(πηγές: το παρακάτω κείμενο και οι πίνακες προέρχονται σταχυολογημένα
από τις δημοσιεύσεις α) Perlman, H., C. Makropoulos, and D. Koutsoyiannis, 2005- The water cycle,
http://ga.water.usgs.gov/edu/watercyclegreek.html,
19 pages, United States Geological Survey. β) Κουτσογιάννης Δ., και Θ. Ξανθόπουλος, 1999-Τεχνική Υδρολογία, Έκδοση 3, Εθνικό
Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα,. Η επιφανειακή και η υπόγεια συνιστώσα απορροής
αναφέρονται στην έξοδο προς τη θάλασσα. γ) Κουσουρής Θ., 1998- Το νερό στη Φύση,
στην ανάπτυξη, στην προστασία του περιβάλλοντος, Μονογραφίες Θαλάσσιων Επιστημών,
ΕΚΘΕ, Ειδική έκδοση Ι, 188σελ. δ) 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).
Το νερό της Γης είναι πάντα σε
κίνηση και πάντα σε αλλαγή, από την υγρή μορφή στην αέρια ή σε πάγο ξανά και
αντίστροφα. Έτσι, ο κύκλος του νερού ή ο υδρολογικός κύκλος, περιγράφει την
παρουσία και την κυκλοφορία του νερού στην επιφάνεια της Γης, καθώς και κάτω
και πάνω απ’ αυτή. Η έννοια του υδρολογικού κύκλου είναι πολύ παλιά. Ο Αναξαγόρας
(αρχαίος Έλληνας φιλόσοφος και αστρονόμος, 500-428π.Χ.) και ο Αριστοτέλης (αρχαίος
Έλληνας φιλόσοφος, 384-322 π.Χ.) είχαν αντιληφθεί την αέναη ανακύκλωση του νερού
μεταξύ ξηράς και ατμόσφαιρας και έτσι διατυπώθηκε για πρώτη φορά η έννοια του
υδρολογικού κύκλου. Ο ποιητής Ξενοφάνης (αρχαίος φιλόσοφος και ποιητής, 570-480
π.Χ.) έλεγε «… πηγή δ΄ εστί θάλασσα ύδατος, πηγή σ΄ανέμοιο… ούτε ροαί
ποταμών, ουτ’ αιθέρος, όμβριον ύδωρ, αλλά μέγας πόντος γενέτωρ νεφέων ανέμων τε
και ποταμών…». Δηλαδή, ‘’η θάλασσα
είναι πηγή του νερού και του ανέμου, ούτε τα ρεύματα των ποταμών ούτε το νερό
της βροχής και της ατμόσφαιρας θα υπήρχε χωρίς τον ωκεανό. Αυτός είναι ο
γεννήτορας των νερών, των ανέμων και των ποταμών’’. ....(για περισσότερα)
Ο κύκλος του νερού λειτουργεί
εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια. Η ζωή στη Γη εξαρτάται απ’ αυτόν. Ο υδρολογικός
κύκλος, σαν κύκλος που είναι, δεν έχει αρχή, αλλά είναι σύνηθες να ξεκινήσει
κανείς απ’ τη θάλασσα. Ο ήλιος, που κινεί τον κύκλο του νερού, θερμαίνει το
νερό στη θάλασσα (στους ωκεανούς) το οποίο εν μέρει εξατμίζεται και ανυψώνεται
με τη μορφή ατμού στον αέρα. Νερό εξατμίζεται ακόμα από τις λίμνες, τα ποτάμια
και το έδαφος. Η διαπνοή των φυτών είναι μια ακόμη λειτουργία που αποδίδει
υδρατμούς στην ατμόσφαιρα. Αλλά και τα ζώα με την αναπνοή τους αποδίδουν υδρατμούς
στην ατμόσφαιρα. Η Γεωλογική Υπηρεσία των ΗΠΑ (USGS) έχει διακρίνει 16 μέρη του
υδρολογικού κύκλου που είναι: Αποθήκευση νερού στη θάλασσα, Εξάτμιση, Εξατμισοδιαπνοή,
Εξάχνωση, Νερό στην ατμόσφαιρα, Συμπύκνωση, Κατακρημνίσματα, Αποθήκευση νερού
σε πάγους και χιόνια, Απορροή από λιώσιμο του χιονιού, Επιφανειακή απορροή, Ροή
σε υδατορεύματα, Αποθήκευση γλυκού νερού, Διήθηση, Αποθήκευση υπόγειου νερού, Εκφόρτιση
υπόγειου νερού, Πηγές.
Η κατανομή του νερού στη βιόσφαιρα
είναι ανομοιόμορφη και ιδιάζουσα, καθώς το 95% περίπου του νερού της είναι
χημικά δεσμευμένο στα πετρώματα, και έτσι δεν συμμετέχει άμεσα στον υδρολογικό
κύκλο και δεν είναι αξιοποιήσιμο από τον άνθρωπο. Από το υπόλοιπο νερό του
πλανήτη μας, το 97% περίπου είναι αλμυρό (νερό ωκεανών και θαλασσών), το 2,37%
περίπου αποτελεί τους πολικούς πάγους και παγετώνες, το 0,6% περίπου
περιλαμβάνει τα υπόγεια νερά μεγάλου βάθους και μόνο το 0,03% περιλαμβάνει τα
επιφανειακά νερά, τα προσβάσιμα νερά (ποτάμια, λίμνες, υδρατμοί της
ατμόσφαιρας, υγρασία και νερό του εδάφους, υπόγεια υδάτινα αποθέματα σε μικρό
σχετικά βάθος από την επιφάνεια της γης, νερό που περιέχεται στην πανίδα και
χλωρίδα, το νερό των φρούτων και λαχανικών, το νερό στις σάρκες των ζώων, κλπ).
