Vandkredsløbet - The Water Cycle, Danish Completed

Sources/Usage: Public Domain. View Media Details

Hvad er vandkredsløbet? Det kan let besvares ved at sige, at det er alt det vand, som omgiver os! Vandkredsløbet refereres også nogle gange som det hydrologiske kredsløb. Det hydrologiske kredsløb beskriver de processer, som transporterer vandet i og på jorden samt i atmosfæren. Vandet på jorden er altid i bevægelse og er altid på vej mod at ændre tilstand, fra væske til damp til is og tilbage igen. Vandkredsløbet har eksisteret i milliarder af år, og alt liv på jorden afhænger af det. Uden vand ville jorden være et ubeboeligt sted.

Sources/Usage: Public Domain. View Media Details

Vandkredsløbet har ikke nogen begyndelse, men et godt sted at starte er i oceanerne. Solenergien driver vandkredsløbet ved at opvarme havvandet, en del af havvandet fordamper som vanddamp til atmosfæren. Fordampning sker ligeledes fra ferskvand i søer og vandløb. På landjorden er der ligeledes bidrag til vanddamp i atmosfæren, dels ved transpiration af vand igennem planterne og dels ved fordampning af jordvand, under et kaldes denne proces evapotranspiration. En lille del af den vanddamp som eksisterer i atmosfæren kommer fra sublimation, hvor is og sne skifter tilstand direkte fra fast form til gas form dvs. vanddamp i atmosfæren, hvor den mellemliggende smeltefase/væskefase fra sne til vand overspringes.

Opstigende luftstrømme transporterer vanddampen op i atmosfæren til koldere temperaturer, hvilket forårsager, at vandampen fortætter (kondenserer) til skyer. Luftstrømme transporterer skyerne rundt om jordkloden, i skyerne kolliderer små vandråber og danner større vanddråber, som når luften ikke længere kan bære dem falder mod jordoverfladen som nedbør. Noget nedbør falder som sne og kan akkumulere i iskapper (eksempelvis på indlandsisen) og gletschere.

Sne i varmere klima smelter ofte om foråret, og smeltevandet afstrømmer overfladisk. Størstedelen af den globale nedbør falder i oceanerne, men en del nedbør falder over land, hvor vandet på grund af tyndekraften ligeledes strømmer som overfladisk afstrømning. Noget overfladisk afstrømning strømmer ind i floder og vandløb og transporteres mod havet. En del af vandløbsafstrømningen akkumuleres som ferskvand i søer og floder, dog ikke alt den overfladiske afstrømning forbliver overfladevand. En væsentlig del af overfladevandet trækker ned i jorden ved den proces, som hedder infiltration.

Noget vand infiltrerer dybt ned i jorden og supplerer herved grundvandsmagasinerne, og herved opmagasineres store mængder af ferskvand i lange perioder. Noget grundvand er forholdsvis overfladenært og kan i nogle tilfælde strømme tilbage i floder, vandløb eller søer, men der kan også forekomme grundvandsudstrømning til havet. I særlige tilfælde finder grundvandet en åbning i jordoverfladen, hvor det udstrømmer som en ferskvandskilde. Selv om vandet hele tiden bevæger sig, vil det over tid strømme ud i havet, hvor vandkredsløbet "ender"….og begynder.

Komponenter og processer i vandkredsløbet

The U.S. Geological Survey (USGS) har indentificeret 16 komponenter og processer i vandkredsløbet.

• Vandmagasinering i oceanerne
• Fordampning
• Evapotranspiration
• Sublimation
• Vand i atmosfæren
• Kondensation
• Nedbør
• Akkumulering af vand i is og sne
• Snesmeltning til vandløb og floder
• Overfladisk afstrømning
• Vandløbsafstrømning
• Overfladevand
• Infiltration
• Grundvands magasinering
• Grundvandsudstrømning
• Kilder
• Global vandfordeling

Vand i oceanerne

Oceanerne er et magasin af vand

Der sker en opmagasinering af vand i oceanerne over lange perioder, som er langt større end den mængde vand, der bevæger sig gennem vandkredsløbet. Det er estimeret, at omkring 1.338.000.000 kubikkilometer af klodens total vandmængde på 1.386.000.000 kubikkilometer er opmagasineret i oceanerne, det svarer til ca. 96,5 %. Det er endvidere estimeret, at oceanerne bidrager med 90 % af det fordampede vand, der indgår i vandkredsløbet.

