Vandens Apytaka, The Water Cycle, Lithuanian

Science Center Objects

Vandens Apytaka, The Natural Water Cycle, Lithuanian

Ši diagrama parodo natūralų vandens ciklą, nepaisant žmogaus įtakos.

 

Drippy - Water Science School

Gali pagalvoti, kad kiekvienas iš dangaus krintantis lietaus lašas, arba kiekviena išgerta stiklinė vandens, yra visiškai naujas vanduo, tačiau iš tiesų jis visada čia buvo, jis yra vandens apytakos rato dalis.

Kas yra vandens ciklas? Aš galiu lengvai atsakyti, kad visa tai yra „man“! Vandens ciklas, taip pat žinomas kaip hidrologinis ciklas, apibūdina vandens buvimą ir judėjimą žemėje, žemėje ir virš jos. Vanduo visada juda ir visada keičia būsenas, nuo skysčio iki garų į ledą ir atgal. Vandens ciklas egzistavo milijardus metų, ir visas gyvenimas Žemėje priklauso nuo to, ar jis toliau dirba; Žemė būtų sausa ir negyva vieta be jos.

Iš kur kilęs visas Žemės vanduo? Senoji Žemė buvo išlydytos magmos pasaulis, bet visas magmas turi vandenį. Vanduo buvo atleistas į atmosferą, kai magma pradėjo atvėsti. Laikui bėgant aplinka tapo pakankamai atvėsti, kad vanduo galėtų likti ant paviršiaus kaip skystis. Taip pat egzistuoja teorijos, kad šiek tiek vandens atvyko į Žemę iš asteroidų ir kometų.

Vandens Apytaka, The Natural Water Cycle, Lithuanian

Credit: USGS, Public domain

Vandens apytaka vyksta uždaru ratu. Tai reiškia, kad vandens dalelė, patekusi į apytakos ratą, vėl sugrįžta į ten iš kur ji iškeliavo. Vandens apytaka neturi fiksuoto savo pradžios taško. Norėdami išsiaiškinti šio reiškinio esmę, pradėkime nuo vandenyno. Saulė yra pagrindinis vandens apytakos variklis. Ji sušildo vandenynų vandenį, kurio dalis išgaruoja į orą ir tampa garu. Garavimas taip pat vyksta iš ežerų, upių, kitų vandens telkinių, žemės paviršiaus, augalų. Nedidelė vandens dalis į atmosferą patenka iš ledynų ir sniegynų (sublimacija).

Kylančios oro srovės garus pakelia į aukštesnius atmosferos sluoksnius, kur veikiant žemai temperatūrai jie kondensuojasi ir virsta debesimis. Oro srovių nešami debesys keliauja apie Žemės rutulį. Debesyse vandens dalelės susijungia, didėja ir krinta iš dangaus kaip lietus ar sniegas. Šiltesnio klimato sąlygomis atėjus pavasariui sniegas ištirpsta ir žemės paviršiuje susidaro sniego tirpsmo nuotėkis. Paviršinis nuotėkis gali susidaryti ir po smarkaus lietaus. Dalis paviršinio nuotėkio patenka į upes ir keliauja į vandenynus, kita dalis – į ežerus ir papildo gėlojo vandens atsargas. Nemažai paviršinio nuotėkio įsisunkia į gruntą (infiltracija).

Vanduo nukeliauja gana giliai ir papildo vandeninguosius sluoksnius, kuriuose ilgam susidaro gėlojo vandens atsargos. Gruntinis vanduo, kuris negali įsisunkti į gilesnius grunto sluoksnius, patenka į upes kaip gruntinio vandens nuotėkis. Dažnai šis vanduo, negalėdamas sunktis gilyn, randa požeminius takus ir išteka į paviršių kaip gėlojo vandens šaltinis. Visais galimais būdais vanduo stengiasi sugrįžti į vandenyną, kad užbaigtų savo apytakos ratą…ir vėl jį pradėtų.

