Su döngüsü - Water cycle

Küresel su döngüsü 

Su döngüsü olarak da bilinir, hidrolojik çevrim ya da hidrolojik döngüsü , bir gıda döngüsü sürekli hareket tarif su yüzeyinin üzerinde, ve aşağıda Dünya'da . Dünyadaki su kütlesi zaman içinde oldukça sabit kalır, ancak suyun buz , tatlı su , tuzlu su (Tuzlu Su) ve atmosferik sudan oluşan ana rezervuarlara bölünmesi, çok çeşitli iklim değişkenlerine bağlı olarak değişkendir . Su , buharlaşma , yoğuşma , yağış , sızma , yüzey akışı ve yeraltı akışı gibi fiziksel süreçlerle nehirden okyanusa veya okyanustan atmosfere gibi bir rezervuardan diğerine hareket eder . Bunu yaparken su farklı formlardan geçer: sıvı, katı ( buz ) ve buhar .

Su döngüsü, sıcaklık değişikliklerine yol açan enerji alışverişini içerir . Su buharlaştığında çevresinden enerji alır ve ortamı soğutur. Yoğunlaştığında enerji açığa çıkarır ve ortamı ısıtır. Bu ısı alışverişleri iklimi etkiler .

Döngünün buharlaşma aşaması suyu arıtır ve ardından toprağı tatlı su ile doldurur. Sıvı su ve buz akışı, mineralleri dünya çapında taşır. Ayrıca, erozyon ve sedimantasyon dahil olmak üzere süreçler yoluyla Dünya'nın jeolojik özelliklerinin yeniden şekillendirilmesinde rol oynar . Su döngüsü, gezegendeki çoğu yaşamın ve ekosistemin bakımı için de gereklidir.

Açıklama

Su döngüsünü yönlendiren güneş, okyanuslardaki ve denizlerdeki suyu ısıtır. Su, havaya su buharı olarak buharlaşır . Bazı buz ve kar yüceltir doğrudan su buharı içine. Buharlaşma su vaki bitkilerden ve topraktan buharlaştırılmıştır. su molekülü H
2
O
, atmosferin ana bileşenleri olan nitrojen ve oksijenden daha küçük moleküler kütleye sahiptir, N
2
ve O
2
, dolayısıyla daha az yoğundur. Yoğunluktaki önemli farklılık nedeniyle, kaldırma kuvveti nemli havayı daha yükseğe taşır . Rakım arttıkça hava basıncı düşer ve sıcaklık düşer (bkz. Gaz yasaları ). Daha düşük sıcaklık, su buharının havadan daha ağır olan küçük sıvı su damlacıkları halinde yoğunlaşmasına ve bir yukarı çekiş tarafından desteklenmedikçe düşmesine neden olur. Atmosferde geniş bir alanda bu damlacıkların büyük bir konsantrasyonu bulut olarak görünür hale gelir . Bazı yoğunlaşma zemin seviyesine yakındır ve sis olarak adlandırılır .

Atmosferik sirkülasyon , su buharını dünya çapında hareket ettirir; bulut parçacıkları çarpışır, büyür ve yağış olarak üst atmosferik katmanlardan düşer . Bazı yağış kar veya dolu, sulu kar olarak düşer ve aynı birikebilir buzullar ve buzul binlerce yıldır donmuş suyu depolayabilir. Çoğu su, okyanuslara ya da yağmur olarak karaya geri döner, burada su yüzey akışı olarak yerin üzerinden akar . Akışın bir kısmı, akarsuların suyu okyanuslara doğru hareket ettirdiği manzaradaki vadilerdeki nehirlere girer. Yeraltından çıkan sular ( yeraltı suyu ) göllerde tatlı su olarak depolanabilir. Tüm akışlar nehirlere akmaz; çoğu sızma olarak toprağa sızar . Bazı sular yerin derinliklerine sızar ve tatlı suyu uzun süre depolayabilen akiferleri yeniler . Bazı sızıntılar kara yüzeyine yakın kalır ve yeraltı suyu deşarjı olarak yüzey suyu kütlelerine (ve okyanusa) geri sızabilir. Bazı yeraltı suları kara yüzeyinde açıklıklar bulur ve tatlı su kaynakları olarak çıkar. Nehir vadilerinde ve taşkın yataklarında, hiporheik bölgede yüzey suyu ile yeraltı suyu arasında genellikle sürekli su değişimi vardır . Zamanla su, su döngüsüne devam etmek için okyanusa geri döner.