Gennem koldere klimatiske perioder dannes mere indlandsis og flere gletchere og herved akkummuleres en storre andel af vandet i vandkredsløbet i form af is. Det modsatte er forekommende i varme klimatiske perioder. Gennem den sidste istid dækkede gletchere ca. en trejdedel af jordens landoverflade, og havoverfladen var ca. 122 meter (400 fod) lavere end den er i dag. For omkring tre millioner år siden, da jorden var varmere, var havoverfladen derimod op til 50 meter (165 fod) højere, end den er i dag.

Oceaner i bevægelse

Der er vandstrømme i oceanerne, der transporterer enorme mængder af vand rundt på kloden. Disse vandstrømme har stor betydning for vandkredsløbet og dermed også vejret. Golfstrømmen er en velkendt varm strøm i Atlanterhavet, som bevæger sig fra den Mexikanske Golf på tværs af Atlanterhavet mod England med en hastighed på ca. 97 kilometer pr. dag (60 mil). Golfstrømmen transporterer 100 gange mere vand end alle floder på jorden til sammen. Idet strømmen kommer fra en region med varmt klima, flyttes varmere vand til det nordlige atlanterhav, og dermed påvirkes  vejret i nogle af disse områder eksempelvis det vestlige England.

Fordampning: Vands tilstandsændring fra væske til gas

Fordampning og hvorfor det forekommer

Fordampning er den proces, hvormed vand ændrer tilstand fra væskeform til gasform. Fordampning er den væsentligste proces for omdannelse af vand i væskeform til vandkredsløbets vanddamp i atmosfæren. Studier har vist, at omtrent 90 % af det vanddamp, der eksisterer i atmosfæren skyldes fordampning fra oceaner, have, søer, floder og vandløb. De tilbageværende ca. 10 % skyldes planternes transpiration.

Varme og dermed energi er nødvendig, for at fordampningsprocessen kan forløbe. Energien er nødvendig for at bryde bindingerne, som holder vandmolekylet sammen, og derfor fordamper vand meget hurtigt omkring kogepunktet (100° C, 212° F) og omvendt meget langsomt, når temperaturen er i nærheden af frysepunktet. Når den relative fugtighed i luften er 100 %, er det et udtryk for, at luften er mættet med vanddamp, og i sådanne situationer kan fordampningen ikke forløbe. Fordampningsprocessen fjerner varme fra miljøet, hvilket er årsagen til, at vand som fordamper fra huden virker kølende.

Fordampning og vandkredsløbet

Fordampning fra oceanerne er den væsentligste kilde til vanddamp i atmosfæren. Oceanernes store overfladeareal (mere end 70 % af jordens overflade er dækket af oceanerne) muliggør fordampning i meget stor skala. På global skala er mængden af vand, som fordamper af nogenlunde samme størrelsesorden som mængden af vand, der falder som nedbør. Dette varierer imidlertid en hel del afhængigt af den geografiske lokalitet. Over oceanerne er fordampningen generelt større end nedbøren, hvorimod over land er nedbøren typisk større end fordampningen. Størstedelen af vandet som fordamper fra oceanerne falder også som nedbør i oceanerne. Kun omkring 10 % af vandet der fordamper over oceanerne transporteres hen over land, hvor det falder som nedbør. Når vand er fordampet har vandmolekylerne omtrentlig en opholdstid på ca. 10 dage i atmosfæren.

Evapotranspiration: Det er processen hvorved vand i og på jorden transformeres til vanddamp i atmosfæren, dels igennem fordampning fra jorden og dels igennem planternes transpiration.

Selv om nogle definitioner af evapotranspiration inkluderer fordampning fra overfladevand, så som søer og vandløb, ja i nogle tilfælde sågar fordampning fra oceaner, så er evapotranspirationen på denne hjemmeside defineret som vand tabt til atmosfæren fra jordoverfladen, herunder fordampning fra den kapillærer zone og grundvandsspejlet samt transpiration af vand fra grundvandszonen gennem planternes blade.

Transpiration og planternes blade

Transpiration er den proces, hvormed vand transporteres fra jorden ind i planterødderne  gennem planten og ud gennem små huller på bladenes underside (stomata) som vanddamp til atmosfæren. Principielt kan transpiration defineres som fordampning af vand fra planternes blade. Det er estimeret, at omkring 10 % af den fugtighed (vanddamp), som eksisterer i atmosfæren, er frigjort fra planterne gennem transpirationsprocessen.

