چرخه آب چيست

چرخه آب، كه با نام چرخه‌ي هيدرولوژي نيز شناخته مي‌شود، وجود و حركت آب را در رو و زير زمين و بالاي سطح زمين نشان مي‌دهد. آب در زمين هميشه در حال حركت است و هميشه در حال تغيير شكل مي‌باشد، از مايع به بخار،‌به يخ و دوباره بازگشت به حالت اول. چرخه آب ميلياردها سال است كه در حال كار است و زندگي همه چيز روي زمين به آب بستگي دارد؛ زمين بدون آب غير قابل سكونت خواهد شد.

توده‌هاي هوا، ابرها را در اطراف زمين به حركت درمي‌آورند. قطعات ابر با يكديگر برخورد كرده، رشد مي‌كنند و به شكل بارش به سمت پايين مي‌آيند. قسمتي از اين بارش به شكل برف بر روي توده‌هاي برفي و يخچال‌ها تجمع مي‌يابند. برف در نقاط گرم‌تر ذوب شده و به شكل نهر جاري مي‌شود و تبديل به برفاب مي‌شوند. بارش‌ها بر روي سطح اقيانوس‌ها ريخته مي‌شوند و قسمت ديگري از آن نيز بر روي زمين مي‌بارند كه در اثر جاذبه روي سطح زمين جاري شده و تبديل به رواناب سطحي مي‌شوند.

بعضي از رواناب‌هاي سطحي وارد رودخانه‌ها شده و در نهايت به سمت اقيانوس‌ها حركت مي‌كنند؛ برخي ديگر نيز به صورت آب شيرين در درياچه‌ها و رودخانه‌ها تجمع پيدا مي‌كنند. تمام رواناب‌هاي بر روي سطح زمين جاري نمي‌شوند و قسمت زيادي از آنها به زير زمين فرو مي‌روند (نفوذ). بخشي از اين آب نفوذ يافته، به اعماق پايين‌تر رفته و آبخوان‌ها را تغذيه مي‌كنند (سنگ‌هاي زيرسطحي اشباع از آب) و حجم زيادي از آب شيرين را براي مدت‌هاي مديد نگهداري مي‌كنند.

بخشي از آب زيرزميني نيز نزديك به سطح زمين باقي مي‌ماند و مجدداً به شكل تراوش به بدنه‌هاي آبي (و اقيانوس‌ها) باز مي‌گردند و مانند تخليه آب زيرزميني عمل مي‌كنند. برخي ديگر نيز به صورت چشمه‌هاي آب شيرين از زير زمين بيرون مي‌آيند. در طول زمان، اين حجم آب در حال حركت است و هر از چند گاهي بخشي از آن به اقيانوس‌ها ختم مي‌يابند كه همان نقطه شروع است، و باز مجدداً اين مسير طي مي‌شود.

اجزاي چرخه آب
دفتر بررسي‌هاي زمين‌شناسي آمريكا ١٦ جزء براي چرخه آب يافته است:
• ذخيره آب در اقيانوس‌ها
• تبخير
• تصعيد
• تبخير و تعرق
• آب در اتمسفر
• ميعان
• بارش
• ذخيره آب در برف و يخ
• رواناب ناشي از برف به داخل نهرها
• رواناب سطحي
• جريان رودخانه‌
• ذخيره آب شيرين
• نفوذ
• ذخيره آب زيرزميني
• جريان آب زيرزميني
• چشمه‌ها
توزيع آب در دنيا
پيدا كنيد چه مقدار آب روي (و زير) زمين وجود دارد و در كجا هستند..

آب در اقيانوس‌ها
اقيانوس‌ها انبارهاي آب هستند.

در اقيانوس‌ها حجم زيادي از آب ”ذخيره شده“ براي مدت بسيار طولاني در چرخه آب در حال چرخش بوده‌است. تخمين زده مي‌شود كه از كل حجم آب دردنيا به ميزان ١،٣٨٦،٠٠٠،٠٠٠ كيلومتر مكعب، حجمي برابر با ١،٣٣٨،٠٠٠،٠٠٠ كيلومتر مكعب در اقيانوس‌ها ذخيره شده‌اند، يعني حدود ٥/٩٦ درصد از كل حجم آب در دنيا در اقيانوس‌ها مي‌باشد. همچنين تخمين زده مي‌شود كه حدود ٩٠ درصد از كل تبخير آب موجود در چرخه آب در جهان منشأيي به نام اقيانوس‌ها دارند. براي اينكه حجم‌هاي گفته شده را بتوانيد تجسم كنيد بايد گفت كه حجم اتاق خواب شما حدوداً فقط ٣٦ مترمكعب (٠٠٠٠٠٠٠٣٦/٠ كيلومتر مكعب) مي‌باشد.