Ειδικότερα, το νερό στον πλανήτη μας, εκτιμάται στα 1386 Χ106Κm3, από τα οποία περίπου
1.338 Χ106Κm3
(το 96,5%) είναι αποθηκευμένο στους ωκεανούς. Η ποσότητα όμως αυτή μεταβάλλεται
κατά τη διάρκεια μεγάλων χρονικών περιόδων. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια
πιο ψυχρών κλιματικών περιόδων, σχηματίζονταν περισσότερα παγόβουνα και
παγετώνες με αποτέλεσμα να υπήρξε τότε λιγότερο νερό στους ωκεανούς. Το
αντίθετο συμβαίνει στις θερμές κλιματικές περιόδους. Κατά τη διάρκεια της
τελευταίας εποχής των παγετώνων, η στάθμη των ωκεανών ήταν περίπου 122 μέτρα
χαμηλότερη της σημερινής. Ενώ, πριν από περίπου τρία εκατομμύρια χρόνια, όταν η
Γη ήταν πιο θερμή, η στάθμη των ωκεανών μπορεί να ήταν μέχρι και 50 μέτρα πιο
ψηλά απ΄ ότι είναι σήμερα.
Στον παρακάτω πίνακας παρουσιάζεται η κατ’εκτίμηση κατανομή
του νερού της Γης, σε μια δεδομένη χρονική στιγμή.
|
Μορφή Νερού
|
Όγκος νερού σε κυβικά χιλιόμετρα
|
Ποσοστό γλυκού νερού (%)
|
Ποσοστό συνολικού νερού
|
|
|
Ωκεανοί
και Θάλασσες
|
1.338.000.000
|
--
|
96,5
|
|
|
Παγόβουνα,
Παγετώνες & Μόνιμο Χιόνι
|
24.064.000
|
68,7
|
1,74
|
|
|
Ατμόσφαιρα
|
12.900
|
0,04
|
0,001
|
|
|
Αλμυρό Νερό
|
12.870.000
|
--
|
0,94
|
|
|
Γλυκό Νερό
|
10.530.000
|
30,1
|
0,76
|
|
|
Υπόγειο
Νερό
|
23.400.000
|
--
|
1,7
|
|
|
Εδαφική
Υγρασία
|
16.500
|
0,05
|
0,001
|
|
|
Εδαφικός
πάγος & Μόνιμα παγωμένο έδαφος
|
300.000
|
0,86
|
0,022
|
|
|
Λίμνες
|
176.400
|
--
|
0,013
|
|
|
-----Γλυκού νερού
|
91.000
|
0,26
|
0,007
|
|
|
-----Αλμυρού νερούές
|
85.400
|
--
|
0,006
|
|
|
Έλη
|
11.470
|
0,03
|
0,0008
|
|
|
Ποταμοί
|
2.120
|
0,006
|
0,0002
|
|
|
Βιολογικό
Νερό
|
1.120
|
0,003
|
0,0001
|
|
|
Σύνολο
|
1.386.000.000
|
-
|
100
|
|
|
Πηγή: 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.
|
||||
Παρατηρούμε πως από τα συνολικά 1.386 εκατομμύρια κυβικά
χιλιόμετρα του νερού στη Γη περισσότερο από 96% είναι αλμυρό. Επίσης, το 68%
του γλυκού νερού είναι δεσμευμένο σε πάγο και παγετώνες. Ακόμα ένα 30% του
γλυκού νερού βρίσκεται σε υπόγειους υδροφορείς. Το επιφανειακό γλυκό νερό που
βρίσκεται σε ποτάμια και λίμνες είναι συνολικά 93.100 κυβικά χιλιόμετρα και
αντιπροσωπεύει περίπου το 1/150 του 1% του συνολικού νερού στη Γη. Παρά ταύτα,
τα ποτάμια και οι λίμνες είναι οι βασικές πηγές νερού για την κάλυψη των
ανθρώπινων αναγκών.
Το γεγονός ότι οι λίμνες και τα ποτάμια, δηλαδή τα
επιφανειακά νερά, είναι οι κύριες πηγές νερού, ή αλλιώς υδατικοί πόροι,
φαίνεται να έρχεται σε αντίθεση με την εικόνα που δίνει ο παραπάνω πίνακας,
σύμφωνα με την οποία τα υπόγεια νερά είναι κατά τάξεις μεγέθους περισσότερα από
τα επιφανειακά. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί αν σκεφτούμε ότι οι πόροι του νερού δεν
είναι αποθεματικοί (όπως π.χ. είναι το πετρέλαιο) αλλά ανανεώσιμοι. Επομένως , αυτό
που έχει σημασία δεν είναι η ποσότητα νερού που είναι αποθηκευμένη, αλλά αυτή
που ανανεώνεται κάθε χρόνο. Έτσι, λοιπόν, τα επιφανειακά νερά διακινούνται –
και άρα ανανεώνονται – με πολύ πιο γρήγορους ρυθμούς από τα υπόγεια.