 

Vandenynų vanduo

Didžiausia viso Žemės vandens saugykla yra vandenynai. Apskaičiuota, kad iš 1 386 000 000 km3 bendro kiekio 1 338 000 000 km3 yra vandenynuose. Tai sudaro 96.5 procento. Taip pat apskaičiuota, kad vandens apytakoje yra 90 procentų saulės iš vandenynų išgarinto vandens.

Šaltaisiais klimato laikotarpiais kritulių kaupimasis ašigaliuose, kalnų viršūnėse ir ledynuose vandens kiekį vandenynuose sumažindavo. Atvirkščiai būdavo šiltaisiais. Paskutinio ledynmečio laikotarpiu ledynai dengė 1/3 žemės paviršiaus, o vandenynų paviršius buvo apie 122 metrus žemiau negu šiandien. Prieš tris milijonus metų, kai klimatas Žemėje buvo šiltas, vandens lygis buvo apie 50 metrų aukštesnis.

 

Garavimas

Garavimas, kondensacijos priešingybė, yra procesas, kurio metu vanduo iš skysčio virsta dujomis arba garu. Kad procesas vyktų reikalinga energija (šiluma), kuri suardytų ryšius tarp vandens molekulių. Štai dėl ko virdamas vanduo lengvai ir intensyviai garuoja (1000 C, 2120 F). Garavimas vyksta ir prie žemesnėje temperatūroje, bet daug lėčiau. Kad vyktų garavimas, šiluma imama iš aplinkos. Štai dėl ko jums darosi šalta, kai vanduo garuoja nuo jūsų kūno.

Garavimas nuo vandenynų paviršiaus yra tiesioginis būdas vandeniui patekti į atmosferą. Pasauliniu mastu, išgaravusio vandens kiekis yra beveik lygus kiekiui kritulių, grįžtančių į žemę lietaus ar sniego pavidalais. Tik apie 10 procentų iš vandenynų išgaravusio vandens nukeliauja virš sausumos ir ten iškrinta. Išgarinta vandens molekulė ore išsilaiko apie 10 dienų.

 

Sublimacija

Kas domisi vandens apytaka, randa terminą sublimacija. Sublimacija - tai sniego ar ledo garavimas. Sublimacijos metu vandens molekulės tiesiogiai nuo sniego ar ledo kyla į atmosferą ir virsta garu. Tam tikro klimato sąlygomis sublimacija yra įprastas būdas sniegui išnykti. Pamatyti, kaip vyksta sublimacija, sunku. Norint akivaizdžiai pamatyti ir suprasti sublimacijos procesą, galima vietoje sušalusio vandens panaudoti angies dioksidą (žiūrėk paveikslėlį).

Sublimacija vyksta tinkamomis oro sąlygomis: kai maža santykinė oro drėgmė, pučia sausi vėjai. Ji intensyvesnė ten, kur didesnės žemės paviršiaus altitudės (kur oro slėgis mažesnis). Kad vyktų sublimacijos procesas, reikalinga ir energija, - stipri saulės šviesa. Taigi, kad vyktų sublimacija, reikia žemos temperatūros, stipraus vėjo, intensyvios saulės šviesos ir labai žemo oro slėgio.

 

Evapotraspiracija

Evapotranspiracija - tai vandens garavimas į atmosferą nuo augalais apaugusio žemės ploto pro augalų lapus. Augalo šaknų paimtas iš grunto vanduo per augalą nukeliauja į smulkias poras, esančias apatinėje lapo dalyje. Čia vanduo virsta garu ir pakyla į orą. Nustatyta, kad apie 10 procentų atmosferoje esančios drėgmės yra evapotranspiracijos rezultatas.

 

Vanduo atmosferoje

Atmosferos vanduo yra garo, debesų ir drėgmės pavidalų. Atmosfera negali būti didžiulė vandens saugykla, ji yra tik tarsi didžiulė autostrada vandeniui judėti apie Žemės rutulį. Vandens kiekis atmosferoje kažkokiu momentu gali sudaryti apie 12 900 km3 (3,100 kub. mylių). Jeigu šis vandens kiekis vienu metu iškristų kaip lietus, sausuma, būtų apsemta, o vandens sluoksnis siektų 2,5 cm (apie 1 colį).