Derin su geri dönüşümü

Gazdan arındırma yoluyla su döngüsü ve yitim bölgeleri aracılığıyla derin geri dönüşüm. Dünyanın iç kısmı ile ekzosfer arasındaki uzun süreli su değişimi ve sulu minerallere bağlı suyun taşınması.

süreçler

Suda hareketlere ve faz değişikliklerine yol açan süreçler
Yağış
Dünya yüzeyine düşen yoğunlaşmış su buharı. Çoğu yağış olarak meydana yağmurda , aynı zamanda içerir kar , hail , sis damlama , graupel ve karla karışık yağmur . Yaklaşık 505.000 bölgesinin 3 su (121,000 cu mil) 398,000 km her yıl çökeltme gibi düşer 3 okyanuslar üzerinde o (95,000 cu mil). Karada yağmur 107.000 km içeriyor 3 yılda su (26,000 cu mil) ve kar yağışı sadece 1000 km 3 (240 cu mil). Küresel yağışın %78'i okyanuslar üzerinde gerçekleşir.
Subdüksiyon ve Mineral hidrasyon
Deniz suyu, çatlaklar ve gözenekler yoluyla okyanus litosferine sızar ve kabuk ve mantodaki minerallerle reaksiyona girerek kristal yapılarında su depolayan sulu mineraller (örneğin serpantin) oluşturur. Su, derin mantoya, dalan levhalardaki sulu mineraller yoluyla taşınır . Dalma sırasında, bu levhalardaki serpantin gibi bir dizi mineral , levha jeotermileri içindeki farklı basınçlarda kararlı olabilir ve önemli miktarda suyu Dünya'nın iç kısmına taşıyabilir. Plakalar battıkça ve ısındıkça, salınan sıvılar sismisiteyi tetikleyebilir ve dalan plaka içinde ve onu örten manto kaması içinde erimeye neden olabilir. Bu tip eritme, uçucu maddeleri seçici olarak konsantre eder ve onları üstteki plakaya taşır. Bir patlama meydana gelirse, döngü uçucu maddeleri okyanuslara ve atmosfere geri döndürür.
gölgelik durdurma
Bitki yaprakları tarafından yakalanan yağış, sonunda yere düşmek yerine atmosfere geri döner.
Kar erimesi
Karların erimesiyle oluşan akış.
ikinci tur
Suyun karada hareket ettiği çeşitli yollar. Bu, hem yüzey akışını hem de kanal akışını içerir . Akarken, su toprağa sızabilir, havaya buharlaşabilir, göllerde veya rezervuarlarda depolanabilir veya tarımsal veya diğer insan kullanımları için çıkarılabilir.
Süzülme
Suyun zemin yüzeyinden toprağa akışı. Süzüldükten sonra su, toprak nemi veya yeraltı suyu haline gelir . Bununla birlikte, suya dayanıklı izotopları kullanan yakın tarihli bir küresel çalışma, tüm toprak neminin yeraltı suyunun beslenmesi veya bitki terlemesi için eşit olarak mevcut olmadığını göstermektedir .
yeraltı akışı
Vadoz bölgesinde ve akiferlerde yeraltı su akışı . Yeraltı suyu yüzeye geri dönebilir (örneğin bir kaynak olarak veya pompalanarak) veya sonunda okyanuslara sızabilir. Su, yerçekimi kuvveti veya yerçekiminin neden olduğu basınçlar altında, sızdığı yerden daha düşük bir yükseklikte kara yüzeyine geri döner . Yeraltı suyu yavaş hareket etme eğilimindedir ve yavaş doldurulur, bu nedenle binlerce yıl akiferlerde kalabilir.
buharlaşma
Suyun yerden veya su kütlelerinden üstteki atmosfere doğru hareket ederken sıvıdan gaz faza dönüşümü. Buharlaşma için enerji kaynağı öncelikle güneş radyasyonudur . Buharlaşma genellikle örtük olarak bitkilerden gelen terlemeyi içerir , ancak bunlar birlikte özel olarak evapotranspirasyon olarak adlandırılır . Yaklaşık 505.000 km'ye yıllık toplam buharlaşma miktarları 3 su (121,000 cu mi), 434,000 km 3 (104,000 cu mil) olan okyanuslarından buharlaşır. Küresel buharlaşmanın %86'sı okyanuslar üzerinde gerçekleşir.
süblimasyon
Hal, sıvı halden geçerek doğrudan katı sudan (kar veya buz) su buharına dönüşür.
biriktirme
Bu, su buharının doğrudan buza dönüşmesi anlamına gelir.
tavsiye
Suyun atmosferdeki hareketi. Adveksiyon olmadan, okyanuslar üzerinde buharlaşan su, kara üzerinde çökemezdi.
yoğunlaşma
Su buharının havadaki sıvı su damlacıklarına dönüşerek bulut ve sis oluşturması .
terleme
Su buharının bitkilerden ve topraktan havaya salınması.
Süzülme
Su, yerçekimi etkisi altında toprak ve kayalardan dikey olarak akar .
Levha tektoniği
Su, okyanus kabuğunun yitimiyle mantoya girer. Su volkanizma yoluyla yüzeye geri döner.

