PODSTAWY TEORII METEOROLOGII

TEMAT:   Cyrkulacja wody w przyrodzie.

Temat powiązany jest z: woda w atmosferze, powstawanie chmur, wilgotność powietrza, 
                                  opady atmosferyczne

WARTO RÓWNIEŻ PRZECZYTAĆ I ZOBACZYĆ

         Woda jest źródłem życia na Ziemi, jednak jej rozmieszczenie na powierzchni Ziemi jest bardzo zróżnicowane. W jednym miejscu jest dostatek wody, w innym jej brak. Cyrkulacja wody (krążenie wody, obieg wody) w przyrodzie to ustawiczne przemieszczanie się wody przy równoczesnej zmianie stanu skupienia - wody powierzchniowe wyparowują, chmury dają opad, deszcz przenika glebę, itd.


   Wyróżniono dwa typy cyrkulacji wody w przyrodzie:

• małym obiegiem nazywa się obieg wywołany parowaniem i sublimacją, przenoszeniem pary wodnej wraz z powietrzem, opadem i osadem atmosferycznym, powierzchniowym spływem wody i podziemnym jej krążeniem,
• obiegiem wielkim (geologicznym) nazywa się przechodzenie wody z postaci krążącej (wadozowej) w wodę związaną w litosferze (krystalizacyjną, chemicznie związaną w minerałach) i ponowny jej powrót do obiegu małego w procesach metamorfozy.

   Niniejsze opracowanie dotyczy obiegu małego.

   Bilans hydrologiczny Ziemi

         Woda pokrywa 70% powierzchni Ziemi, ale trudno jest pojąć całkowitą ilość wody, jeżeli "widzi się" tylko niewielką jej część. Poniższy diagram ilustruje objętość wody zgromadzonej na lądzie, w oceanach i w atmosferze. Strzałki wskazują roczną wymianę wody pomiędzy tymi "magazynami" wody:

         Wody występujące na Ziemi nazywane są hydrosferą, jej objętość przekracza 1,4 mld km³.
Zdecydowana większość, bo aż 97,5 % objętości hydrosfery, to wody oceanów, na lądach procent ten wynosi 2,4 %, zaś w atmosferze poniżej 0,001 %, co może dziwić gdyż woda w atmosferze pełni niezwykle ważną rolę. Roczne opady na Ziemi, to zaledwie 1/30 objętości wody jaką atmosfera jest w stanie przechować.

   Parowanie (ang. evaporation)

         to proces, w którym woda w stanie ciekłym przechodzi w stan gazowy - parę wodną.

         Woda przenoszona jest do atmosfery właśnie w procesie parowania. W przybliżeniu 80 % wyparowanej wody pochodzi z oceanów, a pozostałe 20 % z wód lądowych i roślinności. Wiatr przenosi parę wodną zawartą w atmosferze na duże odległości co powoduje zwiększenie wilgotności powietrza. Przykładowo, ciepły i parny letni dzień gdzieś na zachodzie Portugalii jest najczęściej spowodowany wiatrami wiejącymi znad Oceanu Atlantyckiego.

   Kondensacja (ang. condensation)

         to proces, w którym woda w stanie gazowym (para wodna) przechodzi w stan ciekły.

         Do kondensacji zwykle dochodzi kiedy ciepłe powietrze unosi się, ochładza i traci swoją zdolność do "utrzymania" pary wodnej w nim zawartej. W rezultacie, nadmiar pary wodnej ulega kondensacji i powstają kropelki wody tworzące chmurę. Pionowy ruch powietrza powodujący powstawanie chmur może być spowodowany przez konwekcję w równowadze chwiejnej atmosfery, konwergencję w połączeniu z cyklonem, wnoszenie powietrza przez fronty lub wznoszenie powietrza spowodowane topografią terenu.

   Transport (ang. transport)

         Pod pojęciem transportu rozumie się proces przenoszenia wody w atmosferze, w szczególności przenoszenia wody znad oceanów nad lądy.
         Część z tego transportu widoczna jest w postaci chmur (zawierającym drobne kropelki wody lub kryształki lodu), które są przenoszone przez wiatr na znaczne odległości. Chmury przenoszą tylko część wody zawartej w atmosferze - typowa chmura o grubości jednego kilometra, zawiera zaledwie tyle wody co na jeden milimetr opadu deszczu, podczas gdy wilgotność w powietrzu jest 10 - 50 razy większa.

