Obieg wody w przyrodzie

Woda jest nieomal synonimem życia. Wszędzie na Ziemi, gdzie tylko jest woda, poczynając od zimnych wód pod biegunami, a na gorących źródłach kończąc, znajdują się istoty żywe. Gdzie nie ma wody, nie ma i życia. Każda żywa istota posiada w swoim składzie wodę. Niektóre stworzenia mają ciało ukształtowane prawie wyłącznie z wody, jak na przykład meduzy (98% masy ciała) czy glony (97%), inne posiadają ją w mniejszych ilościach. Jedno jest pewne, aby organizm przeprowadzał procesy życiowe, musi mieć wodę. Lecz woda nie znajduje się tylko w ciałach. Na ziemi mamy bardzo dużo wody, większa jej część jest zasolona i tworzy oceany. Najważniejsze, stosunkowo niewielkie, zasoby wody słodkiej dostępne dla ludzkości są zawarte w rzekach, jeziorach, wodach podziemnych i atmosferze. Oceany zajmują objętość 1385684 tys.km3 i zajmują powierzchnie 510000 tys.km2 a dla porównania wody słodkie zajmują objętość równą 34729 tys.km3 i zajmują powierzchnie 148800 tys.km2.

Całkowita ilość wody w przyrodzie jest ilością stałą. Dzięki właściwości występowania w warunkach naturalnych w trzech stanach skupienia woda podlega stałemu krążeniu. Zmieniając stany skupienia krąży między Ziemią, a atmosferą. Woda jest jedną z nielicznych substancji, którą w normalnych warunkach na Ziemi można spotkać we wszystkich trzech fazach:
- Stałej (lód, śnieg, szron),
- Ciekłej (deszcz, mgły, rosa, zbiorniki wodne: powierzchniowe, podziemne, itp.)
- Gazowej (para wodna).

Krążenie wody obejmuje więc atmosferę, litosferę i biosferę i wiąże ze sobą wszystkie części hydrosfery, dzięki temu wszystkie wody Ziemi stanowią całość. Siłami napędowymi krążenia wody jest energia promieniowania słonecznego i siła ciężkości. Pod wpływem ciepła następuje parowanie wody, a pod wpływem siły ciężkości -opadanie kropli deszczu, przepływ rzek, ruch wód glebowych i podziemnych.

Woda rozpoczyna swój obieg dostając się do atmosfery wskutek parowania – przeważnie oceanów, ale także jezior, rzek i wilgotnej gleby, a także za pośrednictwem transpiracji (parowania) roślin.
Para wodna to gazowa faza wody, która gołym okiem jest niepostrzegalna dla oka człowieka. Pod tą postacią najwięcej wody występuje w atmosferze. Przejście fazy ciekłej w gazową tzn. parowanie wymaga udziału pewnej ilości energii, np. w postaci ciepła któremu nazywamy ciepłem parowania. Tak więc proces parowania wody wiąże się z procesem pobierania ciepła z powietrza, bądź z wód, które ulegają jednocześnie ochłodzeniu. Ten zapas ciepła pozostaje zatrzymany w parze w postaci utajonego ciepła parowania. Gdy para wodna ulega zagęszczeniu w wyniku zbliżenia się cząsteczek do siebie, skroplona woda oddaje cały zapas ciepła pobranego w trakcie parowania. Ciepło to bierze udział w ogrzewaniu powietrza. Roczny dopływ pary wodnej do atmosfery na całej planecie odpowiada średnio warstwie wody o grubości 100cm. Większość parowania zachodzi na ciepłych obszarach równikowych i zwrotnikowych, szczególnie około 20º szer. geogr. pd. i pn.
W wyniku ochładzania na niewielkich wysokościach powietrza zawierającego parę wodną powstają: szron, rosa , oraz cząsteczki tworzące chmury. Chmury, niesione wiatrem przemieszczają się nad powierzchnią lądów, mórz i oceanów. Chmury składają się z miliardów maleńkich kropelek wody i kryształków lodu. Tylko w sprzyjających warunkach część tej wilgoci spada na ziemię w postaci deszczu.

Kropelki tworzące chmurę powstają wtedy, gdy wilgotne i ciepłe ochłodzi się na tyle, że zawarta w nim para wodna ulega skropleniu. Kropelki, początkowo małe, zbierają się wokół ziaren kurzu oraz innych mikroskopijnych cząstek zwanych jądrami kondensacji. Wznosząc się wraz z prądami powietrza, zderzają się i łączą ze sobą, tworząc stopniowo coraz większe krople. Po pewnym czasie mogą stać się wystarczająco duże, by spaść w postaci deszczu.

Niektóre krople deszczu powstają w inny sposób. Początkowo znajdują się w górnej, zimnej części chmur, gdzie mają postać śniegu lub kryształków lodu, po czym, gdy znajdą się w zalegającym niżej ciepłym powietrzu, topnieją i spadają na ziemię jako deszcz. Prawdopodobnie co najmniej połowa opadów deszczu powstaje w ten sposób. Najmniejsze krople deszczu, określane jako mżawka, opadają na ziemię bardzo powoli. Największe mają prawie 6 mm średnicy i spadają z prędkością 8 metrów na sekundę. Niezależnie od rozmiaru, nie mają one nigdy kształtu podobnego do łzy. Większość kropli jest okrągła i tylko największe bywają spłaszczone w dolnej części.

W przyrodzie istnieją dwa sposoby tworzenia się cząsteczek opadów:
- Pierwszy to proces koagulacji, przez który rozumie się: zderzanie się i zlewanie kropelek wody, które spadają z różną prędkością. Zachodzi on dlatego, że większe krople spadają szybciej niż małe i niekiedy zderzają się z nimi. Prawdopodobieństwo zderzenia zależy od stosunków rozmiaru kropelek.
- Większość opadów atmosferycznych Ziemi ma postać śniegu lub deszczu powstałego ze stopionego śniegu w powietrzu. Proces powstawania śnieżynek nazywamy inaczej procesem zlodzenia chmur. Opiera się on na warunku współistnienia kryształków lodu i kropelek przechłodzonej wody przy temperaturze ujemnej kryształki rosną kropelki zaś parują. Zachodzi to dlatego, że prężność pary nasyconej nad wodą jest większa niż nad lodem przy tej samej temperaturze ujemnej. Wskutek tego występuje siła ciśnienia przenosząca cząsteczki pary wodnej z kropelek na kryształki. Kryształki lodu szybko rosną, a kropelki parują. Duże kryształki po osiągnięciu odpowiedniej wielkości zaczynają spadać (przez chmurę) zderzając się z przechłodzonymi kropelkami i innymi kryształkami. Przez zetknięciu się z lodem kropelki mogą zamarzać a kryształki zlepiać się. W ten sposób tworzą się płatki śniegu . Przy dostatecznie niskiej temperaturze powietrza śnieżynki mogą osiągać grunt. Często jednak powietrze po drodze jest na tyle ciepłe że śnieżynki topnieją dając opad deszczu.

Gdy opad ma postać śniegu, następuje przerwa pomiędzy jego spadnięciem a rozprowadzeniem trwająca do momentu stopnienia śniegu. Jest to zjawisko retencji.

Retencja występuje w kilku postaciach:
- Jeśli woda jest zatrzymana na powierzchni ziemi, mówimy o retencji powierzchniowej. Retencja powierzchniowa może występować w dwu postaciach. Jeśli opad atmosferyczny był w postaci stałej, a więc w postaci śniegu lub szadzi, pozostaje na powierzchni terenu aż do momentu stajania lodu i przekształcenia go w ciekłą wodę. Formą retencji są więc pokrywy śniegowe oraz wszelkie pokrywy lodowe na powierzchni ziemi. Woda spływająca po powierzchni ziemi natrafia niejednokrotnie na zapory, na wzniesienia terenu, które może pokonać dopiero po wypełnieniu obniżeń terenu aż do wysokości zapory. Woda gromadzi się więc na powierzchni ziemi tworząc jeziora lub okresowe rozlewiska w dolinach rzecznych.
- Jeśli zaś woda zatrzymuje się pod powierzchnią terenu mówimy o retencji podziemnej.
Retencja podziemna polega na zatrzymaniu wody, która wsiąkła w podłoże i wypełniła pory i luki w skałach.

Zatrzymanie wody jest zjawiskiem czasowym. Wcześniej czy później woda powraca do obiegu.

Zdolność zatrzymywania wody przez określony obszar na powierzchni ziemi nazywamy jego retencyjnością. Stopień retencyjności zależy od rzeźby terenu, która może zarówno ułatwiać jak i utrudniać spływ wody, od przepuszczalności podłoża, od pokrycia terenu szatą roślinną, a w pewnej mierze od klimatu.

Duża część wody, która znalazła się na powierzchni lądów przedostaje się w płytsze lub głębsze poziomy litosfery czyli wsiąka w podłoże. Jest to możliwe dzięki mniejszej lub większej porowatości gleby i skał podłoża. Czynnikami ułatwiającymi wsiąkanie są: porowatość podłoża, jego przepuszczalność, równośc terenu. Czynnikami utrudniającymi wsiąkanie są: nieprzepuszczalność podłoża brak w nim wolnych przestworów, stromość stoków, po których woda łatwo spływa, bardzo bujna roślinność, poza tym gwałtowność opadów ich nadmiar, wysokie temperatury potęgujące tempo parowania przy małej wilgotności powietrza oraz zbyt niskie temperatury doprowadzające wodę do stanu stałego (zamarzanie). Wszystkie te cechy powodują to czy woda z powierzchni ziemi przedostanie się do wód gruntowych i podziemnych dalej ukierunkowując jej obieg w biosferze.

W niektórych miejscach wody gruntowe wydostają się na powierzchnię i tak powstają źródła. Z nich biorą początek strumyki, te z kolei łączą się ze sobą w większe strumienie i rzeki, które wpadają do morza lub oceanu. Woda znajdująca się na powierzchni zbiorników wodnych, jak również woda zawarta w glebie i roślinach-paruje dostarczając parę wodną atmosferze.

Cykl krążenia wód ma charakter wyodrębnionego zamkniętego procesu. Stale ten sam zasób wody odbywa obieg podlegając jednocześnie wszystkim przemianom fazowym. Woda ciągle krąży w tym zamkniętym obiegu w przyrodzie. Najpierw ze zbiorników wodnych, wód podziemnych, gruntowych i roślin wyparowuje i w ten sposób znajduje się w atmosferze. W atmosferze pod wpływem obniżającej się temperatury skrapla się i powraca na ziemię, gdzie znów zasila zasoby podziemne wód oraz zbiorniki powierzchniowe. Obieg wody w przyrodzie to niezbędny warunek życia na ziemi, kształtuje także powierzchnię planety. Wzgórza i doliny w dużym stopniu zawdzięczają swój wygląd fizycznemu i chemicznemu działaniu wody. Ciągły obieg wody między kontynentami i oceanami umożliwia także przekazywanie ważnych składników chemicznych.