Cykl hydro-tektoniczny

Transkrypt

1 Cykl hydro-tektoniczny H2O odpływ subdukcja

2

3

4 Zasoby wody na Ziemi

5

6 Czas przebywania wody w rezerwuarach Element hydrosfery Średni czas przebywania Oceany 2500 lat Wody podziemne 1400 lat Czapy polarne 9700 lat Lodowce górskie 1600 lat Wieczna zmarzlina lat Jeziora 17 lat Obszary podmokłe 5 lat Woda glebowa 1 rok Rzeki 16 dni

7 Procentowy udział w danej klasie

8 N liczba jezior>a A powierzchnia (km2) Journal of Hydrology 296 (2004) 1-22

9 USGS water.usgs.gov

10 IMGW

11 Znaczenie obiegu wody Hydrosfera jest elementem łączącym biosferę, atmosferę i litosferę pośrednicząc w przekazywaniu wody, energii i substancji chemicznych. Woda, ze względu na swoje specyficzne własności fizyczne jest niezbędna dla życia wszystkich organizmów oraz jest kluczowym elementem systemu klimatycznego.

12 Pochodzenie wody na Ziemi Woda pochodzi z odgazowania płaszcza Ziemi przez erupcje wulkaniczne i lawę wypływającą na powierzchnię 1 km3 wody/rok Prawdopodobny udział komet. Całkowita ilość wody na Ziemi: 8,2 109 km3 W tym w hydrosferze: 1,4 109 km3

13 Własności fizyczne wody Ciepło właściwe 4180 J kg-1 K-1 Ciepło topnienia J kg-1 Ciepło parowania J kg-1 (15ºC) Napięcie powierzchniowe (15ºC) 0,0734 N m-1 Punkt topnienia (1013 hpa) 0 ºC Punkt wrzenia (1013 hpa) 100 ºC

14 Własności fizyczne wody uniwersalny rozpuszczalnik transport substancji duże napięcie powierzchniowe transport substancji w organizmach duża pojemność cieplna i ciepło parowania transport energii największa gęstość w 4 C ważne dla organizmów wodnych wysokie, w porównaniu do masy cząsteczkowej, temp. zamarzania i wrzenia

15 Polarna cząsteczka wody

16 Wiązanie wodorowe

17 Klatraty

18 Hydrofile - hydrofoby

19 Co napędza obieg wody? Pierwotne źródła energii na Ziemii: strumień en. (cal/cm2/min) % Prom. słoneczne 0,5 99,98 Ciepło z wnętrza Ziemi 0,9*10-4 0,018 Energia pływów 0,9*10-5 0,002

20 Parowanie z powierzchni wody Intensywność parowania zależy od: 1. Różnicy ciśnień pary wodnej na powierzchni wody i w atmosferze. 2. Intensywności transportu pary wodnej Największa zachodnie części oceanów.

21 Parowanie z powierzchni lądów Ograniczone dostępnością wody i energii słonecznej. Ewapotranspiracja = parowanie + transport wody przez rośliny

22 Globalna cyrkulacja atmosfery Napędzana jest przez przestrzenne zróżnicowanie ciśnienia atmosferycznego spowodowane: I. Zróżnicowaniem wielkości strumienia energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi. II. Pobieraniem i uwalnianiem ciepła utajonego.

23 Globalna cyrkulacja atmosfery Modyfikowana przez: Siłę Coriolisa Rozmieszczenie lądów i oceanów (różnice w nagrzewaniu) Łańcuchy górskie

24 Transport ciepła od równika do biegunów 1. Prądy oceaniczne przenoszące ciepłą wodę. 2. Wiatry przenoszące ciepłe powietrze. 3. Cyrkulacja atmosferyczna przenosząca ciepło utajone pary wodnej.

25 Opady atmosferyczne Opady atmosferyczne powstają gdy wznoszące się powietrze rozszerza się adiabatycznie w wyniku spadku ciśnienia i osiąga punkt rosy.

26 Globalny bilans opadów atmosferycznych Średnio globalnie: mm/rok oceany: 1100 mm/rok lądy: mm/rok Lloro, Kolumbia: mm/rok Arica, Chile: 0,76 mm/rok Parowanie opady oceany: mm/rok lądy: mm/rok

27 Zmienność wielkości opadów atmosferycznych Zachodzi w różnych skalach czasowych i przestrzennych (mikroklimaty). Zmienność sezonowa, zależność od położenia geograficznego, wysokości, ekspozycji. Krótkotrwałe ulewy, wieloletnie susze.

28 Opady atmosferyczne Burze konwekcyjne ciepło utajone uwolnione w wyniku kondensacji pary wodnej dostarcza energii do rozwoju chmury burzowej.