|
Εκτίμηση των μέσων ετήσιων φυσικών διακινήσεων του
νερού της Γης (συνιστωσών του υδρολογικού κύκλου)
|
||||
|
Επιφάνεια αναφοράς
|
Έκταση σε δισεκατομμύρια τετραγωνικά χιλιόμετρα
|
Διακίνηση
|
Μέσος ετήσιος όγκος σε κυβικά χιλιόμετρα
|
Ποσοστό επί των κατακρημνισμάτων, (%)
|
|
Σύνολο
επιφάνειας Γης
|
510,0
|
Κατακρημνίσματα
και
Εξατμοδιαπνοή |
577.000
|
100,0
|
|
Ωκεανοί
|
361,1
|
Κατακρημνίσματα
|
458.000
|
100,0
|
|
Εξάτμιση
|
505.000
|
110,3
|
||
|
Ξηρά
|
148,9
|
Κατακρημνίσματα
|
119.000
|
100,0
|
|
Εξατμοδιαπνοή
|
72.000
|
60,5
|
||
|
Συνολική απορροή
|
47.000
|
39,5
|
||
|
Επιφανειακή συνιστώσα απορροής
|
44.700
|
37,6
|
||
|
Υπόγεια συνιστώσα απορροής
|
2.300
|
1,9
|
||
|
Πηγή: Δ. Κουτσογιάννης και Θ. Ξανθόπουλος,
1999-Τεχνική Υδρολογία,
Έκδοση 3, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα,. Η επιφανειακή και η υπόγεια
συνιστώσα απορροής αναφέρονται στην έξοδο προς τη θάλασσα.
|
||||
Με άλλα λόγια δεν έχει τόσο σημασία η στατική εικόνα
της αποθήκευσης του νερού, αλλά η δυναμική εικόνα της κυκλοφορίας του νερού
στην υδρόγειο. Αυτή περιγράφεται από τις ποσότητες των διακινήσεων του νερού
ανάμεσα στις διάφορες μορφές, δηλαδή τις ποσότητες που μεταφέρονται μέσα στον
υδρολογικό κύκλο. Έτσι, τα πιο χαρακτηριστικά στοιχεία που παρατηρούμε στον
υδρολογικό κύκλο είναι ότι (1) Το χερσαίο τμήμα της Γης τροφοδοτείται από το
θαλάσσιο, μέσω των μηχανισμών της εξάτμισης και της μεταφοράς από τους ανέμους,
με υδρατμούς (δηλαδή νερό σε καθαρή μορφή) που φτάνουν στο 39,5% των χερσαίων
κατακρημνισμάτων (το υπόλοιπο 60,5% των χερσαίων κατακρημνισμάτων προέρχεται
από τη χερσαία εξατμοδιαπνοή). (2) Η ίδια ποσότητα (39,5%) οδηγείται μέσω της
επιφανειακής και υπόγειας απορροής από την ξηρά στη θάλασσα, για να κλείσει
έτσι ο υδρολογικός κύκλος και το υδατικό ισοζύγιο της υδρογείου. (3) Από τη
συνολική απορροή, η οποία αποτελεί και την οροφή του εκμεταλλεύσιμου υδατικού
δυναμικού, τη μερίδα του λέοντος παίρνει η επιφανειακή απορροή (η επιφανειακή
εκροή στη θάλασσα είναι περίπου 20 φορές μεγαλύτερη από την υπόγεια εκροή).
Στη
βιόσφαιρά μας, μπορεί η ατμόσφαιρα να μην είναι η μεγαλύτερη αποθήκη για το
νερό, αλλά είναι η "υπερταχεία λεωφόρος" μέσω της οποίας το νερό
μετακινείται σε παγκόσμια κλίμακα, στον υδρολογικό του κύκλο. Στην ατμόσφαιρα,
υπάρχει πάντοτε νερό. Η πιο ορατή μορφή ατμοσφαιρικού νερού είναι τα σύννεφα, αλλά
ακόμα και ο καθαρός αέρας περιέχει νερό – με τη μορφή υδρατμών που δεν είναι
ορατοί. Αν όλο το νερό της ατμόσφαιρας ήταν σε υγρή μορφή τότε ο όγκος του στο
σύνολο της ατμόσφαιρας, ανά πάσα στιγμή, θα ήταν περίπου 12.900 κυβικά
χιλιόμετρα. Εξάλλου, αν όλο το νερό της ατμόσφαιρας έπεφτε στη Γη την ίδια
στιγμή θα κάλυπτε την επιφάνειά της με νερό σε ύψος 2.5 εκατοστομέτρων.Η μεγάλη
επιφάνεια των ωκεανών (πάνω από το 70% της επιφάνειας της Γης καλύπτεται από
ωκεανούς) επιτρέπει μεγάλης κλίμακας εξάτμιση. Οι ωκεανοί, οι θάλασσες, οι
λίμνες και τα ποτάμια παρέχουν περίπου το 90% της υγρασίας της ατμόσφαιρας, ενώ
τα φυτά, μέσω της διαπνοής παρέχουν το υπόλοιπο 10%. Έτσι, η εξάτμιση από τη
θάλασσα είναι ο κύριος τρόπος με τον οποίο το νερό οδεύει προς την ατμόσφαιρα.
Σε παγκόσμιο επίπεδο, η ποσότητα νερού που εξατμίζεται είναι ίση με τη ποσότητα
του νερού που επιστρέφει στην επιφάνεια της Γης με τη μορφή κατακρημνισμάτων.
