چرخه آب چیست؟

مقدمه و تعریف چرخه آب
آب زمین همواره در حال جابجایی است و چرخه آب که گاهی چرخه هیدرولوژی نیز نامیده می‌شود ارتباطات بین اتمسفر، هیدروسفر (آب‌کره) و لیتوسفر (سنگ‌کره) را توضیح می‌دهد. چرخه آب نقطه آغاز و پایانی ندارد، آب از مایع به بخار یا به یخ تبدیل می‌شود و دوباره به حالت اول بازمی‌گردد. چرخه آب میلیاردها سال است که در حال کار است.

جبهه هوا
جبهه هوا خط مرز بین توده هوای گرم و سرد را می‌گویند که بنا به وضعیت غالب (یعنی وضعیتی که توده هوای سرد غالب بر گرم باشد و یا بالعکس) جبهه را نام‌گذاری می‌کنند

تبخیر از سطح پوشیده از برف
تبخیر از سطح پوشیده از برف به میزان تبخیر از برف موجود بر سطح می‌گویند که می‌توان آن را کم شدن ارتفاع برف موجود نیز نامید. که البته هیچ ارتباطی با عنوان این مقاله یعنی چرخه آب ندارد و فقط شرایط پله‌ای در چرخه آب محاسبه می‌شوند.
با توجه به دمای بسیار پائین محیطی که در ان برف باریده است و برف نشسته است و بالا بودن رطوبت نسبی هوا و هم چنین انعکاس شدید نور خورشید از سطح سفید برفی که تابش خالص خورشید را که با Rn نشان می‌دهند کم می‌کند باعث کندی و نامشخص بودن میزان تبخیر می‌شود.

چرخه آب چیست؟
چرخه آب یک جریان مداوم حرکت آب بین زمین، اقیانوس، رودخانه ها و نهرها و جو (اتمسفر) می باشد. آب همواره در اطراف و بالای زمین در حال چرخش است. آب همان طور که در این چرخه در حال حرکت می باشد از شکل مایع (آب باران، آب نمک) به گاز (بخار آب) و دوباره به مایع تبدیل می شود. این مایع ممکن است سرد شود و به شکل جامد درآید (یخ یا برف).
چرخه آب برای ادامه زندگی بر روی زمین ضروری است و در مدت میلیاردها سال است که این چرخه در طبیعت جریان دارد. آب از آن زمان تا کنون بارها تمیز شده است و منابع آبی زمین همواره از طریق فرایند طبیعی که ما آن را چرخه آب می نامیم، در حال تجدید شدن می باشند.

