Hidrološki cikel

Za uvod najprej odgovorimo na vprašanje, »Kaj je hidrološki cikel?«. Hidrološki cikel, poznan tudi kot vodni ali H2O cikel, oziroma manj strokovno-vodni krog, opisuje nenehno premikanje vode na, nad in pod površjem Zemlje. Vodo v tem ciklu opazimo v treh osnovnih agregatnih stanjih, in sicer v tekočem (oceani, reke, vodne kapljice…), trdnem (sneg, led…) in plinastem ( vodna para) stanju. Hidrološki cikel torej tudi opisuje premikanje vode v vseh agregatnih stanjih. Ta so odvisna od položaja, kjer se nahajamo. Tekoče in plinasto agregatni stanje tako rekoč najdemo povsod na Zemlji, medtem ko večina trdnega agregatnega stanja najdemo ne severnem in južnem polu.

Kateri so glavni »hranilniki« vode na Zemlji? To so svetovni oceani, kopno (h kateremu štejemo ledene mase, jezera, reke in talno vode), atmosfera in nazadnje tudi biosfera (življenje na Zemlji). V oceanih se nahaja približno 1350∙1015 m3 vode (kar znaša približno 97% vse vode), na kopnem približno 33,6∙1015 m3 (2,4%) in v atmosferi 0,013∙1015 m3 , kar je v primerjavi z oceani in kopnim skorajda zanemarljivo. Poglejmo si še podrobneje, kako je voda razporejena na kopnem. Največ jo je v ledenikih (25∙1015 m3 – 74%), nato kot talna voda (8,4∙1015 m3 - 25%) in kot reke in jezera (0,2∙1015 m3 - 1%).

Slika 1 Porazdelitev vode (povzeta iz strani: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/hyd/bdgt.rxml)

No, sedaj ko smo si pogledali nekatere osnovne podatke, za lažjo predstavo, pa si poglejmo, kako sploh deluje hidrološki cikel. Ta je sestavljen iz dveh osnovnih vej- kopenske in atmosferske veje. Kopenska veja je sestavljena iz priliva, odliva in skladiščenja vode v različnih oblikah na in v kontinentih, medtem ko je atmosferska veja sestavljena iz atmosferskega transporta vode, predvsem v obliki vodne pare. Morda se to sliši zelo komplicirana, zato si raje oglejmo sliko, katera pove mnogo več, kot pa tisoč besed.

Slika 2 Hidrološki cikel (povzeta iz strani: http://www.physicalgeography.net/fundamentals/8b.html)

No pa vseeno na kratko opišimo kaj se dogaja. Najprej privzemimo, da vsa voda, ki izhlapeva, izhlapeva iz oceanov. Sicer voda izhlapeva tudi iz kopnega, vendar je v primerjavi z oceani to izhlapevanje zelo majhno in tudi pri našem razumevanju cikla, to ne igra tako velike vloge. Sončno sevanje povzroči začetek vsega tega dogajanja. Voda, ki izhlapi, se s časoma kondenzira (utekočini) in tako nastajajo oblaki. Ko postane ozračje nasičeno, to se pravi, da zrak ne more sprejeti več vode, preprosto »spusti« vodo in mi to opazimo v obliki padavin (dež, sneg…). To se lahko zgodi že nad oceanom, ali pa nad kopnim. Če pade nazaj v ocean, se zgodba preprosti ponovi. Bolj zanimiv je drugi primer. Tu ima lahko voda več poti. Nekaj vode zajeme okoliška vegetacija, ostanek pa preide v reke, jezera ali pa pronica skozi zemljo, kjer se nato zbere in nadaljuje svojo pot. Ker pa govorimo o ciklu, torej o nečem, kar ima začetek in konec v isti točki, se mora voda, ki se je zbrala v rekah in podzemlju odteči v oceane. In res je tako, saj kot nam je vsem znano, se večina rek izlije v morja in posledično v oceane. In tako smo dobili hidrološki cikel.

Slika 3 Reka Amazonka (povzeto iz strani: http://ktwop.wordpress.com/2011/08/25/the-hamza-a-subterranean-river-to-rival-the-amazon-6000km-long-4000-m-down/)

Slika 4 Primer podzemne reke (povzeto iz strani: http://www.sobe-simonic.si/?cq=attractions&id=22)

Iz osnov fizike vemo, da se mora masa sistema ohranjati. Tudi pri hidrološkem ciklu je tako. Tukaj sledi sledeča, zelo preprosta enačba:

S=P-E-R0-Ru

Kjer je

Kot zanimivost si oglejmo, kje na Zemlji pade letno največ padavin. Pričakujemo, da bo največ padavin tam, kjer je največ izhlapevanja v oceanih. Ker ima Zemlja obliko krogle, padajo sončno sevanje pravokotno na ekvatorju in se proti poloma zmanjšuje sorazmerno s funkcijo sinus ( j(φ) α sin φ), pri čemer je φ zemljepisna širina. Vidimo torej, da je največ izhlapevanja okoli ekvatorja, najmanj pa na obeh polih. To nam nazorno kaže tudi naslednja slika.

Slika 5 Letna količina padavin (povzeto iz strani: http://www.ecmwf.int/research/era/ERA-40_Atlas/docs/section_B/index.html)

Zelo zanimiva je tudi naslednja slika, ki prikazuje razliko med izhlapevanjem in padavinami. Vidimo, da je največ izhlapevanja severno in južno od ekvatorja.

Slika 6 Izhlapevanje-padavine (povzeto iz strani: http://www.ecmwf.int/research/era/ERA-40_Atlas/docs/section_B/index.html)

Povejmo še eno zelo zanimivo stvar, in sicer koliko časa približno traja en cikel vodne kapljice. Iz svetovnih podatkov vemo, da je v našem ozračju povprečno 13,1∙1015 kg vode. Če bi to vodo razprostrli po zemeljski površini, bi dobili približno 2,5 cm plast vode. Znano je tudi, da v povprečju na celotnem površju Zemlje pade približno 1 m padavin letno. Po elementarnem računu lahko izračunamo povprečno življenjsko dobo kapljice. Ta se glasi:

Dobimo da je povprečna življenjska doba približno 9 dni. To pomeni, da kapljica naredi letno približno 40 ciklov. Ni pa rečeno, da se vsak cikel kapljice dogaja na istem področju. Danes je lahko kapljica v Evropi, čez 40 dni bo na jugu Afrike, naslednjič morda že v Avstraliji. Njeno pot je zelo težko spremljati, saj na njo vpliva zelo veliko dejavnikov, od morskih tokov, pasatov, lokalnih vetrov in še mnogo stvari.

Čisto za na koncu, pa si še poglejmo, kolikšna je verjetnost, da je kapljica, ki je padla na vas prej »živela« v morju. Zaradi lažjega računa združimo vse celine v eno ploščo. Po svetovnih podatkih vemo, da bi bila površina te plošče 29% celotne površine Zemlje, torej imamo 71% vodne površine. Od teh 71% vodne površine vemo, da obsegajo oceani 97%. Po preprostem računu dobimo verjetnost, da vas je zadela ravno ta kapljica 69%.

Slika 7 Posplošitev Zemlje

Torej, rjav kvader predstavlja celotno površino kopnega, moder kvader pa vodno površino. To je zelo posplošen primer. Seveda se realna verjetnost spreminja glede na to kje ste. Če ste nekje ob morju je ta verjetnost skoraj 100%, če pa ste v puščavi, pa je seveda verjetnost 0%.

Slika 8 Zemlja (povzeto iz strani: http://sl.wikipedia.org/wiki/Zemlja)

Viri