VI. TàI LIệU GDMT Vũng tuần hoàn nước
Phân bổ nước trên Trái Đất
Nước đại dương
Một lượng nước khổng lồ được trữ trong các đại dương trong một thời gian dài hơn là được luân chuyển qua vũng tuần hoàn nước. Ước tính có khoảng 1.338.000.000 km3 nước được trữ trong đại dương, chiếm khoảng 96,5%, và đại dương cũng cung cấp khoảng 90% lượng nước bốc hơi vào trong vũng tuần hoàn nước.
Cú những dũng chảy trong đại dương di chuyển một khối lượng lớn nước khắp thế giới. Những sự di chuyển này có ảnh hưởng lớn đến vũng tuần hoàn nước và khí hậu. Dũng Gulf Stream được biết đến nhiều như là một dũng biển núng trong vựng Đại Tây Dương, vận chuyển nước từ vùng Vịnh Mexico ngang qua Đại Tây Dương hướng đến nước Anh. Với tốc độ 60 dặm (97 km) một ngày, dũng Gulf Stream đem theo một lượng nước nhiều bằng 100 lần tất cả các sông trên trái đất. Xuất phát từ những vùng khí hậu ấm, dũng Gulf mang theo nước ấm hơn đến Bắc Đại Tây Dương, làm ảnh hưởng đến khí hậu của một vài vùng, như phía tây nước Anh.
Bốc hơi
Bốc hơi nước là một quỏ trỡnh nước chuyển từ thể lỏng sang thể hơi hoặc khí. Bốc hơi nước là đoạn đường đầu tiên trong vũng tuần hoàn mà nước chuyển từ thể lỏng thành hơi nước trong khí quyển. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng các đại dương, biển, hồ và sụng cung cấp gần 90% độ ẩm của khí quyển qua bốc hơi, với 10% cũn lại do thoát hơi của cây.
Nhiệt (năng lượng) là nhân tố cần thiết cho bốc hơi xuất hiện. Năng lượng được sử dụng để bẻ góy những liờn kết giữa cỏc phõn tử nước, nó là nguyên nhân tại sao nước có thể dễ dàng bốc hơi tại điểm sôi (212°F, 100°C) nhưng bốc hơi rất chậm tại điểm đóng băng. Khi độ ẩm tương đối không khí đạt 100%, tức là ở trạng thái bóo hoà hơi nước, bốc hơi không thể tiếp tục diễn ra. Quỏ trỡnh bốc hơi nước tiêu thụ nhiệt năng từ môi trường, đó là nguyên nhân tại sao nước bốc hơi từ da làm bạn mát.
Bốc hơi nước từ các đại dương là cách chính để nước được luân chuyển vào trong khí quyển. Diện tớch rất lớn của các đại dương (trên 70% diện tích bề mặt của Trái Đất được bao phủ bởi các đại dương) cung cấp những cơ hội lớn cho quá trỡnh bốc hơi diễn ra. Trên phạm vi toàn cầu lượng nước bốc hơi cũng bằng với lượng giáng thủy. Mặc dù vậy, tỉ lệ giữa lượng
nước bốc hơi và lượng giáng thuỷ biến đổi theo vùng địa lý. Thụng thường trên các đại dương lượng bốc hơi nhiều hơn lượng giáng thủy, trong khi đó trên mặt đất, lượng giáng thủy vượt quá lượng bốc hơi. Phần lớn lượng nước bốc hơi từ các đại dương rơi ngay trên đại dương qua quá trỡnh giỏng thrủy. Chỉ khoảng 10% của nước bốc hơi từ các đại dương được vận chuyển vào đất liền và rơi xuống thành giáng thuỷ. Khi bốc hơi, một phân tử nước tồn tại trong khí quyển khoảng 10 ngày.
Nước khí quyển
Mặc dự khớ quyển không là kho chứa khổng lồ của nước, nhưng nó là một “siêu xa lộ” để luân chuyển nước khắp toàn cầu. Trong khí quyển luôn luôn có nước: những đám mây là một dạng nhỡn thấy được của nước khí quyển, nhưng thậm chí trong không khí trong cũng chứa đựng nước - những phần tử nước này quá nhỏ để có thể nhỡn thấy được. Thể tích nước trong khí quyển tại bất kỳ thời điểm nào vào khoảng 12.900 km3. Nếu tất cả lượng nước khí quyển rơi xuống cùng một lúc, nó có thể bao phủ khắp bề mặt trái đất với độ dày 2,5 cm.
Sự ngưng tụ hơi nước là quá trỡnh hơi nước trong không khí được chuyển sang thể nước lỏng. Ngưng tụ hơi nước rất quan trọng đối với chu trỡnh tuần hoàn nước bởi vỡ nú hỡnh thành nờn cỏc đám mây. Những đám mây này có thể tạo ra mưa, nó là cách chính để nước quay trở lại trái đất. Ngưng tụ hơi nước là quá trỡnh ngược với bốc hơi nước.
Sự ngưng tụ hơi nước cũng là nguyên nhân của hiện tượng sương, hoặc nước trên mắt kính khi ta đi từ một phũng lạnh đi ra ngoài trong một ngày nóng, ẩm ướt, cũn trong một ngày lạnh nước có thể nhỏ giọt bên ngoài cốc uống nước hay có nước ở phía bên trong cửa sổ.
Sự ngưng tụ hơi nước
Thậm chớ trờn những bầu trời trong xanh khụng một gợn mõy, thỡ nước vẫn tồn tại dưới hỡnh thức hơi nước và những giọt nước li ti không thể nhỡn thấy được. Những phân tử nước kết hợp với những phân tử nhỏ bé của bụi, muối, khúi trong khí quyển để hỡnh thành nờn cỏc hạt nhõn mõy (giọt mõy nhỏ, đám mây nhỏ), nó gia tăng khối lượng và phát triển thành những đám mây. Khi những giọt nước kết hợp với nhau, gia tăng về kích thước, những đám mây có thể phát triển và mưa có thể xóy ra.
Các đám mây hỡnh thành trong khớ quyển do khụng khớ chứa hơi nước bốc lên cao và lạnh đi. Phần quan trọng của quá trỡnh này là khụng khớ sỏt mặt đất ấm lên do bức xạ mặt trời. Nguyên nhân lớp khí quyển phía bên trên mặt đất lạnh đi là do áp lực không khí. Không khí có trọng lượng và tại mực nước biển trọng lượng của một cột không khí nén xuống trên đầu bạn khoảng 32 kg trờn mỗi inch vuông, áp lực này, được gọi là khí áp, nó là kết quả của mật độ không khí trong cột khụng khớ phớa trờn. Càng lờn cao càng ớt khụng khớ phớa bờn trờn, và vỡ thế càng ớt ỏp lực. Khớ ỏp thấp hơn và mật độ không khí giảm theo độ cao. Điều này làm cho không khí trở nên lạnh hơn.
Giỏng thủy
Giỏng thủy là nước thoát ra khỏi những đám mây dưới các dạng mưa, mưa tuyết, mưa đá, tuyết. Nó là cách chính để nước khí quyển quay trở lại Trái Đất. Phần lớn lượng giáng thuỷ là mưa. Các hạt mưa hỡnh thành như thế nào?
Những đám mây trên bầu trời chứa hơi nước và những hạt nhân mây nhỏ, các hạt nhân mây này quá nhỏ để có thể rơi xuống thành mưa, nhưng nó cũng đủ lớn để hỡnh thành nên các đám mây có thể nhỡn thấy được. Nước vẫn tiếp tục bốc hơi và ngưng tụ hơi nước trong bầu trời. Nếu nhỡn gần một đám mây, ta có thể nhỡn thấy những phần đang biến mất (đang bốc hơi) trong khi những phần khác đang phát triển (ngưng tụ). Phần lớn lượng nước được ngưng tụ trong các đám mây không rơi xuống thành giáng thuỷ. Vỡ để giáng thuỷ xảy ra, trước tiên những giọt nước nhỏ phải được ngưng tụ. Những phân tử nước có thể kết hợp với nhau thành những giọt nước lớn hơn và đủ nặng để rơi thành mưa. Cần tới hàng triệu hạt mây để hỡnh thành chỉ một hạt mưa nhỏ.
Lượng giáng thủy phân bố không đều trên thế giới, trong một nước hoặc thậm chí trong một thành phố. Vớ dụ, tại Atlanta, Georgia, Mỹ, một trận mưa giông mùa hè có thể sản sinh ra một lớp nước mưa dày 2,5 cm hoặc nhiều hơn trên một con đường, trong khi đó ở một vùng khác cách đó vài km thỡ vẫn khụ rỏo. Nhưng, tổng lượng mưa một tháng tại Georgia thường nhiều hơn tổng lượng mưa năm tại Las Vegas, Nevada. Kỷ lục thế giới về lượng mưa năm trung bỡnh thuộc về Đỉnh Waialeale, Hawaii với lượng mưa trung bỡnh là 1.140 cm. Đặc biệt, tại Arica là 1.630 cm trong mười hai tháng (nghĩa là gần 5 cm mỗi
ngày). Tương phản với lượng nước mưa dồi dào tại Arica, ở Chile đó từng khụng cú mưa trong 14 năm.
Nước băng và tuyết
Nước được giử lâu dài trong băng, tuyết, và các sông băng là một thành phần của vũng tuần hoàn nước toàn cầu. Vùng Nam cực chiếm 90% tổng lượng băng của trái đất, các đỉnh núi băng ở Greenland chiếm 10% tổng lượng băng toàn cầu. Băng và sông băng đến và đi.Trên phạm vi toàn cầu, khí hậu luôn luôn thay đổi một cách chậm chạp mà con người khó nhận biết. Đó từng cú những thời kỳ ấm thuộc kỷ khủng long cỏch đây 100 triệu năm, và những thời kỳ lạnh, như kỷ băng hà cuối cùng cách đây 20.000 năm. Trong kỷ băng hà cuối cùng này nhiều nơi của bắc bán cầu bị bao phủ trong băng và những dũng sụng băng. Gần hết Canada, nhiều vùng phía Bắc Châu Á và Châu Âu, một vài vùng ở nước Mỹ cũng bị những dũng sụng băng bao phủ. Bản đồ thế giới trỡnh bày những vựng sụng băng tồn tại cách đây 20.000 năm
Dũng chảy tuyết tan
Trờn toàn bộ thế giới dũng chảy tuyết là phần chớnh của sự luân chuyển nước toàn cầu. Trong thời kỳ mùa xuân ở những vùng khí hậu lạnh hơn, nhiều dũng chảy mặt và dũng chảy sụng ngũi xuất phỏt từ tuyết và băng. Bên cạnh việc gây ra lũ lụt, tuyết tan nhanh có thể gây ra sạt lở đất và dũng chảy bựn đá.Để hiểu được dũng tuyết tan ảnh hưởng như thế nào đến dũng chảy sụng ngũi cú thể dựa vào biểu đồ đường quá trỡnh lưu lượng trung bỡnh ngày trong 4 năm của sông North Fork American tại đập North Fork ở California. Các đỉnh cao trong biểu đồ phần lớn là do dũng tuyết tan. So sỏnh cỏc giỏ trị nhận thấy dũng chảy ngày trung bỡnh nhỏ nhất trong thỏng 3/2000 là 1.200 feet khối trờn giõy, trong khi đó lưu lượng trong tháng 8 là 55 - 75 feet khối trên giây..
Dũng chảy mặt
Nhiều người chỉ nghĩ đơn giản rằng mưa rơi, chảy tràn trên mặt đất (dũng chảy mặt) và chảy vào sụng, sau đó đổ ra các đại dương. Đó là sự đơn giản hoá, bởi vỡ cỏc sụng cũn nhận và mất nước do thấm. Tuy nhiên, lượng lớn nước trong sông là do dũng chảy trực tiếp trờn mặt đất cung cấp và được định nghĩa là dũng chảy mặt.
Thông thường, một phần nước mưa rơi thấm ngay vào đất, nhưng khi đất đạt tới trạng thái bóo hoà hay khụng thấm, thỡ bắt đầu chảy theo sườn dốc thành dũng chảy. Trong một trận mưa lớn, bạn có thể nhỡn thấy cỏc dũng nước nhỏ chảy xuôi sườn dốc. Nước sẽ chảy theo những kênh trên mặt đất trước khi chảy vào trong các sông lớn. Hỡnh vẽ biểu diễn dũng chảy mặt (dũng chảy ra từ con đường) chảy vào một con lạch nhỏ như thế nào. Trong trường hợp này dũng chảy mặt chảy trờn những vựng đất trống và lắng đọng bùn cát vào trong sông (không tốt cho chất lượng nước). Dũng chảy mặt chảy vào sụng, lại bắt đầu hành trỡnh quay trở về đại dương.Cũng giống như tất cả các thành phần khác trong vũng tuần hoàn nước, quan hệ giữa mưa và dũng chảy cũng biến đổi theo thời gian và không gian. Những trận mưa tương tự nhau xuất hiện trong vùng rừng rậm Amazon và trong vùng sa mạc tây bắc nước Mỹ sẽ sản sinh những dũng chảy mặt khỏc nhau. Dũng chảy mặt bị chi phối bởi cỏc nhõn tố khớ tượng địa vật lý và địa hỡnh. Chỉ khoảng 1/3 lượng nước mưa rơi trên bề mặt đất chảy vào sông suối và quay trở lại đại dương. 2/3 cũn lại bị bốc thoỏt hơi hoặc thấm vào nước ngầm. Con người thường sử dụng nước cho các mục đích khác nhau từ dũng chảy nước mặt.
Dũng chảy sụng ngũi
Cục Địa chất Mỹ định nghĩa “dũng chảy” là lượng nước chảy trong sông, suối, hoặc lạch nước.Sông ngũi rất quan trong khụng chỉ đối với con người mà đối với cuộc sống khắp mọi nơi. Sông ngũi khụng chỉ là một nơi rộng lớn cho con người và những con vật của họ hoạt động, con người cũn sử dụng nước sông cho nhu cầu nước uống và nước tưới, sản xuất ra điện, làm sạch chất thải (xử lý nước thải), giao thông thuỷ, và kiếm thức ăn. Sông ngũi cũn là mụi trường sống chính cho tất cả các loài động và thực vật nước. Sông ngũi bổ sung cho tầng ngậm nước ngầm dưới mặt đất qua lũng sụng, và tất nhiờn cả đại dương.
Một điều rất quan trọng khi nghiên cứu về sông ngũi là phải xem xột cỏc lưu vực sông. Lưu vực sông là gỡ? Nếu bạn đang đứng trên mặt đất ngay bây giờ, hóy nhỡn xuống. Bạn và tất cả mọi người đang đứng trên một lưu vực sông. Một lưu vực sông là vùng mà tại đó tất cả nước rơi và tiêu thoát chảy theo cùng một dũng. Lưu vực sông có thể chỉ nhỏ bằng một vết chân trên bùn hoặc đủ rộng để bao phủ toàn bộ vùng thoát nước vào trong sông Mississippi ở đó nước chảy vào Vịnh Mexico. Các lưu vực nhỏ hơn được chứa trong những lưu vực lớn hơn. Các lưu vực sông rất quan trọng vỡ dũng chảy và chất lượng nước của một con sông chịu tác động của nhiều thứ, có ảnh hưởng của con người hay không có ảnh hưởng
của con người, xuất hiện trong những vùng phía trên mặt cắt cửa ra của lưu vực. Dũng chảy sụng ngũi luụn luụn biến đổi. Dũng chảy sụng ngũi luụn thay đổi từng ngày thậm chí từng phút. Tất nhiên, mưa tác động chính tới dũng chảy trờn cỏc lưu vực. Mưa rơi làm tăng mực nước sông, và mực nước sông có thể tăng ngay cả khi mưa ở rất xa trên lưu vực sông. Ghi nhớ rằng nước mưa rơi trên lưu vực cuối cùng phải chảy ra ở mặt cắt cuối lưu vực. Độ lớn của sông phụ thuộc vào độ lớn của lưu vực. Sông lớn có lưu vực sông rộng, sông nhỏ có lưu vực sông nhỏ hơn. Tương tự như vậy, sông có kích thước khác nhau tác động khác nhau lượng mưa rơi. Trong các sông lớn mực nước lên xuống chậm hơn các sông nhỏ. Trong lưu vực nhỏ, mực nước sông có thể lên xuống tính theo phút và giờ. Những sông rộng có thể mất vài ngày để biến đổi mực nước lên xuống và thời gian lũ lên có thể kéo dài vài ngày.
Lượng trữ nước ngọt
Nước ngọt trên mặt đất, một thành phần của chu trỡnh nước, yếu tố cần thiết cho mọi sự sống trên trái đất. Nước mặt bao gồm nước trong cỏc dũng sụng, ao, hồ, hồ nhõn tạo, và cỏc đầm lầy nước ngọt.
Lượng nước trong các sông và hồ luôn luôn thay đổi phụ thuộc vào lưu lượng vào và ra. Dũng chảy vào từ mưa, dũng chảy tràn trờn mặt đất, lượng nước ngầm dưới đất, và lượng nước gia nhập từ cỏc sụng nhỏnh. Dũng chảy ra khỏi cỏc hồ và sụng bao gồm lượng bốc hơi và dung tích nước bổ sung cho nước ngầm. Con người cũng sử dụng nước mặt cho các nhu cầu thiết yếu của mỡnh. Lượng và vị trí của nước mặt thay đổi theo thời gian và không gian, một cách tự nhiên hay dưới sự tác động của con người. Nước mặt duy trỡ sự sống
Trong vựng chõu thổ sụng Nile ở Ai Cập, cuộc sống có thể sinh sôi tại những vùng sa mạc nếu được cung cấp đủ lượng nước (mặt hoặc ngầm). Nước trên mặt đất thực sự giúp duy trỡ cuộc sống. Nước ngầm tồn tại thông qua sự di chuyển của nước mặt vào trong tầng nước ngầm dưới mặt đất. Nước ngọt trên bề mặt trái đất tương đối khan hiếm. Chỉ khoảng 3% của tổng lượng nước trái đất là nước ngọt, các hồ nước ngọt và các đầm (nước) ngọt chiếm 0,29% tổng lượng nước ngọt trên trái đất, hồ BaiKal ở Châu Á chiếm 20% tổng lượng nước ngọt trên trái đất, Hồ Lớn (Huron, MichiGan, và Superior) cũng chiếm 20% tổng lượng nước ngọt trên trái đất. Các sông chỉ chiếm khoảng 0,006% tổng lượng nước ngọt trên trái đất. Ta có thể nhận thấy rằng nước ngọt, yếu tố cần thiết cho sự tồn tại cuộc sống trên trái đất, chỉ
chiếm một phần cực nhỏ “một giọt nước trong biển cả mênh mông” của tổng lượng nước trên trái đất.
Thấm
Bất cứ nơi nào trên thế giới, một phần lượng nước mưa và tuyết đều thấm xuống lớp đất và đá dưới bề mặt. Lượng thấm bao nhiêu phụ thuộc vào một số các nhân tố. Trên đỉnh băng của Greenland lượng nước mưa thấm xuống là rất nhỏ, ngược lại, một dũng sụng chảy vào trong hang động ở vùng Georgia, Mỹ, cho thấy sông cũng có thể chảy trực tiếp vào trong nước ngầm.
Một phần lượng nước thấm xuống sẽ được giữ lại trong những tầng đất nông, ở đó nó có thể chảy vào sông nhờ thấm qua bờ sông. Một phần nước thấm xuống sâu hơn, bổ sung cho các tầng nước ngầm. Nếu tầng nước ngầm nông hoặc đủ độ rỗng để cho phép nước chảy