اجزای چرخه آب
۱- آب مایعی است که در دمای صفر تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد بین انجماد و تبخیر باقی می‌ماند.
۲-آب گرمای ویژه بالایی دارد که به این معنی است که می‌تواند گرما و زیادی را جذب کند یا از دست بدهد بدون اینکه درجه حرارت تغییر کند. این مسئله برای نگه داشتن و یکسان نگه داشتن گرمای بدن پستانداران، مثل خودمان خیلی مهم است.
۳-آب گرمای پنهان تبخیر بالایی دارد. به این علت، آب به کندی از استخرها و دریاچه‌ها بخار می‌شود یعنی جاهائیکه اشکال زندگی زیادی به آنها وابسته هستند.
۴-آب در حالت جامد کم چگالتر از مایع می‌باشد، بنابراین یخ غرق شده شناور می‌شود. این خصوصیت اجازه زندگی در نواحی قطبی، نیمه قطبی، جائیکه یخ شناور می‌شود و اجازه زندگی موجودات زنده در زیر آب را می‌دهد وا می‌دهد. اگر یخ سنگین تر از آب بود. غرق می‌شد و یخ بیشتری در بالای آن تشکیل می‌شد. در نتیجه همه زندگی آب در یخ به دام می‌افتد زمانیکه آنقدر سرد می‌شود که آب یخ می‌بندد.
۵-آب یک حلال قابل ملاحظه نه تنها برای دلایل اشاره شده در بالا بلکه برای گازهایی نظیر اکسیژن و دی اکسید کربن می‌باشد. اکسیژن باید در فاز آبی سلول‌های زنده به منظور استفاده در اکسیداسیون غذایی قابل حل باشد. در همان زمان گازهای دیگر، دی اکسید کربن، باید برای خارج شدن از سلول قابل حمل باشد تا از شش‌ها خارج شود.
۶- آب دارای کشش سطحی است. مولکول‌های آب روی سطح یک حوضچه آرام و ساکن تمایل به کشیده شدن به داخل آب دارند به این منظور که سطح مایع سخت می‌باشد. این سختی کشش سطحی نامیده می‌شود. این حالت می‌تواند یک سنی کوچک مثل سوزن خیاطی را نگه دارد. این پوست روی آب می‌تواند حشرات در حال پرواز به دام بیاندازد بطوریکه دیگر قادر به پرواز نباشند.
۷- آب ویسکوزیته یا غلظت دارد. یک شخص می‌تواند اثرات ویسکوزیته آب را در طول یک رود یا روخانه را با حواشی یکسان ببیند. آب در طول حواشی رودخانه آرام می‌باشد هنگامیکه جریان در مرکز شدید و تند می‌باشد. این مقاومت بین لایه‌ها ویسکوزیته یا غلظت نامیده می‌شود این خصوصیت به ماهیهای کوچک برای زندگی کردن نزدیک ساحل را می‌دهد زمانیکه ماهیهای بزرگتر توانائی شنا کردن در جریانات قوی را دارند. غلظت همچنین مسئول تشکیل گرداب، ایجاد آشفتگی که منجر به مخلوط کردن خوب هوا در آب و پراکندگی یکنواخت بیشتر میکروارگانیسم‌ها می‌شود.

فرآیندهای انجام شده :
فرآیندهای متعددی با هم در کارند که در مجموع موجب می شوند آبهای زمین به صورت چرخه دائما در حرکت باشند.
چرخه آب پنج فرآیند دارد: تراکم، بارش، نفوذ، روان آب و تبخیرو تعریق. این فرآیندها همزمان بوده و به غیر از بارش، بقیه دائمی می باشند.
این پنج فرآیند، تراکم، بارش، نفوذ، روان آب و تبخیرو تعریق، با هم چرخه آب را می سازند. بخار آب متراکم شده و ابرها را تشکیل می دهدکه در شرایط مناسب منجر به بارش می شود. باران به سطح فرو می ریزد و به خاک نفوذ می کند یا به صورت روان آب جریان می یابد. آب سطحی(مثل دریاچه ها، رودخانه ها، اقیانوسها و غیره) تبخیر شده و به صورت رطوبت به جو بر می گردند در حالیکه گیاهان طی فرآیند تعریق، آب را به جو برمی گردانند.

تراکم فرآیندی است که طی آن آب از حالت بخار به حالت مایع تبدیل می شود. غالبا بخار آب موجود در هوا،‌ به سمت بالا می رود. یعنی هوای گرم و مرطوب بالا رفته و هوای سرد به سمت پایین حرکت می کند. همانطور که هوای گرمتر بالا می رود، بخار آب انرژی خود را از دست داده و حرارت آن افت می کند. در نتیجه،‌ بخار آب به حالت مایع یا یخ در می آید. می توانید در عمل،‌فرآیند تراکم را مشاهده کنید، هنگامیکه بطری لیموناد سردی را از یخچال برداشته و آن را در هوای اتاق قرار می دهید. دقت کنید که لیموناد چگونه خارج می شود. آب نمی تواند از داخل بطری خارج شود بلکه به صورت بخار آب به هوا وارد می شود. همانطور که هوای اطراف سرد می شود، آب به صورت قطره در می آید.