Plantetranspiration er en usynlig proces, idet frigivelsen af vand fra bladenes stomata åbninger ikke kan ses med det blotte øje. Gennem en vækstsæson kan et blad transpirerer mange gange sin egen vægt. For et eksempel kan et stort egetræ transpirerer 151.000 liter (ca. 40000 gallons) pr. år.

Atmosfæriske forhold som påvirker transpirationen

Mængden af vand som transpireres varierer afhængig af lokalitetens geografiske placering og over tid. Herudover er der en række faktorer som også har betydning for transpirationsraterne.

• TemperaturTranspirationsraten øges med stigende temperaturer specielt i vækstsæsonen, hvor luften er varm, og planterne er i god vækst.
• Relativ fugtighed: Med stigende relativ fugtighed omkring en plante falder transpirationen, idet det er lettere for vand at fordampe i tør luft end i vandmættet luft.
• Vind og luftens bevægelse: øget bevægelse af luften omkring en plante vil resultere i højere transpiration.
• Plante arten: Planter transpirerer med forskellige rater. Planter fra tørre (aride) områder, så som kaktus, har evne til at transpirere med væsentlig lavere rater end mange andre planter.

Sublimation: Tilstandsændring af is eller sne direkte til vanddamp uden forudgående smeltning.

For dem som interesserer sig for det hydrologiske kredsløb er sublimation ofte refereret som den proces, der omdanner sne og is til vanddamp i atmosfæren uden først at smelte. Under visse klimatiske forhold er sublimation en almindelig proces for snetab.

Umiddelbart kan man ikke se sublimationsprocessen. En måde hvorpå man kan illustrere resultatet af sublimation er ved at hænge en våd t-shirt udenfor i frostvejr. Herved vil vandet fryse, men over tid vil isen forsvinde fra t-shirten. Den bedste måde hvorpå sublimationsprocessen imidlertid kan illustreres er ikke ved at bruge vand men derimod ved at anvende tøris (frosset karbon dioxid), som billedet illustrerer. Tøris  er et fast stof, som sublimerer eller omdannes til en gasart ved temperaturer over -78.5 °C (-109.3 °F). Tågen som ses på billedet er en blanding af kold karbon dioxid gas og kold og fugtig luft, der dannes efterhånden, som tørisen sublimerer.

Sublimation er mere tilbøjelig til at ske under visse vejrmæssige betingelser så som ved lav relativ fugtighed og tørre vinde. Processen forløber mere udpræget i store højder, hvor lufttrykket er mindre end i lavere højder. Energi såsom sollys er også nødvendigt for, at sublimationen kan forløbe. Hvis man skulle udvælge et sted på jorden, hvor sublimationsprocessen forløber i udpræget grad, kan man med god grund vælge sydsiden af bjerget Mt. Everest, idet der her er lave temperaturer, meget vind, intenst sollys og et meget lavt lufttryk – alle vejrbetingelser der favoriserer sublimationsprocessen.

Vand i atmosfæren som damp, skyer og fugtighed.

Atmosfæren er fuld af vand

Selvom atmosfæren måske ikke er det bedste lager for vand, kan den betragtes som en "motorvej",  der hurtigt flytter vandet rundt på kloden. Der er altid vand i atmosfæren. Skyer er den mest synlige form for vand i atmosfæren, men selv klar luft kan indeholde vand i form af partikler, der er så små, at de ikke kan ses. Vandet i atmosfæren udgør ca. 12900 kubikkilometer, og hvis man forestiller sig, at alt dette faldt jævnt på en gang ville det svare til ca. 25 mm nedbør, eller hvad der svarer til en tomme.

Kondensation: Vand som skifter fase fra damp til væske

Kondensation er den process, hvormed vand i form af damp skifter fase til væske. Kondensation er en vigtig proces for vandkredsløbet, idet processen danner skyer. Skyer producerer nedbør, som er den primære måde, hvorpå vand kommer ned på jorden. Kondensation er den modsatte proces af fordampning.

Kondensation er også processen bag tåge, f.eks. når ens briller dugger efter at man har været inde i et koldt rum og går udendørs på en varm fugtig dag, eller når vand løber af på ydersiden af et glas med koldt vand, eller når der på en kold dag, løber vand på indersiden af et vindue.