در طي دوره‌هاي سردتر آب و هوايي در كره زمين، توده‌‌هاي يخي و يخچال‌هاي طبيعي افزايش مي‌يابند، بنابراين بخش بزرگ‌تري از آب موجود در چرخه آب تبديل به يخ شده و بخش مايع آن (كه همان آب مي‌باشد) كاهش مي‌يابد. برعكس اين اتفاق در سالها و دوره‌هاي گرم‌تر حادث مي‌شود. در طي آخرين دوره يخي حدود يك سوم كره زمين پوشيده از يخ شد و در نتيجه اقيانوس‌ها ١٢٢ متر پائين ‌تر از سطح فعلي بودند. حدود ٣ ميليون سال قبل، وقتي كه كره زمين گرم‌تر شد، اقيانوس‌ها ٥٠ متر بالاتر آمدند.

اقيانوس‌ها در حال حركتند
جريان‌هايي در اقيانوس‌ها وجود دارد كه اين حجم عظيم از آب را دور كره‌ي زمين به حركت وامي‌دارد. اين حركت تأثير بزرگي بر روي چرخه‌ي آب و روي آب و هوا دارد. گلف استريم كه جريان معروف آب گرم در اقيانوس آتلانتيك است، از خليج مكزيكو تمام عرض اقيانوس را طي كرده تا به بريتانياي كبير برسد. با سرعت ٩٧ كيلومتر در روز، گلف استريم ١٠٠ برابر حجم تمام آب رودخانه‌هاي جهان را در بر دارد. به دليل اين‌كه اين جريان، آب گرم است، در وضعيت آب و هوايي نقاط مختلفي از زمين به خصوص در غرب انگلستان، تأثيرات فراواني دارد.

تبخير: تبديل آب از مايع به بخار
تبخير و چگونگي وقوع آن

تبخير پديده‌اي است كه آب از مايع تبديل به بخار مي‌شود. تبخير اولين راه بازگشت آب مايع به چرخه آب به شكل بخار آب در اتمسفر مي‌باشد. مطالعات نشان داده است كه تبخير از اقيانوس‌ها، درياها، درياچه‌ها و رودخانه‌ها نزديك به ٩٠ درصد رطوبت اتمسفرمان را تشكيل مي‌دهند و ١٠ درصد باقي‌مانده از تعرق گياهان مي‌باشد.

گرما (انرژي) براي انجام تبخير لازم است. براي شكسته شدن پيوند‌هاي بين مولكولي در آب نياز به صرف انرژي است، بنابراين دليل تبخير آسان آب در دماي ١٠٠ درجه سلسيوس و تبخير بسيار كم در دماي انجماد معلوم مي‌شود. وقتي كه رطوبت نسبي هوا ١٠٠ درصد است كه به آن وضعيت اشباع مي‌گويند، تبخير ديگر متوقف مي‌شود. فرآيند تبخير گرما را از محيط اطراف كسب مي‌كند و به همين دليل است كه هنگام تبخير از روي پوست،‌ شما احساس خنكي مي‌كنيد.

تبخير و چرخه‌ي آب
تبخير از اقيانوس‌ها، اولين راه رسيدن آب به اتمسفر مي‌باشد. سطح عظيم اقيانوس‌ها (بيش از ٧٠ درصد سطح كره‌ي زمين پوشيده از اقيانوس‌ها مي‌باشد) امكان تبخير در مقياس‌هاي بسيار بزرگ را فراهم نموده است. در مقياس جهاني، حجم آب تبخير شده از روي زمين، تقريباً برابر حجم آب بارش بر روي زمين است،

اما مكان جغرافيايي آن متفاوت است. در اقيانوس‌ها بيشتر تبخير و بر روي خشكي‌ها بيشتر بارندگي اتفاق مي‌افتد. بيشتر آب تبخير شده از سطح اقيانوس‌ها به شكل بارندگي به اقيانوس‌ها باز مي‌گردد و تنها ١٠ درصد آب تبخير شده به شكل بارش به سطح زمين انتقال مي‌يابد. بعد از تبخير، يك مولكول آب حدود ١٠ روز در هوا باقي مي‌ماند.

تصعيد: تبديل برف و يخ به بخار آب بدون عمل ذوب شدن

در چرخه‌ي آب، تصعيد عملي است كه در آن برف و يخ به بخار آب تبديل مي‌شوند، بدون اين‌كه اول به صورت مايع ذوب شوند. تصعيد راز ناپديد شدن برف نيز مي‌باشد.

