Какво е хидрологичен цикъл?

Водният цикъл, или хидроложкият цикъл, се отнася до непрекъснатото движение на вода в земната хидросфера. Водата се придвижва в и от различните резервоари на, над и под повърхността на Земята, и по този начин се превръща в различни фази на твърдо (лед), течна (вода) и газ (пара), с обща маса вода остава сравнително постоянна. Физическите процеси на изпаряване, кондензация, сублимация, утаяване, транспирация и отток са отговорни за поддържането на водния цикъл. Топлинната енергия също се обменя по време на цикъла, като този склад и освобождаване на топлина влияе на климата по целия свят. Водният цикъл е от решаващо значение за поддържането на живота на Земята, тъй като той попълва световните запаси от сладководни води и умерените крайности в климата.

Физически процеси, участващи във водния цикъл

Различни физични процеси действат в координация, за да поддържат водния цикъл активен във всички времеви моменти. Изпарението включва изпаряване на вода от течната фаза, задействана от източника на топлинна енергия от слънчевата радиация. Изпарението може да се разшири, за да включи транспирация, процес на загуба на вода от листата на растенията и изпотяване, което е подобна загуба на вода от животните при условия на топлинен стрес. 90% от атмосферната вода се допринася с изпаряване, а 10% чрез изпаряване от растенията. Кондензацията и адвекцията се отнася до превръщането на изпарените водни пари в течни водни капки, суспендирани във въздуха като облаци или мъгла, и движенията на такава кондензирана атмосферна вода между океана и сушата. Кондензираната вода достига до земната и океанска повърхност чрез процеса на валежите. Част от валежите се подлагат на прихващане на балдахин, при което растителността на сушата поглъща водата преди да достигне земята. Водата, която достига до земята, е подложена на отток (или стопяване на водата в случай на сняг) и се движи по суша към океаните под формата на реки, които се оттичат в моретата. При това водата също се изпарява, просмуква се под земята (в процес, известен като инфилтрация, където водата се събира в почвата или дори по-дълбоко в подземните водоносни хоризонти) или се извлича от кореновите системи на растенията или други средства. Подземният воден поток се появява под земята и дори това може да се окаже в океаните или на повърхността на сушата чрез извори. Малко количество сублимация, включващо директно превръщане на твърд лед във водна пара, също се наблюдава в природата.

Водни резервоари и време на пребиваване

Водните резервоари представляват регион, в който част от водата, участваща във водния цикъл, се съхранява за определен период от време. Океаните са най-големите водохранилища на планетата, които съхраняват близо 97% от водите на хидросферата, докато ледените шапки и ледниците съхраняват още 2%. Подземните водни резервоари, реки, езера, езера и потоци съхраняват малки проценти от общата вода на хидросферата, докато съдържанието на вода в живите организми представлява най-малкият от всички резервоари. Друг важен термин, свързан с водния цикъл, е "времето на пребиваване", което е представено със следната математическа формула:

Време на пребиваване = Обем на резервоара / (Скоростта на водата се добавя към резервоара или напуска резервоара)

По този начин времето на престой представлява средното време, което водната молекула прекарва в резервоара, и може да бъде изразена или положително или отрицателно в зависимост от това дали резервоарът изпитва нетни загуби или нетни печалби от вода. Например, подземните води могат да пребивават в продължение на 10 000 години под повърхността на Земята, преди да напуснат подземния резервоар, докато атмосферната вода съществува в продължение на максимум 10 дни в атмосферата преди да се утаи като дъжд или сняг.

Значение на водния цикъл и въздействието на човешките дейности

Глобалните климатични условия са засегнати и са изключително чувствителни към промените в моделите на водния цикъл, тъй като цикълът позволява обмяната на топлина и влага между земните маси и водните обекти. Изпаряването на водата води до охлаждане на околната среда, докато кондензацията затопля околната среда чрез отделяне на топлинна енергия. Физическата география на Земята също е силно повлияна от водния цикъл, тъй като разтопяването на ледниците и оттока от реките изкоренява долини, върхове, каньони, езера и други релефни форми, наблюдавани на Земята. Напоследък водният цикъл на планетата се засили, а скоростта на изпарение и валежите значително се увеличи. Човешките дейности, като забиването на реки и потоци, извличането на повърхностни и подземни води за напояване и други цели, както и обширната обезлесяване, са се отразили неблагоприятно върху функционирането на водния цикъл на земята. Глобалното затопляне допълнително е повлияло на хидросферата, като задейства топенето на полярните ледени шапки, които сега губят повече вода чрез изпарение, топене на сняг и оттичания, отколкото печелят вода чрез валежи. Това заплашва да повиши водните нива на океаните и да наводни крайбрежните градове по целия свят.