Kondensation i luften

Selv når der ikke findes skyer på himlen, er der vand i atmosfæren i form af vanddamp og dråber, som er så små, at de ikke kan ses. Vandmolekyler forenes omkring meget små partikler af støv, salt eller røg i luften og danner herved dråber, som herefter kan vokse sammen til større dråber for til sidst at kunne danne skyer, hvorfra nedbør kan udløses.

Skyer dannes i atmosfæren som konsekvens af, at  luft indeholdende vanddamp stiger op og afkøles. Solen opvarmer luften nær jordens overflade, og herved bliver luften lettere, og dermed stiger den opad i atmosfæren, hvor temperaturen er lavere. Efterhånden som luften bliver køligere, sker en øget kondensation, og skyer kan dannes.

Nedbør: Frigivelse af vand fra skyerne

Nedbør er vand som frigives fra skyerne i form af regn, slud, sne eller hagl. Dette er den primære proces, hvormed vand fra atmosfæren kommer ned til jorden. Størstedelen af nedbøren falder som regn.

Hvordan formes regndråber?

Skyerne i atmosfæren indeholder vanddamp og vanddråber, der er så små, at de ikke falder som nedbør, men som samtidig er store nok til at forme skyer. Vand fordamper og kondenserer kontinuerligt i skyerne. Størstedelen af det kondenserede vand i skyerne falder ikke som nedbør på grund af luftens opdrift på skyerne. For at nedbør finder sted, kræver det, at meget små vanddråber støder sammen og danner større dråbestørrelser, der er så tilstrækkelig tunge, at de falder ud af skyerne. For at producere én regndråbe kræver det, at millioner af små dråber i skyerne støder sammen.

Intensiteten i nedbørsraterne varierer geografisk og henover tid.

Nedbør falder ikke i samme mængder over hele verden, ej heller i et land eller for den sags skyld i en by. F.eks. kan der i Atlanta, Georgia, USA, falde 25 mm i en enkelt sommertordenbyge  hvorimod det bare få kilom ter væk overhovedet ikke regner. Den månedlige nedbørsmængde i Georgia svarer omtrentlig til den årlige nedbørsmængde i Las Vegas, Nevada. Verdensrekorden for den årlige middelnedbør tilfalder bjerget Mt. Waialeale, Hawaii, hvor det i gennemsnit regner ca. 11400 mm pr. år (450 inches pr. år). I kontrast hertil har det ikke regnet i 14 år i Arica, Chile.

Nedenstående kort viser årlig middel nedbør i millimeter og inches for hele verden. De lysegrønne områder kan betragtes som ørken områder. Forventeligt falder Sahara i Afrika ud som ørken, men har du overvejet, at store dele af Grønland og Antarktis er ørken?

Opmagasinering af vand i is, gletchere og sne

Permanent isdække (indlandsis) rundt om på jorden

Vand opmagasineres for lange perioder i is, sne og gletchere, men det til trods udgør dette vand også en del af vandkredsløbet. Størstedelen, omkring 90 %, af alt sne på jorden findes på Antarktis, mens indlandsisen på Grønland udgør omkring 10 % af den samlede ismasse. På Grønland er indlandsisen genemsnitligt ca.1500 meter (5000 fod) tyk, men kan lokalt være helt op til 4300 meter tyk (14000 fod).

Is og gletchere kommer og går

Det globale klima ændrer sig hele tiden, selvom det almindeligvis ikke går så hurtigt, at mennesker opfatter det. Der har været mange varme perioder i det globale klima eksempelvis for ca. 100 millioner år siden, hvor dinosaurene levede. Der har ligeledes været mange kolde perioder, såsom Weichel-istiden, som i Danmark sluttede for ca. 14000 år siden. Gennem denne istid var store dele af den nordlige halvkugle dækket af is og gletchere.

Fakta om indlandsis og gletchere

• Gletcheris dækker ca. 10 til 11 procent af alt land.
• Hvis alle gletchere smeltede idag ville vandstanden i havene stige omkring 70 meter (230 fod). Kilde: National Snow and Ice Data Center
• Gennem den sidste istid var havoverfladen omkring 122 meter lavere, end den er i dag, og glecthere dækkede næsten en tredjedel af jordoverfladen.
• Gennem den seneste varme periode for ca. 125000 år siden, var havoverfladen ca. 5.5 meter højere, end den er i dag. For omkring tre millioner år siden var havoverfladen omtrent 50 meter højere, end den er i dag.

Afstrømning af smeltevand til floder og vandløb:

På verdensplan udgør smeltevand en stor andel af den globale mængde vand, der transporteres. Om foråret i kolde egne udgør smeltevand en stor del af afstrømningen i floder og vandløb. Smeltevand kan udover oversvømmelser forårsage jordskred og føre store mængder sten og sediment med strømmen.

En god måde, at forstå hvordan smeltevand påvirker afstrømningen i floder og vandløb, er ved at se på nedenstående hydrograf. Hydrografen viser den daglige middel afstrømning gennem fire år i North Fork American River nær søen North Fork i Californien, USA

Mængden af afstrømmende smeltevand varierer fra år til år og fra sæson til sæson. Sammenlignes afstrømningens maksimalværdier for år 2000 med 2001, ses at afstrømningen er væsentlig højere i år 2000. Hydrografen viser, at der i 2001 var udbredt tørke i Californien. Tørke medfører, at mindre mængder vand opmagasineres som is og sne henover vinteren, og dermed reduceres mængden af vand som er tilgængelig resten af året. Dette kan have betydning for mængden af vand i nedstrøms reservoirer og dermed også for mængden af vand, som kan bruges til vandforsyning eller vanding af markafgrøder.

Overfladisk afstrømning: Nedbør som afstrømmer over jordoverfladen til floder eller vandløb.

Overfladiske afstrømning er nedbør, der strømmer over jordoverfladen.

Mange mennesker har måske den opfattelse, at nedbør falder på jorden, strømmer over jordfladen og løber herfra ind i floder og vandløb, der løber ud i havet. Dette billede er imidlertid noget forsimplet da floder og vandløb også kan modtage og/eller tabe en hel del vand fra/til undergrunden. Dog stammer en stor del af vandet i floder og vandløb direkte fra overfladisk afstrømning.

Almindeligvis infiltrerer en del nedbør ned i jorden, men når regnen rammer en mættet eller impermabel jordoverflade, så som vej eller parkeringsplads, så begynder vandet at strømme som overfladisk afstrømning. I forbindelse med kraftige nedbørshændelser kan dette observeres i form af vand der strømmer i små bække. Dette billede illustrerer hvordan overfladisk afstrømning fra en vej strømmer til et lille vandløb. Den overfladiske afstrømning strømmer i dette tilfælde over bar jord og flytter herved sediment ind i vandløbet, hvilket er dårligt for vandkvaliteten. Den overfladiske afstrømning til dette vandløb er begyndelsen på vandets rejse tilbage til havet.

Som for alle andre dele af vandkredsløbet, varierer interaktionen mellem nedbør og overfladisk afstrømning afhængigt af geografi og tid. Enslignende nedbørshændelser som finder sted over Amazonas jungle og i den sydvestlige ørken af USA vil med al sandsynlighed producere forskellige "mønstre" for overfladisk afstrømning. Overfladisk afstrømning afhænger dels af meteorologiske forhold, såvel som, vegetation,  jordens geologi og landskabets topografi. Kun omkring en tredjedel af nedbøren som falder på land afstrømmer direkte ind i floder og vandløb for i sidste ende at retunere til havet. De tilbageværende to tredjedele fordampes, transpireres eller infiltrerer ned til grundvandet. Overfladisk afstrømning kan også anvendes af mennesker til deres daglige gøremål.

Vandløbsafstrømning: Transport af vand i en flod

United States Geologiske undersøgelser  (USGS) anvender begrebet vandløbsafstrømning for at referere til mængden af vand, som strømmer i en flod, vandløb eller bæk.

Flodernes betydning

Floder har ikke kun betydning for mennesker men for alt liv. Floder giver væresteder i naturen, hvor det er rart for både mennesker og dyr at opholde sig. Herudover har floderne en række samfundsmæssigt betydningsfulde anvendelser eksempelvis som vandforsyning af drikkevand og vandingsvand, produktion af elektricitet, recipient og transportvej for handels- og fødevarer.

Floderne er et økosystem som har stor betydning for planter og dyr og floderne bidrager til at forny grundvandsresourcen, idet der kontinuerligt foregår en udveksling af vand mellem grundvand og vandløb gennem vandløbsbunden. Sidst men ikke mindst så leder floderne flodvandet tilbage ud i havet, hvor vandet oprindeligt fordampede fra.

Oplande og floder

Når man tænker på en flod, er det vigtig også at tænke på flodens opland – men hvad er et opland? Et opland kan betegnes som det landområde, hvor alt vand som falder indenfor området afstrømmer til det samme sted. Oplandsstørrelser kan variere fra meget små, eksempelvis et fodaftryk i jorden, til noget meget stort så som alt det land, der afdræner Mississippi floden, hvor den løber ud i den Mexikanske Golf. Små oplande vil typisk udgøre mindre dele af størrre oplande. At tage oplande i betragtning er vigtigt, da den afstrømning og vandkvalitet, som kommer fra et opland, er påvirket af ting, som foregår indenfor oplandet.

Vandløbsafstrømning er altid varierende

Vandløbsafstrømning er altid varierende fra dag til dag og i andre tilfælde fra minut til minut. Den mest væsentlige influerende faktor på afstrømningen er selvfølgelig nedbøren fra oplandet. Nedbøren medfører, at vandstanden i floder og vandløb stiger såfremt der er nedbørsbidrag fra størstedelen af et opland. Størrelsen af en flod afhænger af flod- eller vandløboplandets størrelse og nedbørsmængden, som falder i dette. Floder har store oplande, og vandløb har mindre oplande. På tilsvarende måde reagerer forskellige størrelser af floder og vandløb forskelligt på nedbør. Vandstandsændringer i store floder er typisk langsommere end i mindre vandløb. I mindre oplande kan vandstanden i et vandløb stige og falde indenfor minutter eller få timer, hvorimod store floder kan tage dagevis om at stige eller falde og oversvømmelser kan herved vare flere dage.

Opmagasinering af ferskvand: Ferskvand på jordens overflade

Den del af vandkredsløbet, som tydeligvis er essential for alt liv på jorden, er det ferskvand som opmagasineres på jordens overflade. Overfladevand omfatter vand i floder, vandløb, søer, vandhuller, reservoirer og ferskvandsvådområde

Mængden af vand i floder, vandløb og søer afhænger og varierer af, hvormeget vand der ind- og udstrømmer. Indstrømningen stammer fra nedbør, overfladisk afstrømning, indsivning af grundvand,og indstrømning fra højere ordens vandløb.  Udstrømning fra floder, vandløb og søer omfatter fordampning, nedsivning til grundvand og oppumpning, sidstnævnte er et resultat af mennesker i vid udstrækning også bruger overfladevand.

Overfladevand holder livet igang

Billedet af Nildeltaet viser, at selv i ørken kan livet blomstre, hvis overflade- eller grundvand er tilgængeligt, med andre ord understøtter vand på jorden liv. Grundvand er en konsekvens af, at vand har en nedadgående bevægelse fra jordoverfladen til de dybereliggende grundvandsmagasiner. Man kunne foranlediges til at tro, at fisk i havet ikke er påvirket af ferskvand, men uden tilledning af ferskvand til oceaner og have ville vandet her fordampe og med tiden forsalte, så selv fisk ikke ville være i stand til at overleve.

Ferskvand er en relativ begrænset resource på jordens overflade. Kun ca. tre procent af alt vand på jorden er ferskvand, og ferskvand i søer og sumpe udgør kun omkring 0.29 procent af jordens ferskvand. Tyve procent af alt ferskvand findes i én sø, og det er søen Baikal i Asien. Andre tyve procent findes i de store søer (Huron, Michigan, and Superior) i USA. Floder indeholder kun omkring 0,006 procent af jordens totale ferskvandsressource. Lidt populært kan det siges, at livet på jorden i virkeligheden "overlever" på, hvad der svarer til "en dråbe i havet".

Infiltration: Den nedadgående vandbevægelse fra jordoverfladen ned i jorden.

Grundvand begynder som nedbør

Overalt i verden filterer en vis andel af nedbøren ind i jorden. Hvor meget der infiltrerer afhænger af en række faktorer. Infiltration af nedbør der falder på Grønlands indlandsis er meget lillle, men infiltration kan også være meget stor som på billedet fra vandløbet i Georgia , USA hvor vandet løber direkte til grundvandet.

Infiltreret vand vil i nogle tilfælde forblive i de øverste jordlag, hvor det måske vil strømme ind i et vandløb gennem vandløbsbanken. Alternativt kan en del af vandet infiltere til dybereliggende jordlag, hvor det vil forny grundvandet. I porøse grundvandsmagasiner, hvor vandet kan transporteres tilstrækkeligt, kan mennesker foretage oppumpninger fra grundvandsmagasinet, og vandet kan bruges til en række forskellige formål. Vandet i grundvandsmagasiner kan transporteres over lange distancer eller forblive opmagasineret i lang tid, før vandet retunerer til overfladen eller siver ud i søer, vandløb eller havet.

Underjordisk vand

Nedbøren infiltrerer typisk først gennem en umættet zone for siden hen at infiltere i en mættet zone. I den umættede zone er jordens porevolumen ikke fuldstændig fyldt med vand. øverst i den umættede zone også kaldet rodzonen, kan der gro planter, hvis rødder medvirker til at danne en porestruktur i jorden som gør, at nedbør lettere kan infiltrere. Under rodzonen er der en mættet zone, dvs. jordens porevolumen er fuldstændig fyldt med vand. Fra sådanne mættede lag med tilstrækkelig god transportevne kan der laves brønde eller boringer, hvorfra der kan pumpes vand.

Grundvand: Vand under jordoverfladen i mættede zoner

Grundvand en del af vandkredsløbet

Store mængder vand er opmagasineret i jorden som grundvand. Selvom man taler om, at grundvandet er opmagasineret, bevæger det sig i nogle tilfælde dog meget langsomt, men udgør alligevel en del af vandkredsløbet. Størstedelen af grundvandet kommer fra nedbør, der infiltrere igennem jordoverfladen. I den øverste umættede del af jorden ændrer vandindholdet sig med tiden, men bliver kun sjældent mættet. Under den umættede zone er den mættede zone, hvor hele jordens porevolumen, dvs. porer, sprækker og hulrum mellem jordpartikler, er fyldt med vand. Grundvand er defineret, som vand der befinder sig under disse mættede betingelser. Enorme mængder vand er fra naturens side opmagasineret som grundvand, og mennesker overalt på jorden afhænger af grundvandet i deres dagligdag.

Jeg håber, at du påskønner den tid, jeg har brugt på at grave dette hul på stranden i varmen! Det er en god måde at illustrere forekomsten af de mættede forhold under vandspejlet. Bølgerne fra havet er umiddelbart til højre for det gravede hul, og vandspejlet i hullet er i samme niveau som havets overflade. Vandspejlet i hullet er imidlertid påvirket af en døgnvariation, som afhænger af tidevandet, dvs. når tidevandet stiger, så stiger vandspejlet i hullet og omvendt, når tidevandet falder.

Det gravede hul på stranden kan groft sammenlignes med en brønd eller boring, der bruges som adgang til grundvandet. Hvis hullet på billedet havde indeholdt ferskvand, ville mennersker kunne tage en spand med vand fra hullet og bruge det til drikkevand eller vande deres planter i haven. Hvis man forsøgte at tømme hullet for vand med en spand, ville hullet med det samme fyldes igen, da sandet er så permabelt, at vandet hurtigt strømmer igennem sandet og dermed hurtigt kan fylde hullet. For at få adgang til ferskvand skal man foretager boringer eller grave brønde så dybe, at de rækker ned i et grundvandsmagasin. Dybden af sådanne brønde eller boringer varierer typisk fra mellem få meter til flere hundrede meter, men konceptet er det samme som for det gravede hul i sandet. Med boringer eller brønde opnår man med andre ord adgang til grundvandet i den mættede zone, hvor jordens porevolumen er fyldt med vand.

Grundvandsudstrømning: Bevægelse af  vand ud af grundvandsmagasinet

Man ser vand omkring sig hver dag enten i havet, søer, floder eller vandløb i form af enten is, sne eller regn, men der er også store mængder vand som ikke ses, og det er vandet som strømmer i undergrunden. Mennesker har brugt grundvand i tusinder af år og gør det forsat i dag, primært til drikkevand og markvanding. På samme måde som for overfladevand afhænger livet også af grundvandet.