29 Wody podziemne Ich skład chemiczny kształtuje się w wyniku procesów wietrzenia chemicznego zachodzących w glebie i w kontakcie ze skałami podłoża

30 Wody podziemne Wody podziemne zasilają rzeki kształtując ich skład chemiczny

31 Rzeki Rzeki są główną drogą spływu wody z powierzchni kontynentów. Średni odpływ 0,01 m3 km-2 s-1 Występowanie rzek jest związane z obszarami, na których opady przewyższają ewapotranspirację: 10 N - 10 S Amazonka, Kongo N i S Mississipi, Jangcy

32 Bilans wodny kontynentów Kontynent Opad Pow.(km ) (mm) Odpływ EwapoOpad/ transp. Odpływ (mm) (mm) Afryka Azja Australia Europa Płn. Ameryka Płd. Ameryka Odpływ Kontynent m3/s/km2 Afryka Azja Australia Europa Płn. Ameryka Płd. Ameryka

33 RZEKA POW. ZLEWNI 103 km2 DŁUGOŚĆ km ŚREDNI ODPŁYW 103 m3/s m3/s/km2 Amazonka ,0255 Parana Kongo ,0052 0,0121 Nil Mississippi z Missouri ,0009 0,0057 Ob z Irtyszem Jenisej ,0053 0,0073 Lena Jangcy ,0065 0,0174 Niger Amur ,0032 0,0066 Mackenzie Ganges z Brahmaputrą ,0061 0,0237 Św. Wawrzyńca z W. Jeziorami Wołga ,0069 0,0058 Zambezi Indus ,0053 0,0047 Tygrys z Eufratem Nelson ,0012 0,0021 Murray z Darling Orinoko ,4 20 0,0003 0,0210 Tocantins Dunaj ,0112 0,0088 Columbia Rio Grande ,08 0,0104 0,0001 Wisła ,1 0,0055

34 RZEKA POW. ZLEWNI 103 km2 DŁUGOŚĆ km ŚREDNI ODPŁYW 103 m3/s m3/s/km2 Dunaj ,0088 Dniepr ,0034 Don ,1 0,0022 Wisła ,1 0,0055 Ren ,0137 Odra ,6 0,0052 Rodan ,0177 Tamiza ,08 0,0082

35 Wpływ człowieka na cykl hydrologiczny Nawadnianie Osuszanie terenów podmokłych Zalesianie i wylesianie spadek ilości opadów Transfery wody między zlewniami Hydrologia terenów zurbanizowanych urban hydrology

36 Wpływ człowieka na cykl hydrologiczny Zalesianie (wylesianie działa odwrotnie) Zwiększenie intercepcji Opóżnienie wiosennego spływu Wzrost transpiracji w suchych okresach Depozycja wilgoci atmosferycznej Wzrost parowania, zmniejszenie strumienia ciepła odczuwalnego (chłodniejszy i wilgotniejszy klimat) Intensyfikacja rolnictwa Zwiększenie odpływu powierzchniowego

37 Wpływ człowieka na cykl hydrologiczny Osuszanie bagien Początkowo wzrost odpływu, po zalesieniu jego spadek Obniżenie poziomu wody zmniejsza transpirację Możliwy wzrost odpływu w okresach suchych Urbanizacja Nieprzepuszczalne powierzchnie zwiększają odpływ powierzchniowy i utrudniają zasilanie wód podziemnych

38 Obserwowane trendy w cyklu hydrologicznym Rozdział 3 AR4 Na lądach: zachmurzenie w średnich i wysokich szer. - wzrost te opady w średnich i wysokich szer. - wzrost od 1900 opady w obszarach subtropikalnych pólkuli północnej - 10% spadek od 1970 parowanie w USA i byłym ZSRR - spadek od 1950

39 Prawo Darcy ego Q wielkość przepływu [m3/s] k przewodność hydrauliczna [m/s] i = h/a gradient hydrauliczny A pole powierzchni przekroju poprzecznego [m2]

40 Stratyfikacja termiczna oceanu temperatura głębokość [km] termoklina Woda morska nie wykazuje maksimum gęstości w 4ºC! Głęboki ocean jest silnie stratyfikowany.

41 Cyrkulacja oceaniczna W warstwie powierzchniowej wywołana przez wiatr. W głębokim oceanie wspomagana przez zmiany gęstości wody spowodowane zmianami temperatury i zasolenia (cyrkulacja termohalinowa). Głębokie wody Atlantyku tracą kontakt z atmosferą na lat, Pacyfiku na lat.

42 Prądy oceaniczne

43 Głęboka cyrkulacja oceanu

44 El Niňo

45 Hydrologia pozaziemska

46 Hydrologia pozaziemska Woda i procesy fluwialne na Marsie

47 Hydrologia pozaziemska Woda pod powierzchnią Wenus (w stanie nadkrytycznym)? Lód na biegunach Księżyca i Merkurego (z komet)? Europa pokryta zamarzniętą wodą (ciekła pod powierzchnią)? Tytan cykl hydrologiczny oparty o metan