Βέβαια, η κατανομή των ποσοτήτων που εξατμίζονται και ξαναπέφτουν στη Γη, μεταβάλλεται
γεωγραφικά. Έτσι, στη θάλασσα η εξάτμιση υπερτερεί της βροχής, ενώ στη στεριά
συμβαίνει το αντίθετο. Το περισσότερο νερό που εξατμίζεται από τη θάλασσα, ξαναπέφτει
σε αυτή και μόνο περίπου το 10% του νερού αυτού μεταφέρεται πάνω από τη στεριά
και πέφτει με τη μορφή κατακρημνισμάτων. Από τη στιγμή που ένα μόριο νερού εξατμίζεται,
παραμένει στην ατμόσφαιρα για 10 περίπου ημέρες, κατά μέσο όρο. Αν και σε
πολλούς ορισμούς της εξατμοδιαπνοής υπάγεται σε αυτή και η εξάτμιση από λίμνες
ή ίσως και από τη θάλασσα, εδώ η εξατμοδιαπνοή ορίζεται ως το νερό που
διαφεύγει στην ατμόσφαιρα ως εξάτμιση από την επιφάνεια του εδάφους και ως
διαπνοή από τα φύλλα των φυτών. Τα φυτά ανακυκλώνουν ετησίως πολύ μεγάλες ποσότητες νερού, αλλά και κάθε
ζώο. Για παράδειγμα, ένα μέσου μεγέθους θηλαστικό, όπως ό άνθρωπος καταναλώνει τουλάχιστον 2,5 λίτρα νερού
ημερησίως, και ανακυκλώνει περίπου χίλια λίτρα το χρόνο, δηλαδή περί τους 70
τόνους σε όλη τη διάρκεια της ζωής του.
Το
νερό μπορεί να είναι υπόγειο που φτάνει στην επιφάνεια του εδάφους μέσω
τριχοειδών εδαφικών σωληνίσκων και στα φύλλα των φυτών μέσω του τριχοειδούς
αγγειακού συστήματος των φυτών. Η συμπύκνωση είναι η διεργασία της μετατροπής
του νερού από την αέρια στην υγρή μορφή. Η συμπύκνωση είναι σημαντική για τον
κύκλο του νερού, διότι επιτρέπει τον σχηματισμό των σύννεφων. Τα σύννεφα, παράγουν
κατακρημνίσματα (π.χ. βροχή, χιόνι, χαλάζι, ομίχλη) τα οποία είναι και ο
βασικός τρόπος με τον οποίο το νερό ξαναγυρίζει στην επιφάνεια της Γης. Η
συμπύκνωση είναι το αντίθετο της εξάτμισης. Η συμπύκνωση, είναι επίσης υπεύθυνη
για την ομίχλη, για το θάμπωμα των τζαμιών κατά τη διάρκεια μιας κρύας μέρας,
για το νερό που στάζει από το εξωτερικό ενός ποτηριού με κρύο νερό κ.ά.
Τα
κατακρημνίσματα -πτώση του νερού από τα σύννεφα-, αποτελούν τον κύριο τρόπο με
τον οποίο το νερό της ατμόσφαιρας επιστρέφει στην επιφάνεια της Γης. Η
συχνότερη μορφή κατακρημνισμάτων είναι η βροχή. Τα σύννεφα περιέχουν υδρατμούς
και υδροσταγονίδια τα οποία όμως είναι πολύ μικρά για να πέσουν ως
κατακρημνίσματα, αλλά ταυτόχρονα είναι αρκετά μεγάλα, ώστε να σχηματίζουν ορατά
σύννεφα. Το νερό συνεχώς εξατμίζεται και συμπυκνώνεται στον αέρα. Το
περισσότερο νερό που συμπυκνώνεται στα σύννεφα δεν πέφτει διότι υποστηρίζεται
από ανοδικά ρεύματα αέρα. Για να προκληθούν κατακρημνίσματα, πρέπει τα
μικροσκοπικά υδροσταγονίδια να συνενωθούν για να σχηματίσουν σταγόνες αρκετά
μεγάλες και βαριές, ώστε να πέσουν υπό την επίδραση βαρύτητας. Εξάλλου, για να
σχηματιστεί μια σταγόνα βροχής πρέπει να συνενωθούν εκατομμύρια σταγονίδια ενός
σύννεφου. Οι ίδιες ποσότητες κατακρημνισμάτων δεν πέφτουν παντού στο κόσμο,
ούτε καν μέσα σε μια χώρα ή ακόμα και σε μια πόλη. Στην Αθήνα, για παράδειγμα,
οι καλοκαιρινές καταιγίδες μπορεί να προκαλέσουν περισσότερο από 50 χιλιοστόμετρα
βροχής σε κάποιες περιοχές και να αφήσουν τελείως ξηρές κάποιες άλλες, μερικά
χιλιόμετρα πιο πέρα. Μερικές περιοχές στην Ήπειρο (Βορειοδυτική Ελλάδα)
δέχονται περισσότερη βροχή κατά τη διάρκεια ενός μήνα, από ότι η Αττική σε έναν
ολόκληρο χρόνο. Σε διεθνές επίπεδο, το παγκόσμιο ρεκόρ της μέσης ετήσιας
βροχόπτωσης ανήκει στο όρος ‘’Waialeale’’ της Χαβάης, όπου πέφτουν 11.400
χιλιοστόμετρα (11.4 μέτρα) βροχής κατά μέσο όρο το χρόνο. Αντίθετα, στην περιοχή
‘’Arica’’ της Χιλής, μέχρι πρόσφατα, είχε να βρέξει για 14 χρόνια.