Su döngüsü bu süreçlerin çoğunu içerir.

ikamet süreleri

Ortalama rezervuar kalma süreleri
rezervuar Ortalama kalış süresi
Antarktika 20.000 yıl
okyanuslar 3.200 yıl
buzullar 20 ila 100 yıl
Mevsimlik kar örtüsü 2 ila 6 ay
Toprak nemi 1 ila 2 ay
Yeraltı suyu: sığ 100 ila 200 yıl
Yeraltı suyu: derin 10.000 yıl
Göller (bkz. göl tutma süresi ) 50 ila 100 yıl
nehirler 2 ila 6 ay
Atmosfer 9 gün

Kalış süresi hidrolojik döngüsü içinde bir rezervuar (bir su molekülü, bu rezervuar içinde geçirecek ortalama süre bitişik tabloya bakınız ). Bu rezervuardaki suyun ortalama yaşının bir ölçüsüdür.

Yeraltı suyu, ayrılmadan önce Dünya yüzeyinin altında 10.000 yıldan fazla zaman geçirebilir. Özellikle eski yeraltı sularına fosil su denir . Toprakta depolanan su çok kısa bir süre orada kalır, çünkü Dünya'ya ince bir şekilde yayılmıştır ve buharlaşma, terleme, akarsu akışı veya yeraltı suyu şarjı ile kolayca kaybolur. Buharlaştıktan sonra, atmosferde kalma süresi, yoğunlaşmadan ve yağış olarak Dünya'ya düşmeden önce yaklaşık 9 gündür.

Büyük buz tabakaları - Antarktika ve Grönland - buzu çok uzun süre depolar. Antarktika'dan gelen buz, ortalama kalış süresi daha kısa olmasına rağmen, günümüzden 800.000 yıl öncesine kadar güvenilir bir şekilde tarihlendirildi.

Hidrolojide kalma süreleri iki şekilde tahmin edilebilir. Daha yaygın yöntem , kütlenin ( su dengesi ) korunumu ilkesine dayanır ve belirli bir rezervuardaki su miktarının kabaca sabit olduğunu varsayar. Bu yöntemle, rezervuar hacminin, suyun rezervuara giriş ve çıkış hızına bölünmesiyle kalma süreleri tahmin edilmektedir. Kavramsal olarak, bu, su çıkmazsa rezervuarın boştan dolmasının ne kadar süreceğini (veya su girmeyecekse rezervuarın doludan boşalmasının ne kadar süreceğini) zamanlamaya eşdeğerdir.

Yeraltı suyunun tarihlendirilmesinde popülerlik kazanan ikamet sürelerini tahmin etmek için alternatif bir yöntem, izotopik tekniklerin kullanılmasıdır. Bu, izotop hidrolojisinin alt alanında yapılır .

