Co je to hydrologický cyklus?

Koloběh vody, nebo hydrologický cyklus, odkazuje na nepřetržitý oběh vody uvnitř hydrosféry Země. Voda přechází do a z různých nádrží na, nad a pod povrchem Země a v procesu se transformuje do různých fází pevné látky (ledu), kapaliny (vody) a plynu (páry) s celkovou hmotností vody zůstávají poměrně konstantní. Fyzikální procesy odpařování, kondenzace, sublimace, srážení, transpirace a odtoku jsou zodpovědné za udržování koloběhu vody. Tepelná energie je také vyměňována během cyklu, přičemž tento sklad a uvolňování tepla ovlivňující klima po celém světě. Cyklus vody je velmi důležitý pro udržení života na Zemi, neboť doplňuje světové sladkovodní zdroje a zmírňuje extrémy v podnebí.

Fyzikální procesy zahrnuté ve vodním cyklu

V koordinaci působí různé fyzikální procesy, které udržují vodní cyklus aktivní ve všech časových bodech. Odpařování zahrnuje odpařování vody z kapalné fáze, spouštěné zdrojem tepelné energie ze slunečního záření. Odpařování může být také rozšířeno o transpirace, proces ztráty vody z listů rostlin a pot, což je podobná ztráta vody u zvířat za podmínek tepelného stresu. 90% atmosférické vody je přispěno odpařováním a 10% transpirací z rostlin. Kondenzace a protékání se týká přeměny odpařených vodních par na kapky kapalné vody suspendované ve vzduchu jako mraky nebo mlha a pohyby takové kondenzované atmosférické vody mezi oceánem a pevninou. Kondenzovaná voda se dostává k povrchu země a oceánu procesem srážení. Některé srážky jsou vystaveny zachycení baldachýnu, kde vegetace na zemi absorbuje vodu předtím, než dosáhne země. Voda, která se dostane do země, je vystavena odtoku (nebo roztátím vody v případě sněhu) a pohybuje se po zemi směrem k oceánům ve formě řek, které vypouštějí do moří. V procesu se voda také odpařuje, prosakuje v podzemí (v procesu známém jako infiltrace, kde se voda shromažďuje v půdě nebo ještě hlouběji v podzemních zvodnělých vrstvách) nebo je extrahována kořenovými systémy rostlin nebo jinými prostředky. Podzemní tok vody se vyskytuje pod zemí, a dokonce i to může skončit v oceánech nebo na povrchu půdy přes prameny. Malé množství sublimace, zahrnující přímou přeměnu pevného ledu na vodní páru, je také pozorováno v přírodě.

Vodní nádrže a rezidenční časy

Vodní nádrže představují oblast, kde je část vody účastnící se vodního cyklu uložena po určitou dobu. Oceány jsou největší vodní nádrže na planetě, uchovávají téměř 97% vod hydrosféry, zatímco ledovce a ledovce uchovávají další 2%. Podzemní vodní nádrže, řeky, jezera, rybníky a potoky uchovávají také malá procenta celkové vody hydrosféry, zatímco obsah vody v živých organismech představuje nejmenší ze všech nádrží. Dalším důležitým pojmem spojeným s vodním cyklem je "doba pobytu", která je vyjádřena následujícím matematickým vzorcem:

Doba zdržení = objem nádrže / (Rychlost vody se přidává do nádrže nebo opouští nádrž)

Doba zdržení tedy představuje průměrnou dobu, kterou molekula vody stráví v nádrži, a může být vyjádřena buď pozitivně nebo negativně v závislosti na tom, zda nádrž vykazuje čisté ztráty nebo čisté zisky vody. Například, podzemní voda může bydlet pro 10, 000 roků pod povrchem Země předtím, než opustí podzemní nádrž, zatímco atmosferická voda existuje pro maximálně 10 dnů v atmosféře před srážením jako déšť nebo sníh.

Význam vodního cyklu a dopadu lidské činnosti

Globální klimatické změny jsou ovlivněny a velmi citlivé na změny ve vzorcích vodního cyklu, protože cyklus umožňuje výměnu tepla a vlhkosti mezi pevninami a vodními útvary. Odpařování vody vede k ochlazování životního prostředí, zatímco kondenzace ohřívá prostředí uvolňováním tepelné energie. Fyzická geografie Země je také silně ovlivněna vodním cyklem, protože rozpad ledovců a odtoku z řek vyřezává údolí, štíty, kaňony, jezera a další landformy viděné na Zemi. V poslední době se vodní cyklus planety zintenzivnil a rychlost odpařování a srážení se značně zvýšila. Lidská činnost, jako je přehrada řek a potoků, těžba povrchových a podzemních vod pro zavlažování a jiné účely a rozsáhlé odlesňování, nepříznivě ovlivnily fungování koloběhu zemské vody. Globální oteplování dále ovlivnilo hydrosféru tím, že spustilo tavení polárních ledových čepic, které nyní ztrácejí více vody odpařováním, táním sněhu a odtokem než získávají vodu srážkami. Tím hrozí zvýšení hladiny vody v oceánech a povodňových pobřežních městech po celém světě.