Το
νερό που βρίσκεται αποθηκευμένο για μεγάλες χρονικές περιόδους στον πάγο, το
χιόνι και τους παγετώνες, αποτελεί και αυτό μέρος του υδρολογικού κύκλου. Το
μεγαλύτερο μέρος της μάζας του πάγου στη Γη, περίπου το 90%, βρίσκεται στην
Ανταρκτική, ενώ οι πάγοι της Γροιλανδίας περιέχουν το υπόλοιπο 10% της
παγκόσμιας μάζας πάγου. Στη Γροιλανδία το μέσο πάχος πάγου είναι 1.500 μέτρα,
αλλά μπορεί να μπορεί να φτάσει και τα 4300 μέτρα. Το κλίμα της Γης
μεταβάλλεται συνέχεια αν και συνήθως η μεταβολή δεν είναι αρκετά γρήγορη ώστε
να γίνεται αντιληπτή. Κατά τη διάρκεια της ιστορίας της Γης έχουν περάσει πολλές
θερμές περίοδοι, όπως η περίοδος των δεινοσαύρων πριν από 100 εκατομμύρια
χρόνια, αλλά και πολλές ψυχρές περίοδοι, όπως η τελευταία εποχή των παγετώνων
πριν από περίπου 20000 χρόνια. Κατά τη διάρκεια της τελευταίας εποχής των
παγετώνων, μεγάλο τμήμα του βόρειου ημισφαιρίου, ήταν σκεπασμένο με παγετώνες. Οι παγετώνες
καλύπτουν σήμερα το 10-11% της στεριάς της Γης. Αν όλοι οι παγετώνες έλιωναν
σήμερα, η στάθμη της θάλασσας θα ανέβαινε κατά 70 μέτρα (Πηγή: Εθνικό Κέντρο Δεδομένων Χιονιού και Πάγου των ΗΠΑ). Κατά τη
διάρκεια της τελευταίας εποχής των παγετώνων η στάθμη της θάλασσας ήταν κατά
122 μέτρα χαμηλότερη της σημερινής και οι παγετώνες κάλυπταν το ένα τρίτο
περίπου της στεριάς. Κατά τη διάρκεια της τελευταίας θερμής εποχής, 125000
χρόνια πρίν, οι θάλασσες ήταν 5.5 μέτρα ψηλότερες από σήμερα. Πριν από τρία
εκατομμύρια χρόνια, οι θάλασσες μπορεί να ήταν και μέχρι 50 μέτρα ψηλότερες από
σήμερα.
Παγκοσμίως, η
απορροή από το λιώσιμο του χιονιού προς τα υδατορεύματα αποτελεί σημαντική
συνιστώσα της κίνησης του νερού. Σε κρύα κλίματα μεγάλο μέρος της ανοιξιάτικης
απορροής και της παροχής των ποταμών προέρχεται από το λιώσιμο χιονιού και
πάγου. Το γρήγορο λιώσιμο του χιονιού προκαλεί πολλές φορές, εκτός από
πλημμύρες, κατολισθήσεις και πτώσεις κατακερματισμένων βράχων. Η απορροή από το
λιώσιμο του χιονιού μεταβάλλεται από εποχή σε εποχή αλλά και από χρόνο σε
χρόνο. Η έλλειψη νερού αποθηκευμένου με τη μορφή χιονιού το χειμώνα μπορεί να
λιγοστέψει το διαθέσιμο νερό για όλο τον υπόλοιπο χρόνο. Αυτό μπορεί να επηρεάσει
τη ποσότητα διαθέσιμου νερού στους κατάντη ταμιευτήρες, πράγμα που με τη σειρά
του μπορεί να επηρεάσει το διαθέσιμο νερό για άρδευση και ύδρευση.
Μέρος των κατακρημνισμάτων που
πέφτουν πάνω στο έδαφος, κυλούν επιφανειακά προς τα ποτάμια, σχηματίζοντας την
επιφανειακή απορροή. Στην πραγματικότητα τα πράγματα είναι πιο περίπλοκα, καθώς
τα ποτάμια κερδίζουν και χάνουν νερό μέσω του εδάφους. Συνήθως, τμήμα της
βροχής που πέφτει, ποτίζει το έδαφος, αλλά όταν το έδαφος είναι κορεσμένο ή
αδιαπέρατο, όπως πχ. ένας δρόμος ή ένα πάρκινγκ, το νερό αρχίζει να ρέει προς
τα χαμηλά με τη μορφή απορροής. Το νερό στην πορεία του προς τα ποτάμια, κυλά
μέσω αυλακιών στο έδαφος.
Όπως συμβαίνει με όλα τα μέρη
του υδρολογικού κύκλου, η σχέση μεταξύ των κατακρημνισμάτων και της
επιφανειακής απορροής μεταβάλλεται στο χρόνο και το χώρο. Παρόμοιες καταιγίδες
σε μια ζούγκλα και σε μια έρημο προκαλούν διαφορετικές μορφές επιφανειακής
απορροής. Η απορροή εξαρτάται τόσο από μετεωρολογικούς παράγοντες, όσο και από
τη γεωλογία και το ανάγλυφο της περιοχής. Μόνο το ένα τρίτο περίπου του όγκου
των κατακρημνισμάτων που πέφτει πάνω στο έδαφος, απορρέει σε υδατορεύματα και
γυρίζει στη θάλασσα. Τα υπόλοιπα δύο τρίτα, εξατμίζονται, ή διηθούνται προς τα
υπόγεια νερά. Επίσης, τμήμα της επιφανειακής απορροής χρησιμοποιείται από τον
άνθρωπο για δικές του χρήσεις, ενώ τα ποτάμια βοηθούν στην τροφοδοσία των
υπόγειων υδροφορέων μέσω της διήθησης νερού από τη κοίτη τους προς τα κατώτερα
υπεδάφια στρώματα. Και φυσικά επιστρέφεται στη θάλασσα το μεγαλύτερο τμήμα του
νερό που εισέρχεται σε αυτά.