Zamanla değişir

Atmosferik bir GCM'nin (GFDL'nin AM2.1'i) bir su-gezegen versiyonu tarafından simüle edildiği gibi, enlemin bir fonksiyonu olarak zamana bağlı yağış ve buharlaşma, yıllık ortalama güneşlenme.
Enlem-boylam ile yıllık ortalama buharlaşma eksi yağış küresel haritası

Su döngüsü, suyun hidrosfer boyunca hareketini sağlayan süreçleri tanımlar . Bununla birlikte, döngü boyunca hareket edenden çok daha fazla su uzun süre "depoda" kalır. Dünyadaki tüm suyun büyük çoğunluğunun depoları okyanuslardır. Tahmin edilmektedir 332500000 mil arasında 3 (1386000000 km 3 321000000 mil hakkında dünyanın su kaynaklarının), 3 (1338000000 km 3 okyanuslarda depolandığı) veya% 97 hakkında. Ayrıca okyanusların, su döngüsüne giren buharlaşan suyun yaklaşık %90'ını sağladığı tahmin edilmektedir.

Daha soğuk iklim dönemlerinde, daha fazla buzul ve buzul oluşur ve su döngüsünün diğer bölümlerindeki miktarları azaltmak için küresel su kaynağının yeterli bir kısmı buz olarak birikir. Sıcak dönemlerde bunun tersi doğrudur. Son buzul çağında, buzullar Dünya'nın kara kütlesinin neredeyse üçte birini kapladı ve bunun sonucunda okyanuslar bugünden yaklaşık 122 m (400 ft) daha düşüktü. Yaklaşık 125.000 yıl önceki son küresel "sıcak büyü" sırasında, denizler şimdi olduğundan yaklaşık 5,5 m (18 ft) daha yüksekti. Yaklaşık üç milyon yıl önce okyanuslar 50 m (165 ft) daha yüksek olabilirdi.

Politika Yapıcılar için 2007 Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) Özetinde ifade edilen bilimsel fikir birliği , su döngüsünün 21. yüzyıl boyunca yoğunlaşmaya devam edeceği yönündedir, ancak bu, yağışların tüm bölgelerde artacağı anlamına gelmez. Subtropikal arazilerde - zaten nispeten kuru olan yerler - 21. yüzyılda yağışların azalması ve kuraklık olasılığının artması bekleniyor . Kurumanın, subtropiklerin (örneğin, Akdeniz Havzası, Güney Afrika, Güney Avustralya ve Güneybatı Amerika Birleşik Devletleri ) kutuplara doğru kenarlarına yakın yerlerde en güçlü olacağı tahmin edilmektedir . Mevcut iklimde ıslak olma eğiliminde olan ekvatora yakın bölgelerde ve ayrıca yüksek enlemlerde yıllık yağış miktarlarının artması bekleniyor. Bu büyük ölçekli modeller , IPCC'nin 4. Değerlendirmesinin bir parçası olarak çeşitli uluslararası araştırma merkezlerinde yürütülen neredeyse tüm iklim modeli simülasyonlarında mevcuttur. Artan hidrolojik değişkenlik ve iklim değişikliğinin küresel, bölgesel, havza ve yerel düzeyde hidrolojik döngü, su mevcudiyeti, su talebi ve su tahsisi yoluyla su sektörü üzerinde derin bir etkisi olduğuna ve olmaya devam edeceğine dair artık bol miktarda kanıt var. seviyeler. 2012 yılında Science dergisinde 1950-2000 dönemi boyunca yüzey okyanus tuzluluğuna dayalı olarak yayınlanan araştırma , tuzlu alanların daha tuzlu hale geldiği ve daha taze alanların dönem içinde daha taze hale geldiği yoğunlaştırılmış bir küresel su döngüsünün bu projeksiyonunu doğrulamaktadır:

Temel termodinamik ve iklim modelleri, ısınmaya tepki olarak kuru bölgelerin daha kuru ve ıslak bölgelerin daha da ıslanacağını öne sürüyor. Yağış ve buharlaşmanın seyrek yüzey gözlemlerinde bu uzun vadeli yanıtı tespit etme çabaları belirsizliğini koruyor. Okyanus tuzluluk kalıplarının, yoğunlaşan bir su döngüsünün tanımlanabilir bir parmak izini ifade ettiğini gösteriyoruz. 50 yıllık gözlemlenen küresel yüzey tuzluluğu değişikliklerimiz, küresel iklim modellerinden gelen değişikliklerle birleştiğinde, yüzey ısınma derecesi başına %8 ± 5 oranında yoğunlaştırılmış bir küresel su döngüsünün sağlam kanıtlarını sunmaktadır. Bu oran, mevcut nesil iklim modellerinin öngördüğü tepkinin iki katıdır ve gelecekte 2° ila 3° daha sıcak bir dünyada küresel su döngüsünün önemli ölçüde (%16 ila 24) yoğunlaşmasının gerçekleşeceğini göstermektedir.

Haziran 2011'de fırlatılan SAC-D uydusu Aquarius tarafından taşınan bir alet , küresel deniz yüzeyi tuzluluğunu ölçtü .

Buzulların geri çekilmesi , aynı zamanda, buzullara yağıştan su temininin, erime ve süblimleşmeden kaynaklanan su kaybına ayak uyduramadığı, değişen bir su döngüsünün bir örneğidir. 1850'den beri buzulların geri çekilmesi kapsamlı olmuştur.

Geçirimsiz yüzeyler ve yüzey akışı arasındaki ilişki

Su döngüsünü değiştiren insan faaliyetleri şunları içerir:

İklim üzerindeki etkiler

Su döngüsü güneş enerjisinden beslenir. Küresel buharlaşmanın %86'sı okyanuslardan meydana gelir ve buharlaşmalı soğutma ile sıcaklıklarını düşürür . Soğutma olmadan, buharlaşmanın sera etkisi üzerindeki etkisi , 67 °C (153 °F) gibi çok daha yüksek bir yüzey sıcaklığına ve daha sıcak bir gezegene yol açacaktır.

Akifer çekimi veya fazla çekim ve fosil suyunun pompalanması, hidrosferdeki toplam su miktarını artırır ve deniz seviyesinin yükselmesine katkıda bulunduğu varsayılır.

Biyojeokimyasal döngü üzerindeki etkiler

Su döngüsünün kendisi bir biyojeokimyasal döngü olsa da , Dünya'nın üstündeki ve altındaki su akışı, diğer biyojeokimyasalların döngüsünün önemli bir bileşenidir. Akış, aşınmış tortu ve fosforun karadan su kütlelerine taşınmasının neredeyse tamamından sorumludur . Tuzluluk okyanusların erozyon ve karadan çözülmüş tuzların taşıma türetilir. Göllerin kültürel ötrofikasyonu , esas olarak , gübrelerde tarım alanlarına aşırı miktarda uygulanan ve daha sonra karadan ve nehirlerden aşağı taşınan fosfordan kaynaklanmaktadır . Hem yüzey akışı hem de yeraltı suyu akışı, nitrojenin karadan su kütlelerine taşınmasında önemli roller oynar. Ölü bölge çıkış yerinde Mississippi Nehri bir sonucudur nitrat gübre tarım alanlarının sedyeyle aşağı akıtılarak nehir sistemine göre Meksika Körfezi . Akış ayrıca , yine aşınmış kaya ve toprağın taşınması yoluyla karbon döngüsünde rol oynar .

Jeolojik zaman içinde yavaş kayıp

Bir gezegen atmosferin üst kısmı içinde hidrodinamik rüzgar gibi açık kimyasal elementler sağlar Hidrojen kadar hareket ettirmek için exobase , alt limiti exosphere gazlar ulaşabilir, çıkış hızı giren dış alan gazın diğer parçacıkları etkilemeden . Bir gezegenden uzaya bu tür gaz kaybı, gezegen rüzgarı olarak bilinir . Alt atmosferleri sıcak olan gezegenler, hidrojen kaybını hızlandıran nemli üst atmosferlere neden olabilir.

Hidrolojik döngü teorisinin tarihçesi

Yüzen kara kütlesi

Antik çağda, kara kütlesinin bir su kütlesi üzerinde yüzdüğü ve nehirlerdeki suyun çoğunun kökeninin toprak altında olduğu yaygın olarak düşünülüyordu. Bu inancın örnekleri, Homer'in (MÖ 800 dolaylarında) eserlerinde bulunabilir .