 

Kondensacija

Kondensacija yra atvirkščias garavimui procesas. Jo metu vandens garas ore virsta vandeniu. Vandens apykaitoje kondensacija yra labai svarbi, nes dėl jos garai virsta debesimis, o debesyse atsiranda kritulių. Jeigu giedrame mėlyname danguje nėra debesų, vadinasi, vanduo yra garo pavidalo, o lašeliai tokie smulkučiai, kad jų nematome. Debesų pradeda rastis padidėjus garo kiekiui, jam atšalus ir prasidėjus kondesacijai. Kondensacijos pavyzdžiai gali būti rūkas, akinių stiklų rasojimas išėjus iš šaltos patalpos į karštą ir drėgną orą arba langų stiklų rasojimas kai už langų šaltis.

 

Krituliai

Krituliai - tai debesų išlaisvinimas nuo juose esančio vandens lietaus, lijundros šlabdribos, sniego ar krušos pavidalu. Tai tiesioginis vandens kelias jam grįžti iš atmosferos į žemę. Plaukiantys virš mūsų debesys neša garus ir lašelius, kurie būna per maži, kad galėtų virsti krituliais, bet kartu ir nemaži, nes jau susiformuoja matomi debesys. Kad susidarytų krituliai, smulkutis lašelis turi kondensuotis ant dulkės, druskos ar dūmų dalelytės. Tada vandens lašeliai jungiasi, didėja tiek, kad kristų į žemę. Reikia milijonų mažyčių debesų lašeliukų, kad susidarytų vienas lietaus lašas. Žemėje vidutinis metinis kritulių kiekis yra labai nevienodas, - Havajuose per metus iškrinta apie 114 cm (450 colių), tuo tarpu Čilėje ir Afrikoje kritulių nebūna net po 14 metų.

 

Vandens atsargos lede ir sniege

Nemažai vandens Žemėje sąlygiškai ilgam sukaustyta ašigaliuose ir kalnų viršūnėse, ledynuose. Didžioji dauguma, beveik 90 procentų, ledo masės yra Antarktidoje. Grenlandijoje ledo atsargos sudaro beveik 10 procentų bendros pasaulinės ledo masės. Ledynų susidarymą ir jų kitimą žemėje veikė ir veikia klimato kaita, jo šiltieji ir šaltieji laikotarpiai.

Ledynai dengia 10-11 procentų žemės paviršiaus.Jeigu šiandien visi ledynai ištirptų, vandens lygis jūrose pakiltų apie 70 metrų (230 pėdų). Paskutinio ledynmečio periodu vandens lygis jūrose buvo apie 122 metrus (400 pėdų) žemesnis negu dabar. Ledynai tuo metu dengė apie 1/3 Žemės paviršiaus.

 

Sniego tirpsmo nuotėkis į upelius

Visame pasaulyje sniego tirpsmo nuotėkis yra pagrindinė nutekančio vandens dalis. Šaltesnio klimato sąlygomis, atėjus pavasariui, pradėjus tirpti sniegui ir ledui, susidaro paviršinis vandens nuotėkis, kuris patenka į upelius ir upes. Šalia susidarančių potvynių, greitas sniego tirpsmas gali sukelti žemės nuošliaužas, įvairias katastrofas. Sniego tirpsmo intensyvumas priklauso nuo pavasario laikotarpio gamtinių sąlygų, o vandens kiekis - nuo susikaupusio žiemą sniego. Jeigu žiemą sniego iškrinta nedaug, tai ir jo tirpsmo nuotėkis būna nedidelis. Upėse nuotėkis taip pat sumažėja. Tai gali sukelti vandens trūkumą, nes nesukaupiami reikiami vandens kiekiai upių tvenkiniuose, iš kurių vanduo naudojamas drėkinimui ir kitoms reikmėms.

 

Paviršinis nuotėkis

Paviršinis nuotėkis yra kritulių nuotėkis žemės paviršiumi. Kaip ir visos vandens apytakos sudedamosios dalys, ryšys tarp kritulių ir paviršinio nuotėkio įvairuoja priklausomai nuo metų laiko ir geografinių sąlygų. Tik apie 1/3 kritulių nuteka į upelius, upes ir grįžta į vandenynus. Kiti 2/3 išgaruoja arba įsisunkia į gruntą. Žmogus paviršinį nuotėkį gali panaudoti savo reikmėms.

 

Upės

Upės nuotėkis - tai vandens kiekis tekantis upėje. Upės yra neįkainojamas žmogaus turtas, labai svarbios augalijai bei. gyvūnijai. Upės ne vien nuostabi vieta žmogui praleisti laisvalaikį, jų vanduo reikalingas ir daugelyje kitų sričių: geriamojo vandens vandentiekiui, drėkinimui, elektros gamybai, transportui, maisto gavybai, net ir nukenksmintų atliekų pašalinimui. Upės per laidžius grunto sluoksnius papildo požeminio vandens atsargas.

Galvojant apie upes yra svarbu pagalvoti ir apie jų baseinus. Kas yra upės baseinas? Kai jūs stovite ant žemės, jūs būtinai stovite mažos ar didelės upės baseine. Baseinas yra žemės plotas, iš kurio vanduo (paviršinis bei požeminis) suteka į tą pačią vietą (upelį ar upę). Didžiausią įtaką upėms daro iškritusių kritulių kiekis baseine. Nuo baseino dydžio priklauso ir upės dydis: mažas baseinas – mažas upelis, didelis baseinas – didelė upė.

 

Gėlojo vandens atsargos

Vandens apytakos dalį sudaro gėlasis vanduo, kurį mes kasdien galime matyti tvenkiniuose, ežeruose, šlapynėse, upėse. Paviršinis vanduo yra svarbus ne tik gyvybiškai, bet filtruodamasis į gruntą, jis nuolat papildo požeminio gėlojo vandens atsargas. Gėlusis vanduo sudaro tik apie 3% viso Žemės vandens kiekio. Apie 0,29% gėlojo vandens yra ežeruose ir pelkėse, 0,006% - upėse. Jūs matote, kad Žemės gyvosios gamtos poreikiams yra naudojamas tik "lašas" visų Žemės vandens atsargų.

 

Infiltracija

Infiltracija yra paviršinio vandens judėjimas gilyn į gruntą.Visame pasaulyje dalis lietaus ar sniego vandens sunkiasi į paviršinius bei gilesnis grunto sluoksnius. Kiek vandens gali įsisunkti priklauso nuo keleto veiksnių. Gali būti, kad vanduo kaupiasi tik nestorame grunto sluoksnyje, nes jam patekti giliau neleidžia vandeniui nelaidūs grunto sluoksniai. Tada filtracijos vanduo šaltinių pavidalu išteka į upių šlaitus. Dalis vandens gali įsisunkti gana giliai ir pasiekti vandeninguosius sluoksnius. Jeigu vandeningieji sluoksniai yra nelabai giliai, o jų laidumas vandeniui didelis, tokiose vietose gręžiami šuliniai gėlam požeminiam vandeniui išgauti.

 

Gruntinio vandens atsargos

Dideli vandens kiekiai yra sukaupti grunte. Nors šio vandens judėjimas yra labai lėtas, bet jis taip pat yra bendros vandens apytakos dalis. Didelė vandens dalis patenka krituliams filtruojantis į gruntą.Viršutinis dirvožemio sluoksnis yra vandeniu neprisotinta zona, kurioje esantis vandens kiekis nuolat keičiasi ir tik retkarčiais būna per drėgna. Žemiau šio sluoksnio yra vandeniu prisotinta zona, kurioje visos poros, plyšiai ir tarpai tarp grunto bei uolų dalelių yra pilnai užpildytos vandeniu.Terminas gruntinis vanduo yra naudojamas šiai zonai apibūdinti. Didžiuliai gruntinio vandens kiekiai yra sukaupti vandeninguose sluoksniuose. Šis vanduo yra labai reikalingas ir svarbus visai žmonijai.