Για την κατανόηση της
λειτουργίας του υδρολογικού κύκλου είναι σημαντική η έννοια των λεκανών
απορροής των ποταμών, των υδρολογικών τους λεκανών. Η λεκάνη απορροής είναι
εδαφική έκταση που φιλοξενεί το ποτάμι και όλους τους παραποτάμους του, ακόμη
και τα μικρά ρυάκια που καταλήγουν σε αυτό και που οδεύουν τελικά σε ένα
αποδέκτη, συνήθως τη θάλασσα ή και σε μια λίμνη σε κλειστές υδρολογικές
λεκάνες. Ακριβέστερα, λεκάνη απορροής σε μια δεδομένη θέση ενός υδατορεύματος
είναι η γεωγραφική περιοχή που τα νερά της συνεισφέρουν στην απορροή που περνά
από τη θέση αυτή του υδατορεύματος. Οι λεκάνες απορροής μπορεί να είναι από
τόσο μικρές όσο μια πατημασιά στη λάσπη, μέχρι τόσο μεγάλες όσο όλη η έκταση
που στραγγίζει στον ποταμό Αμαζόνιο στο σημείο που εκβάλλει στον Ατλαντικό
Ωκεανό. Η τελευταία, που είναι και η μεγαλύτερη από τις λεκάνες όλων των
ποταμών της υφηλίου, φτάνει τα 7.180.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα. Κάθε μεγάλη
λεκάνη απορροής μπορεί να χωριστεί σε μικρότερες επιμέρους υπο-λεκάνες (π.χ.
μια για κάθε παραπόταμο, για κάθε υδατοσυλλογή, για κάθε λίμνη). Οι λεκάνες
απορροής είναι πολύ σημαντικές διότι η ποσότητα και η ποιότητα του νερού στα
ποτάμια εξαρτώνται από ό,τι συμβαίνει μέσα στις λεκάνες, είτε το έχει
προκαλέσει ο άνθρωπος είτε όχι.
Ένα μέρος του υδρολογικού
κύκλου, που είναι προφανώς ζωτικής σημασίας για τη ζωή πάνω στη Γη, είναι το
γλυκό νερό που βρίσκεται στην επιφάνεια του εδάφους. Το επιφανειακό νερό
περιλαμβάνει υδατορεύματα, λίμνες, ταμιευτήρες (τεχνητές λίμνες) και υγρότοπους
γλυκού νερού. Η ποσότητα του νερού στα ποτάμια και τις λίμνες αλλάζει συνεχώς,
λόγω της μεταβολής των εισροών (όπως των κατακρημνισμάτων και των παροχών των
πηγών) και των εκροών (όπως της εξάτμισης και της διήθησης προς τους υπόγειους
υδροφορείς). Επίσης, η ποσότητα και η θέση του επιφανειακού νερού, αλλάζει στο
χρόνο και το χώρο, ως αποτέλεσμα είτε φυσικών είτε ανθρωπογενών διεργασιών. Το
επιφανειακό νερό επιτρέπει τη συνέχιση, τη διαιώνιση της ζωής. Ωστόσο, μόνο το
3% του νερού του πλανήτη είναι γλυκό νερό και επομένως στην επιφάνεια της Γης θεωρείται
σχετικά σπάνιο. Εξάλλου, όλες οι λίμνες και τα έλη μαζί περιέχουν μόνο το 0,29%
του γλυκού αυτού νερού. Το 20% του συνολικού γλυκού νερού των λιμνών και ελών
βρίσκεται σε μία λίμνη, τη λίμνη Βαϊκάλη στην Ασία. Άλλο ένα 20% βρίσκεται
αποθηκευμένο στις Μεγάλες Λίμνες στις ΗΠΑ (Huron, Michigan, και Superior). Επίσης,
τα ποτάμια περιέχουν μόνο το 0.006% του συνολικού γλυκού νερού του πλανήτη.
Το νερό μπορεί να ταξιδέψει
μεγάλες αποστάσεις ή να μείνει αποθηκευμένο υπόγεια για μεγάλα χρονικά
διαστήματα πριν επανέλθει στην επιφάνεια μπαίνοντας σε λίμνες, ποτάμια ή τη
θάλασσα. Παντού στον κόσμο, τμήμα του νερού που πέφτει ως βροχή ή χιόνι,
διηθείται μέσα στο έδαφος. Η ποσότητα του νερού που διηθείται εξαρτάται από
έναν αριθμό παραγόντων. Η διήθηση των κατακρημνισμάτων που πέφτουν πάνω στους
πάγους της Γροιλανδίας μπορεί να είναι πολύ μικρή, ενώ αντίθετα, όταν ένα υδατόρευμα
χάνεται μέσα σε μια καταβόθρα ή σε σπηλιά, όλο το νερό γίνεται κατευθείαν
υπόγειο νερό. Τμήμα του νερού που διηθείται μένει κοντά στην επιφάνεια του
εδάφους και μπορεί να καταλήξει τελικά σε ένα υδατόρευμα. Ένα άλλο τμήμα του
νερού, μπορεί να διηθηθεί πιο βαθιά και να τροφοδοτήσει υπόγειους υδροφορείς.