İbranice İncil

Eski Yakın Doğu'da İbrani bilginler, nehirlerin denize akmasına rağmen denizin asla dolmadığını gözlemlediler. Bazı bilim adamları, bu pasajda su döngüsünün bu süre boyunca tamamen tanımlandığı sonucuna varırlar: "Rüzgar güneye doğru gider ve kuzeye döner; sürekli döner ve rüzgar kendi devrelerine göre geri döner. Bütün nehirler denize akın, ama deniz dolu değil; ırmakların geldiği yere, yine oraya dönerler" ( Vaiz 1:6-7 ). Çoğu bilgin , Davut ve Bathsheba'nın oğlu Kral Süleyman zamanında bir tarihe işaret etse de, bilim adamları Vaiz tarihi konusunda hemfikir değiller, "üç bin yıl önce, zamanın 962-922 olduğu konusunda bazı anlaşmalar var. Ayrıca, bulutların dolduğunda yeryüzüne yağmur yağdırdıkları da gözlemlenmiştir ( Vaiz 11:3 ) Ayrıca, MÖ 793-740 yılları arasında bir İbrani peygamber olan Amos, suyun denizden geldiğini ve yeryüzüne dökülür ( Amos 5:8 ).

MÖ 7. ve 2. yüzyıllar arasına tarihlenen İncil'deki Eyüp Kitabında , hidrolojik döngüdeki yağışın bir açıklaması vardır: "Çünkü su damlalarını küçültür: yağmuru, onun buharına göre dökerler; bulutların yaptığı gibi. insanın üzerine bol bol damıtın” ( Eyub 36:27-28 ).

Yağış ve süzülme

In Adityahridayam ait (Güneş Tanrı'ya bir ibadet ilahi) Ramayana'dan , 4. yüzyıl M.Ö. tarihlenen Hindu destanı, Sun suyunu ısıtır ve yağmur gibi aşağı gönderdiği 22 ayette. Yaklaşık MÖ 500'e gelindiğinde, Yunan bilim adamları nehirlerdeki suyun çoğunun yağmura atfedilebileceğini düşünüyorlardı. O zamana kadar yağmurun kökeni de biliniyordu. Ancak bu alimler, yeryüzünden yükselen suyun nehirlere çok şey kattığı inancını sürdürdüler. Bu düşüncenin örnekleri arasında Anaximander (570 BCE) (aynı zamanda kara hayvanlarının balıktan evrimi hakkında spekülasyonlar yaptı ) ve Colophon'lu Xenophanes (530 BCE) vardı. Chi Ni Tzu (320 BCE) ve Lu Shih Ch'un Ch'iu (239 BCE) gibi Çinli bilim adamları benzer düşüncelere sahipti. Su döngüsünün kapalı bir döngü olduğu fikri , Clazomenae'li Anaxagoras (460 BCE) ve Apollonia'lı Diogenes'in (460 BCE) eserlerinde bulunabilir . Hem Platon (390 BCE) hem de Aristoteles (350 BCE) su döngüsünün bir parçası olarak sızma hakkında spekülasyon yaptılar.

yalnız yağış

Rönesans dönemine kadar, tam bir su döngüsü için nehirleri beslemek için tek başına yağışın yetersiz olduğu ve okyanuslardan yukarı doğru itilen yeraltı sularının nehir suyunun ana katkısı olduğu düşünülüyordu. İngiltere'den Bartholomew, Leonardo da Vinci (1500 CE) ve Athanasius Kircher (1644 CE) gibi bu görüşe sahipti (1240 CE).

Nehirlerin bakımı için yağışın tek başına yeterli olduğunu iddia eden ilk yayınlanmış düşünür , modern su döngüsü teorisinin "keşfi" olarak kabul edilen Bernard Palissy'dir (1580 CE). Palissy'nin teorileri, genellikle Pierre Perrault'a atfedilen bir çalışmada, 1674'e kadar bilimsel olarak test edilmedi . O zaman bile, bu inançlar ana akım bilimde on dokuzuncu yüzyılın başlarına kadar kabul edilmedi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar