چرخه آب

گردش آب درطبیعت که به آن چرخة آب گفته می‌شود، عبارت است از حرکت و جابجائی آب در قسمت‌‌های مختلف کره زمین. این چرخه تحت تأثیر نیرو‌های متفاوتی از جمله نیروی جاذبه، نیروی ثقل، تغییرات فشار و انرژی خورشیدی به طور پیوسته روی کره زمین در حرکت است. چرخه آب در واقع یک سیکل بدون ابتدا و انتها است. بدین ترتیب که آب از سطح دریاها و خشکی ها، تبخیر و وارد اتمسفر می‌شود. سپس بخار آب موجود در جو طی فرآیند‌های گوناگون متراکم شده و به صورت نزولات جوی روی سطح زمین، روی سطوح پوشیده شده از گیاهان یا بر سطح دریاها و اقیانوس‌ها فرو می‌ریزد. سپس نزولات جوی که به سطح زمین می‌رسد، ممکن است روی آن جاری شود که به آن رواناب گفته می‌شود و یا در خاک نفوذ کند. مقداری از آب که در داخل خاک نفوذ می‌کند یا بر اثر تبخیر به هوا بر می‌گردد یا وارد منابع آب زیرزمینی می‌شود که بخشی از آن، از طریق چشمه‌ها یا تراوش به داخل رودخانه‌ها مجدداً در سطح زمین ظاهر می‌گردد.

در تمام این موارد آب با تبخیر و بازگشت مجدد به اتمسفر، سیکل هیدرولوژی یا گردش آب در طبیعت را تکمیل می‌کند. شکل (4)، نموداری از چرخه هیدرولوژی است که نقل و انتقالات آب در طبیعت را نشان می‌دهد. همانطور که در این شکل پیداست، عناصر مهم گردش آب در طبیعت عبارتند از: بارش، رواناب، تبخیر و تعرق، نفوذ، و جریان‌‌های زیرزمینی. در ادامه هر یک از این اجزا به طور خلاصه معرفی شده‌اند.

بارندگی: مقدار آبی است که از سطح خشکی‌ها و دریاها تبخیر می‌شود، در داخل جو به طور موقت بصورت بخار ذخیره می‌گردد. این بخار آب موجود در جو طی فرآیند‌های  فیزیکی مختلف متراکم شده و به شکل ابر در می‌آید. پس از اشباع شدن ابر، قطرات آب یا ذرات یخ تشکیل شده بصورت باران، برف، تگرگ و دیگر انواع بارش را شکل می‌دهد و دوباره به زمین بر می‌گردند.

رواناب: معمولاً بخشی از باران به زمین نفوذ می‌کند، اما وقتی باران به زمین کاملاً خیس یا غیر قابل نفوذ برخورد می‌کند، مانند جاده‌ی آسفالته و یا پشت‌بام خانه‌ها، شروع به جاری شدن در جهت شیب خواهد کرد. رواناب در مسیر حرکت روی زمین، رسوب‌ و دانه‌‌های خاک را نیز با خود حمل می‌کند و به داخل رودخانه می‌آورد. این رواناب راه خود را برای بازگشت به اقیانوس شروع کرده است. رواناب‌‌های سطحی توسط عوامل هواشناسی، زمین‌شناسی و عوارض زمین (پستی‌ها و بلندی‌ها) متأثر می‌شوند. فقط حدود یک سوم بارندگی روی خشکی‌ها به نهرها و رودخانه‌ها می‌رسند و از آنجا به اقیانوس‌ها باز می‌گردند. دو سوم دیگر، تبخیر می‌شوند، تعرق پیدا می‌کنند و یا به داخل آب‌‌های زیرزمینی نفوذ می‌یابند. رواناب‌‌های سطحی توسط انسان‌ها هم برای موارد مختلف مصرف می‌شوند.

تبخیر: به تبدیل شدن مایع به بخار، تبخیر گفته می‌شود که یکی از پارامتر‌های مهم در چرخه آب است. تبخیر ممکن است از سطح آب، خاک، سطح مرطوب گیاهان، آب زیرزمینی و برف اتفاق افتد. از عوامل مؤثر بر این فرآیند می‌توان به دمای هوا، سرعت باد و تابش خورشید اشاره کرد.