Grundvand strømmer i undergrunden

Noget af den nedbør, der falder på jorden, infiltrerer gennem jordoverfladen og bliver til grundvand. Når vandet er infiltreret ind i jorden kan en del af vandet transporteres forholdsvis tæt på jordoverfladen og udsive hurtigt til vandløb eller flod gennem vandløbsbund eller – brink, men på grund af tyngdekraften, vil en større andel typisk forsætte med at perkolere til dybere jordlag.

Som diagrammet viser, er retning og hastighed af en grundvandstrømning bestemt af forskellige karakteristika af grundvandsmagasinet og de magasinadskillende lag (komprimerede geologiske lag med lav permeabilitet). Vandbevægelse i jorden afhænger af jordens hydrauliske ledningsevne (dvs. jordens evne til at transportere vand) og porøsistet (dvs. størrelsen af jordlagets porevolumen). Hvis jordlagets beskaffenhed tillader, at vand relativt let kan transporteres igennem laget, så kan grundvandet bevæge sig over store afstande i løbet af få dage, men i andre tilfælde kan grundvandet også perkolere til dybere lag, hvor det kan tage tusinder af år, inden vandet igen vil komme tilbage i miljøet.

Kilde: Lokalitet hvor grundvand udstrømmer igennem jordoverfladen

Hvad er en kilde?

En kilde er et resultat af et grundvandsmagasin fyldes til et punkt, hvor vandet flyder ud på jordoverfladen. Størrelsen af kilder varierer fra små kilder, hvorfra det kun strømmer, når det har regnet meget til enorme basiner, hvorfra der strømmer hundrede af millioner liter pr. dag.

Kilder kan dannes i en hvilken som helst undergrund men forekommer ofte i forskellige former for kalksten, der let danner sprækkestrukturer og som kan opløses af sur regn. Når kalkstenen opløses, dannes sprækker, hvori vandet kan strømme. Hvis strømningsretningen er horisontal, er der mulighed for, at vandet når jordoverfladen med en kilde til følge.

Kildevand er ikke altid klart

Kildevand er som regel klart. Fra nogle kilder er vandet imidlertid okkerbrunt, som i kilderne fra Colorado, USA. Den okkerbrune farve skyldes, at grundvandet kommer i kontakt med jernmineraler i jorden. Det farvede kildevand kan indikere, at vandet strømmer hurtigt gennem store kanaler.

Varme kilder

Varme kilder er i princippet almindelige kilder dog med den undtagelse, at vandet er varmt og i nogle tilfælde meget varmt som eksempelvis i mudderkilderne i Yellowstone National Park i Wyoming, USA. Mange varme kilder er lokaliseret i regioner, hvor der er observeret vulkansk aktivitet. I sådanne områder opvarmes kildevandet ved, at det kommer i kontakt med varme sten dybt under jordoverfladen. Stenene bliver varmere med dybden under jordoverfladen, og hvis vand dybt under jordoverfladen når en sprække, der har kontakt til jordoverfladen, kan der opstå en varm kilde. Varme kilder findes mange steder på jorden og kan  endda sameksistere med isbjerge, som billedet af de glade grønlændere vidner om.

Global vandbalance

For en detaljeret forklaring på hvor jordens vand eksistererer, kan man se på nedenstående figur og tabel. På nuværende tidspunkt ved du, at vandkredsløbet beskriver transporten af jordens vand, så konceptuelt repræsenterer figuren og tabellen jordens vand på et bestemt tidspunkt, så hvis man regner tusind eller hundretusinde år tilbage vil disse tal afvige.

Bemærk at af hele jordens vandbeholdning dvs. ca. 1386 millioner kubikkilometer er over 96 % saltvand, og af hele jordens ferskvandsressource er over 68 % bundet i is og gletchere. Yderligere 30 % af ferskvandet forefindes som grundvand. Fersk overfladevand så som vand i søer og floder udgør kun omkring 93100 kubikkilometer, hvilket svarer til ca. en syvhundrededel procent af jordens totale vand, det til trods er vandet i floder, vandløb og søer de vandressourcer, som flest mennesker anvender dagligt.

Kilde: Gleick, P. H., 1996: Water resources. Encyclopedia of Climate and Weather, ed. by S. H. Schneider, Oxford University Press, New York, vol. 2, pp.817-823.

Dansk oversættelse af Robert Nøddebo Poulsen, MSc, DHI Water & Environment, Hørsholm, Denmark.