Cykl hydro-tektoniczny H2O odpływ subdukcja
Zasoby wody na Ziemi
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 10000 lat Jeziora 17 lat Obszary podmokłe 5 lat Woda glebowa 1 rok Rzeki 16 dni
Procentowy udział w danej klasie
N liczba jezior>a A powierzchnia (km2) Journal of Hydrology 296 (2004) 1-22
USGS water.usgs.gov
IMGW www.imgw.pl
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.
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
Własności fizyczne wody Ciepło właściwe 4180 J kg-1 K-1 Ciepło topnienia 334400 J kg-1 Ciepło parowania 2462000 J kg-1 (15ºC) Napięcie powierzchniowe (15ºC) 0,0734 N m-1 Punkt topnienia (1013 hpa) 0 ºC Punkt wrzenia (1013 hpa) 100 ºC
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
Polarna cząsteczka wody
Wiązanie wodorowe
Klatraty
Hydrofile - hydrofoby
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
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.
Parowanie z powierzchni lądów Ograniczone dostępnością wody i energii słonecznej. Ewapotranspiracja = parowanie + transport wody przez rośliny
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.
Globalna cyrkulacja atmosfery Modyfikowana przez: Siłę Coriolisa Rozmieszczenie lądów i oceanów (różnice w nagrzewaniu) Łańcuchy górskie
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.
Opady atmosferyczne Opady atmosferyczne powstają gdy wznoszące się powietrze rozszerza się adiabatycznie w wyniku spadku ciśnienia i osiąga punkt rosy.
Globalny bilans opadów atmosferycznych Średnio globalnie: 970 1000 mm/rok oceany: 1100 mm/rok lądy: 700 750 mm/rok Lloro, Kolumbia: 13 300 mm/rok Arica, Chile: 0,76 mm/rok Parowanie opady oceany: 110 130 mm/rok lądy: -260-310 mm/rok
Zmienność wielkości opadów atmosferycznych Zachodzi w różnych skalach czasowych i przestrzennych (mikroklimaty). Zmienność sezonowa, zależność od położenia geograficznego, wysokości, ekspozycji. Krótkotrwałe ulewy, wieloletnie susze.
Opady atmosferyczne Burze konwekcyjne ciepło utajone uwolnione w wyniku kondensacji pary wodnej dostarcza energii do rozwoju chmury burzowej.
Wody podziemne Ich skład chemiczny kształtuje się w wyniku procesów wietrzenia chemicznego zachodzących w glebie i w kontakcie ze skałami podłoża
Wody podziemne Wody podziemne zasilają rzeki kształtując ich skład chemiczny
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 30-60 N i S Mississipi, Jangcy
Bilans wodny kontynentów Kontynent Opad Pow.(km ) (mm) Odpływ EwapoOpad/ transp. Odpływ (mm) (mm) Afryka 30.3 106 690 140 550 0.20 Azja 45 106 720 290 430 0.40 Australia 8.7 106 740 230 510 0.31 Europa 9.8 106 730 320 410 0.44 Płn. Ameryka 20.7 106 670 290 380 0.43 Płd. Ameryka 17.8 106 1650 590 1060 0.36 2 Odpływ Kontynent m3/s/km2 Afryka 0.0044 Azja 0.0092 Australia 0.0073 Europa 0.0101 Płn. Ameryka 0.0092 Płd. Ameryka 0.0187
RZEKA POW. ZLEWNI 103 km2 DŁUGOŚĆ km ŚREDNI ODPŁYW 103 m3/s m3/s/km2 Amazonka 7050 6400 180 0,0255 Parana Kongo 4144 3457 4880 4700 22 41 0,0052 0,0121 Nil Mississippi z Missouri 3349 3221 6650 6020 3 18 0,0009 0,0057 Ob z Irtyszem Jenisej 2975 2580 5410 5540 15 19 0,0053 0,0073 Lena Jangcy 2490 1959 4400 6300 16 34 0,0065 0,0174 Niger Amur 1890 1855 4200 2834 6 12 0,0032 0,0066 Mackenzie Ganges z Brahmaputrą 1841 1621 4241 2897 11 38 0,0061 0,0237 Św. Wawrzyńca z W. Jeziorami Wołga 1463 1360 4000 3530 10 8 0,0069 0,0058 Zambezi Indus 1330 1166 3500 2900 7 5 0,0053 0,0047 Tygrys z Eufratem Nelson 1144 1072 2800 2575 1 2 0,0012 0,0021 Murray z Darling Orinoko 1057 948 3780 2140 0,4 20 0,0003 0,0210 Tocantins Dunaj 906 816 2699 2850 10 7 0,0112 0,0088 Columbia Rio Grande 668 445 2000 1360 7 0,08 0,0104 0,0001 Wisła 200 1050 1,1 0,0055
RZEKA POW. ZLEWNI 103 km2 DŁUGOŚĆ km ŚREDNI ODPŁYW 103 m3/s m3/s/km2 Dunaj 816 2850 7 0,0088 Dniepr 504 2285 17 0,0034 Don 420 1870 9,1 0,0022 Wisła 200 1050 1,1 0,0055 Ren 160 1392 2 0,0137 Odra 112 900 0,6 0,0052 Rodan 96 800 2 0,0177 Tamiza 10 340 0,08 0,0082
Wpływ człowieka na cykl hydrologiczny Nawadnianie Osuszanie terenów podmokłych Zalesianie i wylesianie spadek ilości opadów Transfery wody między zlewniami Hydrologia terenów zurbanizowanych urban hydrology
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
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
Obserwowane trendy w cyklu hydrologicznym Rozdział 3 AR4 Na lądach: zachmurzenie w średnich i wysokich szer. - wzrost 1900 1980te 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
Prawo Darcy ego Q wielkość przepływu [m3/s] k przewodność hydrauliczna [m/s] i = h/a gradient hydrauliczny A pole powierzchni przekroju poprzecznego [m2]
Stratyfikacja termiczna oceanu temperatura 0 4 8 12 16 20 24 0 głębokość [km] 1 2 3 4 5 termoklina Woda morska nie wykazuje maksimum gęstości w 4ºC! Głęboki ocean jest silnie stratyfikowany.
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 200-500 lat, Pacyfiku na 1000-2000 lat.
Prądy oceaniczne
Głęboka cyrkulacja oceanu
El Niňo
Hydrologia pozaziemska
Hydrologia pozaziemska Woda i procesy fluwialne na Marsie
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