Αν οι υδροφορείς είναι κοντά στην επιφάνεια και αρκετά πορώδεις, ώστε να
επιτρέπουν τη γρήγορη κίνηση του νερού, μπορεί να φτιαχτούν πηγάδια και να
αντληθεί νερό για διάφορες ανάγκες. Καθώς το νερό διηθείται προς το υπέδαφος,
σχηματίζει συνήθως μια ακόρεστη και μια κορεσμένη ζώνη. Στην ακόρεστη ζώνη
υπάρχει νερό αλλά και αέρας στα κενά (πόρους) του εδαφικού σχηματισμού, δηλαδή
τα κενά αυτά δεν είναι τελείως γεμάτα με νερό. Το άνω μέρος της ακόρεστης ζώνης
είναι η εδαφική ζώνη. Η εδαφική ζώνη έχει κενά που δημιουργούνται από τις ρίζες
των φυτών, τα οποία επιτρέπουν στο νερό να διηθηθεί. Το νερό στην ανώτερη αυτή
ζώνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τα φυτά. Κάτω από την ακόρεστη ζώνη βρίσκεται
η κορεσμένη, στην οποία το νερό γεμίζει όλους τους πόρους του εδάφους.
Εκτός από τις καθημερινά ορατές
ποσότητες νερού, υπάρχουν και τεράστιες μη ορατές ποσότητες νερού – νερού που
βρίσκεται και κινείται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Οι άνθρωποι
χρησιμοποιούν το νερό αυτό εδώ και χιλιάδες χρόνια και συνεχίζουν και σήμερα να
το χρησιμοποιούν κυρίως για ύδρευση και άρδευση, μέσω αντλήσεων. Επομένως, η
ζωή στη Γη βασίζεται στο υπόγειο νερό όπως και στο επιφανειακό νερό.
Το αποθηκευμένο υπόγειο νερό ως
μέρος του υδρολογικού κύκλου. Μεγάλες ποσότητες νερού
βρίσκονται αποθηκευμένες κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Το νερό αυτό
συνεχίζει να κινείται, αν και συνήθως με πολύ μικρή ταχύτητα, και συνεχίζει να
αποτελεί μέρος του υδρολογικού κύκλου. Το περισσότερο υπόγειο νερό προέρχεται
από διήθηση κατακρημνισμάτων. Τα ανώτερα στρώματα αποτελούν την ακόρεστη ζώνη
όπου η ποσότητα του νερού αλλάζει με το χρόνο αλλά δεν γεμίζει πλήρως τους
πόρους του εδάφους. Κάτω από τη ζώνη αυτή υπάρχει η κορεσμένη ζώνη όπου όλοι οι
πόροι και οι ρωγμές των πετρωμάτων είναι γεμάτα νερό. Ο όρος υπόγειο νερό
χρησιμοποιείται για να περιγράψει αυτή τη ζώνη. Ο χώρος αποθήκευσης του
υπόγειου νερό αποδίδεται με τον όρο "υδροφορέας". Οι υδροφορείς ή τα
υδροφόρα στρώματα, είναι τεράστιες αποθήκες νερού της Γης και η ζωή εκατομμυρίων
ανθρώπων σε όλο τον κόσμο εξαρτάται καθημερινά από αυτούς.
Όπως προαναφέρθηκε, τμήμα των
κατακρημνισμάτων διηθείται και μετατρέπεται σε υπόγειο νερό. Από το νερό που
εισχωρεί στο έδαφος, ένα μέρος κινείται κοντά στην επιφάνεια και ξαναβγαίνει
γρήγορα με τη μορφή απορροής προς τα υδατορεύματα, υπό την επίδραση της
βαρύτητας. Όμως ένα άλλο μεγάλο μέρος συνεχίζει τη πορεία του προς βαθύτερα
στρώματα. Όπως δείχνει το διάγραμμα, η κατεύθυνση και η ταχύτητα του υπόγειου
νερού καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά των υδροφορέων και των στρωμάτων
περιορισμού (υπεδάφια στρώματα, τα οποία διαπερνά το νερό πολύ δύσκολα ή σχεδόν
καθόλου). Η υπόγεια κίνηση του νερού εξαρτάται από τη διαπερατότητα (πόσο
εύκολο ή δύσκολο είναι στο νερό να κινηθεί) και από το πορώδες (την ποσότητα
των κενών μέσα στο υλικό) των στρώσεων. Αν το υπεδάφιο στρώμα επιτρέπει στο
νερό να κινείται σχετικά γρήγορα, αυτό μπορεί να διανύσει μεγάλες αποστάσεις
στη διάρκεια μερικών ημερών. Μπορεί όμως επίσης να βυθιστεί προς βαθιούς
υδροφορείς και να κάνει χιλιάδες χρόνια μέχρι να ξαναβγεί στην επιφάνεια.
Πηγές.