تعرق: گیاهان آب را از خاک و از طریق ریشه جذب می‌کنند و طی فرایند فتوسنتز، بخار آب را از روزنه‌ها خارج می‌کنند. تبخیر هم در روز و هم در شب صورت می‌گیرد اما تعرق فقط در روز انجام می‌گیرد. مطالعات نشان داده است که تبخیر از اقیانوس‌ها، دریاها، دریاچه‌ها و رودخانه‌ها نزدیک به ٩٠ درصد رطوبت اتمسفر را تشکیل می‌دهند و ١٠ درصد باقی‌ مانده از تعرق گیاهان می‌باشد. جدا کردن مقدار تبخیر و تعرق مشکل یا تقریباً غیرممکن است، به این خاطر مقدار تبخیر و تعرق را با هم در نظر می‌گیرند و به آن " تبخیر و تعرق" می‌گویند. بجز عوامل موثر بر تبخیر، سطح برگ گیاهان، دمای هوا، سن گیاه و رنگ برگ ها نیز بر تعرق تاثیر گذارند.

نفوذ: بخشی از آب که به شکل باران و برف بر روی خشکی ها می‌بارند، به سطح زیرین خاک و سنگ نفوذ می‌یابند. مقدار این نفوذ بستگی به عوامل متعددی از جمله رطوبت خاک قبل از شروع نفوذ، پوشش زمین، جنس و ساختمان دانه‌‌های خاک و شیب زمین دارد. بخشی از آبی که نفوذ می‌کند در لایه‌ی سطحی کم عمق می‌ماند و ممکن است به درون یک نهر یا رود نشت پیدا کند. بخش دیگری از آب ممکن است به اعماق پایین‌تر برود و آبخوان‌‌های زیرزمینی را تغذیه نماید.

منابع آب زیرزمینی: فضای خالی بین دانه ‌های خاک ‌می‌تواند محلی برای ذخیره شدن آب باشد. در صورتی که لایه‌ای از خاک متخلخل که ‌می‌تواند جریان آب نفوذ کرده به خاک را از خود عبور دهد، روی یک لایه نفوذ ناپذیر قرار گیرد، یک لایه خاک تشکیل ‌می‌شود که همه فضا‌های خالی بین دانه ‌های آن با آب پر شده است. به این لایه اشباع، آبخوان ‌می‌گویند. اگر آبخوان‌ها به اندازه کافی متخلخل باشند که آب بتواند به داخل آنها نفوذ کند، مردم می‌توانند با حفر چاه از آب این آبخوان‌ها استفاده نمایند. بنابراین، آبی که از چاه استخراج ‌می‌شود، آبی است که از فضا‌های خالی بین دانه ‌های خاک تخلیه ‌می‌شود. آب می‌تواند مسافت زیادی را در زیر سطح زمین سفر کند و به‌عنوان ذخیره‌ی آب زیرزمینی برای مدت طولانی بدون بازگشت به سطح زمین به حساب آید. حرکت آب در خاک بسیار کندتر از روی سطح زمین است و به همین دلیل جایگزینی آب در منابع آب زیرزمینی ممکن است سال ها به طول انجامد.

نکته مهمی که در مورد چرخه آب باید مورد توجه قرار گیرد این است که حجم آب ثابتی در این چرخه در حرکت است و نه چیزی به آن اضافه ‌می‌شود و نه چیزی از آن کم ‌می‌شود. این بدان معنی است که میلیون ها سال است که یک حجم ثابت آب در این چرخه در گردش است. آلودگی هایی که به آب اضافه ‌می‌شود در داخل این چرخه طبیعی پالایش ‌می‌شوند هر چند که آلودگی ‌های نوپدیدی که انسان ها به آب اضافه ‌می‌کنند، ممکن است در داخل این چرخه باقی بماند و طبیعت توان حذف آن را نداشته باشد.