         Większość wody jest przenoszona w postaci pary wodnej, która jest obecnie trzecim pod względem objętości gazem w atmosferze. Para wodna może być nie widoczna dla nas, ale satelity wykrywają jej obecność bezbłędnie, dlatego też używa się ich do wykrywania wilgotności w atmosferze. Poniższe zdjęcie wykonane przez satelitę wizualizuje zawartość wody w atmosferze.

         Jasne plamy wskazują na wysoką zawartość wilgoci w atmosferze, często są to chmury, choć nie można zgodzić się ze stwierdzeniem, że w wilgotnym powietrzu zawsze tworzą się chmury. Ciemne obszary wskazują na relatywnie suchsze powietrze.

   Opady (ang. precipitation)

         Opad to podstawowy mechanizm transportujący wodę z atmosfery na powierzchnię ziemi. Można wyróżnić kilka rodzajów opadów, ale najczęściej występujący w naszym obszarze geograficznym to deszcz, ponadto spotkać możemy opady gradu, śniegu, deszczu ze śniegiem i marznącego deszczu. Opady takie najczęściej "produkuje" ekstratropikalny cyklon.
Natężenie opadów jest bardzo zróżnicowane - pustynie otrzymują rocznie średnio mniej niż cal opadu, podczas gdy w lasach tropikalnych średni roczny opad często przewyższa 100 cali.
Natężenie opadów jest również zmienne pod względem czasu. W 1988 roku zachodnie Stany Zjednoczone nawiedziła intensywna susza powodująca zniszczenia w rolnictwie. Pięć lat później ten sam obszar nawiedziła powódź również powodująca nieocenione zniszczenia w rolnictwie.

   Wody podziemne (ang. groundwater)

         Wody podziemne powstają z wody, która przeniknęła do wnętrza gleby i znajduje się w jednej z dwóch warstw gleby, noszących miano stref.
         Najwyżej powierzchni gruntu znajduje się strefa nawietrzona (s. aeracji), jest to strefa, w której woda nie zajmuje wszystkich przestworków i szczelin, ale część z nich wypełnia powietrze.
Poniżej tej strefy znajduje się strefa nasycona (s. zawodniona, s. saturacji) - tutaj wszelkie przestworki i szczeliny są wypełnione wodą.
         Granica pomiędzy tymi warstwami to zwierciadło wody podziemnej. Po długotrwałych intensywnych opadach zwierciadło wody podnosi się. Kiedy gleba poniżej powierzchni ziemi jest przesączona może dojść do powodzi, gdyż nie przyjmuje już więcej wody, która pozostaje na powierzchni ziemi.
         Zdolność gruntu do wchłonięcia i zatrzymania w sobie określonej ilości wody to nasiąkliwość, która jest różna dla różnych rodzajów gruntu; szczególnie dużą nasiąkliwością odznaczają się skały ilaste. Monitorowanie nasiąkliwości gruntu jest bardzo ważne dla hydrologów, gdyż określa prawdopodobieństwo wystąpienia powodzi.

   Transpiracja (ang. transpiration)

         Transpiracja to odparowanie wody za pośrednictwem ciała organizmów, jej parowanie z powierzchni liści roślin.

          Rośliny czerpią wodę korzeniami z pod powierzchni ziemi (korzenie kukurydzy mogą sięgać na głębokość 2,5 m, podczas gdy korzenie niektórych odmiany roślin pustynnych dochodzą do długości 20 m). Roślinność "pompuje" wodę z gleby i uwalnia ją do atmosfery w procesie parowania z liści.
W obiegu hydrologicznym na transpirację przypada 10% ogólnej ilości odparowanej wody.

   Powierzchniowy spływ wody (ang. runoff)

         Spływ to przemieszczanie się masy wody do mórz (oceanów) głównie rzekami (strumieniami).

   Cykl hydrologiczny (ang. Hydrologic Cycle)

         Obieg wody w przyrodzie zaczyna się parowaniem powierzchni oceanów. Wilgotne unoszące się powietrze ochładza się i para wodna w nim zawarta ulega kondensacji - powstają chmury. Wilgoć zawarta przenoszona jest razem z chmurami i powraca na powierzchnię ziemi w postaci opadów. Część wody opadowej wyparowuje do atmosfery, część z niej wsiąka do gruntu tworząc wody podziemne. Wody podziemne albo przesiąkają do oceanów, rzek czy strumieni, albo wyparowują do atmosfery w procesie transpiracji. Pozostała ilość wody na powierzchni ziemi spływa do jezior, rzek i strumieni, a ostatecznie do oceanów gdzie cały obieg wody zaczyna się na nowo.

 
Stronę opracowano dzięki życzliwości i za zgodą autora :