بارش، آبی است که به صورت باران، تگرگ یا برف از ابرها می بارد. بارش وقتی آغاز می شودکه بخار آب متراکم شده و در اتمسفر سنگین شود. در نتیجه نمی تواند در جریان هوای اتمسفر باقی بماند و فرو می ریزد. در بعضی موارد، آب بارش،‌ قبل از اینکه به سطح برسد، تبخیر می شود. اگرچه در اکثر موارد،‌آب بارش به سطح زمین می رسد و در سطح جریان می یابد، علاوه بر آن آب سطحی دررودخانه ها و دریاچه ها هم جمع می شود یا با نفوذ به خاک، آب زیرزمینی را تشکیل می دهد.
بخشی از بارش که به سطح زمین می رسد‌، طی فرآیند نفوذ به داخل زمین می رود. میزان آبی که به زمین نفوذ می کند بسته به درجه شیب زمین، میزان و نوع پوشش گیاهی، نوع خاک و سنگ و میزان اشباع شدگی خاک، متفاوت است. وجود سوراخهای بیشتر(ترکها، حفره ها، درزه ها)،‌ میزان نفوذ را افزایش می دهد. آبی که به خاک نفوذ نکند، در سطح به صورت روان آب جاری می شود. بارشی که به سطح زمین می رسد اما به خاک نفوذ نمی کند روان آب نامیده می شود. روان آب در نتیجه ذوب برف و یخ هم به وجود می آید. هنگامی که میزان بارش زیاد است، خاکها از آب اشباع می شوند. با افزایش بارش، آب اضافی نمی تواند به خاک وارد شود. روان آب به رودخانه ها و رودها وارد شده و مقدار زیادی از آب اضافی جریان می یابد. آب سطحی همیشه به سمت پایینترین نقطه ممکن، معمولا اقیانوسها، حرکت می کند. در طول این مسیر، بخشی از آب تبخیر می شود، بخشی به زمین نفوذ کرده یا برای مقاصد کشاورزی یا صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
تبخیر و تعریق،‌ آبی است که از زمین تبخیر شده و یا توسط گیاهان تعریق می شود. تبخیر و تعریق، راهی برای ورود مجدد بخار آب به هواست.
تبخیر، ‌هنگامی رخ می دهد که انرژی تابشی خورشید، آب راگرم کرده و سبب می شود که ملکولهای آب فعال شوند در نتیجه بخشی از آنها، به صورت بخار وارد اتمسفر می شوند.
تعریق، هنگامی رخ می دهد که گیاهان آب را توسط ریشه جذب کرده و آن را از طریق برگها پس می دهند که این فرآیند به علت حذف و انتقال آلاینده ها، آب را تمیز می کند.
همانطور که دیدید، فرآیندهای بسیاری در جریان هستند تا آب مورد نیاز شما تامین شود. این فرآیندها همیشه در جریان هستند. اگر قطب جنوب یخ زده است، به آن معنا نیست که در آن تبخیر رخ نمی دهد(یخ می تواند مستقیما، طی فرآیندی که تصعید نامیده می شود، به بخار تبدیل شود و اگر بیابان ساهارا بسیار داغ است، به آن معنا نیست که در آن بارندگی صورت نمی گیرد(بارش قبل از این که به زمین برسد، تبخیر می شود).
بنابراین، آبی که شما امروزه می نوشید، هنگامی که دایناسورها به زمین حکمفرمایی می کردند، وجود داشته است.