 

Gruntinio vandens ištekėjimas iš grunto

Gruntinio vandens ištekėjimas iš grunto yra perteklinio vandens nutekėjimas iš viršutinių grunto sluoksnių. Ne visi krituliai, įsisunkę į gruntą, pasiekia vandeninguosius sluoksnius, nes jų kelyje pasitaiko vandeniui nelaidžių grunto sluoksnių. Kadangi vertikaliai gilyn judėti negali, vanduo pradeda judėti horizontaliąja kryptimi. Dalis vandens per vandeniui laidžius sluoksnius pasiekia slėnius, kur išsiveržia šaltiniais. Vandens judėjimas grunte (greitis ir kiekis) priklauso nuo grunto laidumo (kaip gerai gruntas praleidžia vandenį) ir jo poringumo (tuštumų kiekio jame).

 

Šaltiniai

Šaltinis yra vandens versmė, ištekanti iš žemės. Šaltinis atsiranda tada, kai požeminė gruntinio vandens srovė susikerta su kalvos šlaitu, slėnio dugnu ar kita geografine vieta. Šioje vietoje ir ištrykšta šaltinis: slėnio šlaite, slėnio dugne arba slėniu tekančioje upėje. Šaltiniai susidaro tada, kai požeminiai vandeningieji sluoksniai persipildo vandens, kurio perteklius išsiveržia į žemės paviršių. Kai vanduo į žemės paviršių patenka iš gilių ir šiltų sluoksnių, susidaro karšto vandens šaltiniai.

 

Pasaulinis vandens pasiskirstymas

Kad geriau suprastumėte, kiek ir kokios rūšies vandens yra ir kaip jis pasiskirstęs, pažiūrėkite į toliau pateiktą schemą ir lentelę. Jūs jau žinote, kad vandens apytaka - tai nuolatinis žemės vandens judėjimas. Todėl schemoje ir lentelėje esantys skaičiai tinka tik tam tikram laiko momentui. Prieš tūkstančius ar milijonus metų šie skaičiai neabejotinai būtų kitokie.

Įsidėmėkite, kad bendras pasaulinis vandens kiekis yra apie 1 386 milijonai kubinių kilometrų (332.5 milijonų kubinių pėdų). Daugiau kaip 96 procentų sudaro druskingas vanduo. Per 68 procentų gėlojo vandens yra ledynuose, kiti 30 procentų - grunte (požeminis vanduo). Gėlojo paviršinio vandens šaltinių, tokių kaip upių, ežerų, vandens atsargos yra tik apie 93 100 kubinių kilometrų (22 300 kubinių mylių), tai sudaro apie 1/150 procento bendro vandens kiekio. Upės ir ežerai yra pagrindiniai vandens šaltiniai, kuriais žmonija naudojasi kiekvieną dieną.

Vandens pasiskirstymas Žemės rutulyje
Vandens šaltinis Vandens tūris, kubiniais kilometrais Vandens tūris, kubinėmis myliomis Gėlasis vanduo, procentais Bendras vandens kiekis, procentais
Vandenynai, jūros, įlankos 1,338,000,000 321,000,000 -- 96.5
Ašigaliai, kalnų viršūnės, nuolatinis sniegas 24,064,000 5,773,000 68.7 1.74
Gruntinis vanduo 23,400,000 5,614,000 -- 1.7
    Gėlasis 10,530,000 2,526,000 30.1 0.76
    Druskingas 12,870,000 3,088,000 -- 0.94
Dirvos drėgmė 16,500 3,959 0.05 0.001
Ledas grunte, amžinas įšalas 300,000 71,970 0.86 0.022
Ežerai 176,400 42,320 -- 0.013
    Gėlusis 91,000 21,830 0.26 0.007
    Druskingas 85,400 20,490 -- 0.006
Atmosfera 12,900 3,095 0.04 0.001
Pelkės 11,470 2,752 0.03 0.0008
Upės 2,120 509 0.006 0.0002
Biologinis vanduo 1,120 269 0.003 0.0001
Bendras 1,386,000,000 332,500,000 - 100
Source: Gleick, P. H., 1996: Water resources. In Encyclopedia of Climate and Weather, ed. by S. H. Schneider, Oxford University Press, New York, vol. 2, pp.817-823.