φυσικών κύκλων στη Γη. Επηρεάζει όλες τις μορφές ζωής στη Γη και είναι επίσης γνωστό ότι καθαρίζει τον αέρα. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της βροχόπτωσης, οι υδρατμοί πρέπει να συνδεθούν με τα σωματίδια σκόνης, έτσι καθιστά τον αέρα καθαρό. Σε μολυσμένες περιοχές, οι σταγόνες της βροχής, εκτός από τη σκόνη, απορροφούν και υδατοδιαλυτά σωματίδια αερίου καθώς και σωματίδια ρύπων καθώς κατεβαίνουν από τον ουρανό. Οι σταγόνες βροχής προσκολλούν επίσης βιολογικά σωματίδια, όπως βακτήρια και θραύσματα βιομηχανικής σκόνης και σωματίδια καπνού στον εαυτό τους.

Ο κύκλος του νερού στη Γη

Το νερό είναι ζωτικής σημασίας για τη ζωή στη Γη. Στις τρεις φάσεις του — στερεό, υγρό και αέριο, συνδυάζει τις κύριες πτυχές του κλιματικού συστήματος της Γης, δηλαδή την ατμόσφαιρα, τα σύννεφα, τους ωκεανούς, τις λίμνες, τις καλλιέργειες, τα χιονισμένα βουνά και τους παγετώνες.

Τα βήματα του κύκλου του νερού αποκαλύπτουν τη συνεχή κίνηση του νερού μέσα στη Γη και την ατμόσφαιρά της. Είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα, που περιλαμβάνει ποικίλες διαδικασίες. Το νερό σε υγρή μορφή εξατμίζεται για να σχηματίσει υδρατμούς, συμπυκνώνεται σε σύννεφα και πέφτει πίσω στη Γη με τη μορφή βροχής ή χιονιού. Το νερό κινείται στην ατμόσφαιρα σε διάφορες φάσεις. Το υγρό νερό γλιστράει στη γη (απορροή), στη Γη (διήθηση και διήθηση) και στο έδαφος (υπόγεια ύδατα). Το υπόγειο νερό προσλαμβάνεται από τα φυτά και εξατμίζεται στην ατμόσφαιρα από τα φυτά. Ο πάγος και το χιόνι μπορούν να μετατραπούν απευθείας σε αέριο (εξάχνωση). Το αντίθετο μπορεί επίσης να συμβεί όταν οι υδρατμοί αλλάζουν σε στερεή μορφή (απόθεση).

Νερό, κοινωνία και οικολογία

Το νερό επηρεάζει την ένταση της μεταβλητότητας και της αλλαγής του κλίματος. Αποτελεί σημαντικό μέρος των ακραίων γεγονότων όπως η ξηρασία και οι πλημμύρες. Η έγκαιρη παράδοση και η αφθονία του είναι σημαντικά για την ικανοποίηση των απαιτήσεων της κοινωνίας και των οικοσυστημάτων.

Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν το νερό για πόσιμο, βιομηχανικές εφαρμογές, άρδευση καλλιεργειών, υδροηλεκτρική ενέργεια, διάθεση απορριμμάτων και αναψυχή. Οι πηγές νερού πρέπει να προστατεύονται τόσο για τη χρήση του ανθρώπου όσο και για την υγεία του οικοσυστήματος. Σε πολλές περιοχές, τα αποθέματα νερού εξαντλούνται λόγω της πληθυσμιακής αύξησης, της ρύπανσης και της ανάπτυξης. Αυτές οι τάσεις έχουν επιδεινωθεί από τις διακυμάνσεις του κλίματος και τις αλλαγές που επηρεάζουν τον υδρολογικό κύκλο.

Σχηματισμός δρόσου

Είναι η εναπόθεση σταγονιδίων νερού που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της νύχτας από την ψύξη των ατμών του νερού από την ατμόσφαιρα στις επιφάνειες των αντικειμένων που εκτίθενται ελεύθερα στην ατμόσφαιρα. Αναπτύσσεται σε καθαρές νύχτες όταν η ατμόσφαιρα είναι ήρεμη ή όταν ο αέρας είναι ελαφρύς. Εάν η θερμοκρασία στην επιφάνεια της Γης είναι χαμηλότερη από το σημείο πήξης του νερού, η απόθεση παίρνει τη μορφή παγετού.

Η δροσιά σχηματίζεται σε καθαρές νύχτες όπως σε τέτοιες νύχτες, οι επιφάνειες που είναι ελεύθερα εκτεθειμένες εκπέμπουν θερμότητα στον ουρανό μέσω της ακτινοβολίας. Εάν αυτή η απώλεια δεν εξισορροπηθεί με αποτελεσματική αγωγιμότητα θερμότητας από το εσωτερικό του αντικειμένου, η επιφάνεια θα κρυώσει. Τα περισσότερα αντικείμενα, όπως οι λεπίδες χόρτου, τα φύλλα και τα πέταλα, είναι πολύ πιο αποτελεσματικά καλοριφέρ από τον αέρα και, κατά συνέπεια, είναι γενικά πιο κρύα από τον αέρα τη νύχτα. Η ψυχρή επιφάνεια μειώνει τη θερμοκρασία του αέρα που βρίσκεται κοντά της και εάν ο αέρας φέρει επαρκή ατμοσφαιρική υγρασία, η θερμοκρασία του μπορεί να πέσει κάτω από το σημείο δρόσου. Μόλις συμβεί αυτό, οι υδρατμοί συμπυκνώνονται από τον αέρα στην επιφάνεια.

Συμπέρασμα

Η κλιματική αλλαγή επηρεάζει πού, πότε και πόσο νερό είναι προσβάσιμο. Ακραίες καιρικές συνθήκες και γεγονότα όπως ξηρασίες και έντονες βροχοπτώσεις, που αναμένεται να αυξηθούν καθώς οι κλιματικές αλλαγές, μπορούν να επηρεάσουν τους υδάτινους πόρους. Η έλλειψη επαρκούς παροχής νερού, οι πλημμύρες ή η υποβαθμισμένη ποιότητα του νερού επηρεάζουν τον πολιτισμό επί του παρόντος και το έχει κάνει σε όλη την ιστορία. Αυτές οι προκλήσεις μπορούν να επηρεάσουν την οικονομία, την παραγωγή και τη χρήση ενέργειας, την ανθρώπινη υγεία, τις μεταφορές, τη γεωργία, την εθνική ασφάλεια, τα φυσικά οικοσυστήματα και την αναψυχή.

Συχνές ερωτήσεις

1. Ποια είναι τα τέσσερα κύρια βήματα του κύκλου του νερού;

Τα τέσσερα κύρια βήματα του κύκλου του νερού είναι η εξάτμιση του νερού, η συμπύκνωση, η κατακρήμνιση και η συλλογή. Ο ήλιος εξατμίζει το νερό από τα υδατικά συστήματα και συμβάλλει στο σχηματισμό υδρατμών. Αυτοί οι υδρατμοί συσσωρεύονται στην ατμόσφαιρα με τη μορφή νεφών. Στη συνέχεια, αυτά συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν σταγονίδια νερού και όταν αρκετά σταγονίδια ενωθούν, πέφτουν από τα σύννεφα με τη μορφή βροχής.

2. Ποια είναι η σύγκριση μεταξύ εξάτμισης και συμπύκνωσης;

Η εξάτμιση είναι μια διαδικασία κατά την οποία το νερό μετατρέπεται σε υδρατμούς. Η συμπύκνωση είναι η αντίθετη διαδικασία κατά την οποία οι υδρατμοί μετατρέπονται σε μικροσκοπικές σταγόνες νερού.

4. Γιατί είναι σημαντικός ο κύκλος του νερού;

Ο ορισμός του κύκλου του νερού έχει τεράστια επίδραση στην κατανόηση του παγκόσμιου κλίματος. Είναι επίσης εγγενές μέρος άλλων βιογεωχημικών κύκλων. Επηρεάζει όλες τις διαδικασίες της ζωής στη Γη είτε άμεσα είτε έμμεσα.

5. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός σωματιδίου σύννεφου και ενός σωματιδίου κατακρήμνισης;

Η πιο σημαντική διαφορά μεταξύ της βροχόπτωσης και ενός θραύσματος σύννεφου είναι το μέγεθός του. Μια μέση σταγόνα βροχής έχει βάρος ίσο με σχεδόν ένα εκατομμύριο σταγονίδια σύννεφων. Λόγω του μεγάλου μεγέθους τους, τα σωματίδια της βροχόπτωσης έχουν αξιοσημείωτες ταχύτητες πτώσης και είναι σε θέση να ανέχονται την πτώση από το σύννεφο στο έδαφος.