عمل تصعيد را نمي‌توان به چشم ديد و يا حداقل براي يخ نمي‌توان اين ‌كار را انجام داد. راه مشاهده‌ي اثر تصعيد را مي‌توان در آويزان كردن يك لباس خيس در سرماي زير صفر ديد چون يخ روي لباس ناپديد مي‌شود. اما بهترين راه ديدن تصعيد، استفاده از يخ خشك (دي اكسيد كربن منجمد) مي‌باشد. اين ماده‌ي جامد در دماي منهاي ٥/٧٨ درجه‌ي سلسيوس تصعيد شده و تبديل به گاز مي‌شود. دودي كه شما در اين تصوير مي‌بينيد مخلوطي از هواي مرطوب سرد و گاز دي‌اكسيد كربن سرد مي‌باشد كه بر اثر تصعيد يخ خشك بوجود آمده است.

در هواي داراي رطوبت نسبي كم و باد خشك، تصعيد بهتر شكل مي‌گيرد. همچنين اين مسئله در ارتفاعات بالاتر، در جايي كه فشار هوا كمتر است اتفاق مي‌افتد. انرژي، كه در خورشيد مي‌باشد، نيز براي اين عمل لازم مي‌باشد. اگر قرار باشد بهترين جايي كه بر روي زمين تصعيد اتفاق مي‌افتد انتخاب شود، مي‌توان ضلع جنوبي كوه اورست را انتخاب كرد. درجه حرارت كم، بادهاي قوي، نور خورشيد متراكم، هواي با فشار بسيار كم، همگي محيط را براي تصعيد آماده مي‌سازند.

 

تبخير و تعرق: فرآيند تخليه‌ي بخار آب به اتمسفر از طريق تبخير از سطح خاك و تعرق از سطح گياهان مي‌باشد.

اگرچه برخي از تعريف‌هاي تبخير و تعرق شامل تبخير از سطح بدنه‌هاي آبي مانند درياها و يا حتي اقيانوس‌ها هستند، اما در اين نوشته تبخير و تعرق، حركت آب به اتمسفر از سطح زمين مي‌باشد. تبخير، همچنين از سطح لوله‌هاي موئين آب زيرزميني، تعرق آب زيرزميني از طريق ارسال آن از سطح آب زيرزميني به برگ‌هاي گياهان در اثر عمل فتوسنتز نيز مي‌باشد.

تعرق و برگ‌هاي گياهان

تعرق فرآيندي است كه گياهان رطوبت را از ريشه‌ها گرفته و به برگ‌ها مي‌رسانند تا از طريق منافذ كوچك روي برگ‌ها، آب به بخار تبديل ‌شده و به اتمسفر ‌رود. تعرق در ذات هر برگ گياه نهفته شده است. تخمين زده مي‌شود كه حدود ١٠ درصد از كل رطوبت اتمسفر به دليل تعرق گياهان مي‌باشد.

تعرق گياهان پديده‌ايي نامرئي است، چراكه شما نمي‌توانيد تنفس گياهان از طريق برگ‌هايشان را ببينيد. در طي فصل رويش، يك برگ بيش از وزن خود آب را تبخير مي‌كند، به عنوان مثال يك درخت بزرگ بلوط حدود ١٥١٠٠٠ ليتر در سال آب را تبخير مي‌كند (هر شيشه شير ١ ليتر است!).
عوامل اتمسفري مي‌توانند بر روي تعرق تأثير بگذارند

مقدار آبي كه توسط گياهان تعرق پيدا مي‌كند در زمان‌هاي مختلف و شرايط جغرافيايي مختلف، متفاوت مي‌باشد. فاكتورهايي كه مي‌توانند با آنها مقدار تعرق را تخمين زد، عبارتند از:
• درجه‌ي حرارت: تعرق با افزايش درجه‌ي حرارت، افزايش مي‌يابد، به خصوص در زمان فصل رشد وقتي كه هوا گرم‌تر مي‌شود و گياهان در حال رشد هستند.

• رطوبت نسبي: وقتي كه رطوبت نسبي در هواي اطراف گياهان افزايش مي‌يابد، مقدار تعرق گياهان كاهش مي‌يابد. تبخير آب در هواي خشك راحت‌تر صورت مي‌گيرد تا در هواي مرطوب.
• باد و جابجايي هوا: باد و جابجايي بيشتر هوا، باعث افزايش تعرق بيشتر مي‌شود.
• نوع گياهان: ميزان تعرق براي گياهان مختلف، متفاوت مي‌باشد. بعضي از گياهاني كه در مناطق گرم رشد مي‌كنند مانند كاكتوس‌ها، آب ارزشمند براي بقاي خود را بيشتر حفظ مي‌كنند و كمتر از گياهان ديگر تعرق مي‌كنند.