چرخه هیدرولوژیکی آب
زمین از خشکی و آب تشکیل شده است؛ زمانیکه آب گرم می شود از مایع به بخار آب (گاز) متغیر می‌کند. این فرایند تبخیر نامیده می‌شود، زمانی که بخار آب سرد می‌شود، مثل زمانیکه اگر در سطوح بالاتر اتمسفر می‌بود، گاز متراکم می‌شود یا به مایع تبدیل می‌شود.
ما می‌توانیم متراکم شدن آب را در هنگام تماشای ابرها ببینیم. یک امر چیزی جز یک بخار آب نیست که به مزم مایع متراکم شده است. یک امر بشدت از قطرات کوچک آب که می‌تواند در هوا معلق باشد, تشکیل شده است. زمانی که یک ابر رشد می‌کند، و آب بیشتری در آن مکان تراکم می‌شود، قطرات کوچک ابر بزرگتر می‌شوند نهایتاً، این قطرات کوچک امر به قدری بزرگ می‌شوند که در هوا باقی می‌مانند. سپس ابر اشباع می‌شود. یک ابر اشباع شده معمولاً آب اضافی خود را رسوب خواهد کرد یا باعث ریزش آن می‌شود که باعث باران یا برف می‌شود. رطوبت ریزشی از امر رسوب نامیده می‌شود.
مقدار بخار آب گازی شده در هوا رطوبت سنی هوا را به ما می‌گوید رطوبت، اندازه‌گیری میزان نمناکی یا خشکی هوا می‌باشد. زمانیکه هوا گرم است، می‌تواند بخار آب بیشتری را نسبت به زمان سرد بودن آن نگه دارد. زمانیکه رطوبت بالاست، خشک شدن بعد از شنا کردن خیلی سخت است زیرا رطوبت از قبل از در هوا وجود داشته است و تبخیر زیادتر آسان نیست. زمانی که رطوبت کم است، هوای خشک به اسانی آب را بخار می‌کند.
چرخه تبخیر، تراکم و رسوب آب چرخه هیدرولوژیکی یا آب نامیده می‌شود. چون ابرها در آسمانحرکت می‌کنند رسوب معمولاً در همان مکان که آب از آنجا آمده است ریزش می‌کنند، این علتآن می‌باشد که چطور زمین آب را در نواحی خشکی منتشر می‌کند و به ما اجازه زندگی در نواحی متفاوت زیادی می‌دهد.

تحلیل چرخه آب
آب برای تغذیة حیوانات و گیاهان ضروری است. آب در علم و صنعت برای تولید بسیاری از محصولات استفاده می‌شود. آبراه‌ها برای انتقال مواد و دفع ضایعات بکار می‌روند. همچنین آب واسطه‌ای خنک کننده، تمییز کننده سرگرمی است.
احتمالاً هنگامی که گازها از آتشفشانها خارج می‌شوند، آب بر روی این سیاره از این گازها منشاء گرفته است.
جو زمین این آب را به دام انداخته و بطور مداوم در طی زمان آنرا بازیافت کرده تا به چیزی که امروزه چرخة آب نامیده می‌شود. تبدیل شده است. آب تبخیر می‌شود و ابرها را شکل می‌دهد. ابرها باران و برف را بوجود آورده و آنها نیز در رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، مخازن زیرزمینی و اقیانوسها که منبع تبخیر بیشتر هستند جمع می‌شوند.
چرخة‌ آب نیروی پیشبرندة اصلی روی سیارة ما است. آب در حرکت مداوم است و به جو رفته (تبخیر) تا اقیانوسها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و نهرها را بوجود می‌آورد. وقتی جو نتوانند بیشتر از این رطوبت ابرها را تأمین کند. باران، برف، تگرگ یا رگبار خواهیم داشت. آب طی ساز و گاری خاص در اثر آب شدن برفی که طی ماههای زمستان جمع شده است به زهکشی می‌شود. این آب بر روی سطح زمین جاری شده و نهایتاً بصورت آب زیرزمینی به درون زمین نفوذ می‌کند.
چرخة آب یا چرخة هیدرولوژی، نیروی پیش برندة اصلی است آب برای حیات هرکسی اهمیت دارد. در نگاه اول آب اطراف ما وجود دارد.اما ما به اهمیت آن پی نمی‌بریم. آیا ما بدون آب و غذا می‌توانیم زنده بمانیم. معمولاً ازاینکه می‌شنونم انسان بدون غذا بیشتر زنده می‌ماند تا بدون آب مبهوت می‌شونیم. انسان تنها می‌تواند تا ۳ روز بدون آب زنده بماند. بعد از این زمان کلیه‌ها بیشتر از آن کار نمی‌کنند و نمی‌توانند ضایعات بدن را دفع کنند. بدن ما به آب تمیز و تازه نیاز دارد تا زنده بماند. آب آلوده یا شور به بدن ما کمک نخواهد کرد. آب در جو طی چرخة آب می‌چرخد. آب روی زمین تبخیر شده و به ابر تبدیل می‌شود. وقتی شرایط مساعد است، ابر آب یا نزولات جوی آزاد می‌کند.
منابع :
تارنما منطقه ۳ تهران
ویکی پدیا
پایگاه ملی داده های علوم زمین کشور
سایت پژوهشکده