Όταν ένας υδροφορέας γεμίζει τόσο ώστε το νερό να υπερχειλίσει προς την
επιφάνεια του εδάφους, δημιουργούνται πηγές. Το μέγεθος τους κυμαίνεται από
μικρές πηγές που ενεργοποιούνται μόνο μετά από δυνατές βροχές, μέχρι τεράστιες
πηγές που λειτουργούν σε μόνιμη βάση και βγάζουν χιλιάδες κυβικά μέτρα νερού
ανά ημέρα. Πηγές μπορούν να δημιουργηθούν σε κάθε τύπου πέτρωμα, αλλά είναι
συνηθέστερες σε ασβεστόλιθο και δολομίτη οι οποίοι διαλύονται από το νερό,
ιδιαίτερα όταν έχουν ρωγμές. Αυτά τα πετρώματα έχουν μεγάλη διαπερατότητα και
απορροφούν μεγάλες ποσότητες κατακρημνισμάτων, οπότε αυξάνεται η πιθανότητα
εμφάνισης πηγών, μέσω των οποίων εξέρχεται στην επιφάνεια το νερό που είχε
εισχωρήσει στα πετρώματα. Το νερό των πηγών δεν είναι πάντα διαυγές
Το νερό των πηγών είναι συνήθως
διαυγές. Υπάρχουν όμως πηγές, των οποίων το νερό έχει το "χρώμα του
τσαγιού", όπως αυτή η πηγή στο Colorado των ΗΠΑ. Το κόκκινο χρώμα
προκαλείται από το γεγονός ότι το υπόγειο νερό έρχεται σε επαφή με ορυκτά, όπως
ο σίδηρος. Η παρουσία χρώματος στο νερό των πηγών μπορεί να δείχνει ότι το νερό
περνά γρήγορα μέσα από μεγάλες υπόγειες διόδους, χωρίς να φιλτράρεται αρκετά
από τα πετρώματα ώστε να φύγει το χρώμα.
Η εξάτμιση και η διαπνοή από την
επιφάνεια του εδάφους συχνά είναι δύσκολο να ξεχωρίσουν και έτσι μιλούμε για εξατμοδιαπνοή.
Μια μικρή ποσότητα υδρατμών στην ατμόσφαιρα προέρχεται από την εξάχνωση, μέσω
της οποίας μόρια από πάγους και χιόνια μετατρέπονται απευθείας σε υδρατμούς
χωρίς να περάσουν από την υγρή μορφή. Ανοδικά ρεύματα αέρα ανεβάζουν τους
υδρατμούς στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, όπου οι μικρότερες πιέσεις που
επικρατούν έχουν αποτέλεσμα τη μείωση της θερμοκρασίας. Επειδή όμως σε χαμηλή
θερμοκρασία ο αέρας δεν μπορεί πια να συγκρατεί όλη τη μάζα των υδρατμών, ένα
μέρος τους συμπυκνώνεται και σχηματίζει τα σύννεφα. Τα ρεύματα του αέρα κινούν
τα σύννεφα γύρω απ’ την υδρόγειο. Παράλληλα τα σταγονίδια νερού που σχηματίζουν
τα σύννεφα συγκρούονται και μεγαλώνουν, και τελικά πέφτουν απ’ τον ουρανό ως κατακρημνίσματα,
η συχνότερη μορφή των οποίων είναι η βροχή. Μια μορφή κατακρημνίσματος είναι το
χιόνι, το οποίο όταν συσσωρεύεται σχηματίζει πάγους και παγετώνες. Σε σχετικά
θερμότερα κλίματα, όταν έρχεται η άνοιξη, το χιόνι λιώνει και το ξεπαγωμένο
νερό ρέει, σχηματίζοντας την απορροή από λιώσιμο του χιονιού. Η μεγαλύτερη
ποσότητα κατακρημνισμάτων πέφτει απευθείας στους ωκεανούς. Από την ποσότητα που
πέφτει στη στεριά, ένα σημαντικό μέρος καταλήγει και πάλι στους ωκεανούς
ρέοντας υπό την επίδραση της βαρύτητας, ως επιφανειακή απορροή. Η μεγαλύτερη
ποσότητα της επιφανειακής απορροής μεταφέρεται στους ωκεανούς από τα ποτάμια,
με τη μορφή ροής σε υδατορεύματα. Η επιφανειακή απορροή μπορεί ακόμη να
καταλήξει στις λίμνες, που αποτελούν, μαζί με τους ποταμούς, τις κυριότερες
αποθήκες γλυκού νερού.
Ωστόσο, το νερό των
κατακρημνισμάτων δεν ρέει αποκλειστικά μέσα στους ποταμούς. Κάποιες ποσότητες
διαπερνούν το έδαφος με τη λειτουργία της διήθησης και σχηματίζουν το υπόγειο
νερό. Μέρος του νερού αυτού μπορεί να ξαναβρεί το δρόμο του προς τα επιφανειακά
υδάτινα σώματα (και τους ωκεανούς) ως εκφόρτιση υπόγειου νερού. Όταν βρίσκει
διόδους προς της επιφάνεια της γης εμφανίζεται με τη μορφή πηγών. Ένα άλλο
μέρος του υπόγειου νερού πηγαίνει βαθύτερα και εμπλουτίζει τους υπόγειους
υδροφορείς, οι οποίοι μπορούν να αποθηκεύσουν τεράστιες ποσότητες νερού για
μεγάλα χρονικά διαστήματα. Ακόμα και το νερό αυτό όμως συνεχίζει να κινείται
και με τη πάροδο του χρόνου μέρος του ξαναμπαίνει στους ωκεανούς όπου ο κύκλος
του νερού "τελειώνει" ... και "ξεκινάει".
