Spływ wody

Pingwiny stoją na brzegu lądolodu Antarktydy, kilka wskakuje do wody, za nimi lodowiec 98% Antarktydy pokryte jest lądolodem o grubości do 4774 metrów (Photofactory)

 

Pokrywa lodowa na Ziemi

Woda zmagazynowana w lodzie, śniegu i lodowcach także jest częścią cyklu hydrologicznego. Ogromna ilość lodu, prawie 90% całkowitej jego masy na Ziemi, znajduje się na Antarktydzie. Pokrywa lodowa Grenlandii stanowi pozostałe 10%, a jej objętość oceniana jest na 2,5 mln km². Średnia grubość lodu, który narastał tam przez wieki w wyniku dużych opadów śniegu, wynosi około 1500 m, ale miejscami może dochodzić nawet do 4300 m! Lód jest tak ciężki, że ląd znajdujący się pod nim odkształca się, przybierając formę misy.

                

Lód i lodowce w ciągłym ruchu

Klimat w skali globalnej zmieniał się zawsze, ale nie w sposób dostatecznie szybki, by mógł to dostrzec człowiek w ciągu swojego życia. W przeszłości było wiele okresów ciepła, takich jak ten 100 milionów lat temu, kiedy na Ziemi żyły dinozaury. Było też wiele okresów ochłodzenia, np. 20 000 lat temu. Podczas ostatniej epoki lodowej większa część półkuli północnej była pokryta lodem: prawie cała Kanada, większa część północnej Azji i Europy,
a także niektóre tereny obecnych Stanów Zjednoczonych.

 

Wody Oceanu Południowego otoczone górami lądolodu Antarktydy Antarktydę ze wszystkich stron otacza Ocean Południowy (Photofactory)

 

Odpływ wód roztopowych

Mieszkańcy Kuby czy Egiptu nie muszą martwić się tym, w jaki sposób woda pochodząca z topniejącego śniegu uczestniczy w obiegu wody w przyrodzie. W klimacie chłodniejszym zasilanie rzek i strumieni w większości pochodzi jednak z topniejącego śniegu i lodu. Prócz zagrożenia powodziowego, nagłe topnienie pokrywy śnieżnej może powodować obsunięcia stoków i przemieszczanie się rumowisk skalnych.

 

Odpływ wody roztopowej zmienia się zarówno w ciągu sezonu, jak i lat. Brak wody zmagazynowanej w pokrywie śnieżnej skutkuje niedostatkami
w pozostałej części roku. Może to mieć wpływ na objętość wody gromadzonej w zbiornikach położonych w dole rzeki, co odbije się niekorzystnie na systemach nawadniających i zaopatrujących miasta w wodę.

 

Strumień górski płynący doliną, wokół strome i ośnieżone szczyty górskie (Photofactory)

 

Odpływ powierzchniowy

Część wody z opadów atmosferycznych występujących nad lądem, spływa po powierzchni gruntu do rzek, by potem dopłynąć do mórz i oceanów. Rzeki zasilane są również źródłami podziemnymi. Jednocześnie tracą wodę, oddając ją do gruntu. Ciągle jednak przeważająca część wody w rzekach pochodzi z odpływu powierzchniowego.

 

Zwykle część opadów przesiąka przez glebę. Gdy woda ta dotrze do warstw wodonośnych, zaczyna spływać w dół zgodnie z nachyleniem warstw skalnych. Podczas intensywnego deszczu w górach można zauważyć wiele rwących strumyczków płynących kamienistym stokiem. Woda w ziemi, po dotarciu do warstw nieprzepuszczalnych, zachowuje się podobnie – spływa kanalikami w kierunku rzeki.

 

Wszystkie procesy obiegu wody w przyrodzie są wynikiem interakcji pomiędzy opadem a odpływem powierzchniowym. Wszystkie one zmieniają się w czasie i przestrzeni. Podobne burze i opady w puszczy i na pustyni wywołują różniący się zasadniczo odpływ powierzchniowy. Wielkość takiego odpływu jest związana zarówno z czynnikami meteorologicznymi, jak i charakterem fizyczno-geograficznym i topograficznym obszaru. Jedna trzecia opadów, jakie mają miejsce nad lądami, dociera do strumieni czy rzek i powraca do oceanów. Pozostałe dwie trzecie wsiąka w ziemię, paruje wprost z gruntu lub transpiruje, czyli paruje poprzez liście roślin. 

 

Mężczyzna stoi na wysokiej skale nad Wielkim Kanionem w USA, w dole przepływa rzeka Colorado Rzeka Colorado - Grand Kanion w USA (Photofactory)
Widok z góry na Wisłę, która wpada do Zatoki Gdańskiej i Morza Bałtyckiego Ujście Wisły do Zatoki Gdańskiej (Photofactory)

 

Znaczenie rzek

Rzeki odgrywają niezwykle istotną rolę dla człowieka i jego środowiska. Są nie tylko wspaniałym miejscem zabaw i wypoczynku, ale stanowią również główne źródło zaopatrzenia w wodę.

 

Dostarczają jej dla melioracji, produkcji energii elektrycznej, transportu towarów. Pozwalają utrzymać odpowiedni poziom wód podziemnych dzięki zjawisku przesiąkania wody rzecznej do gruntu. Ponadto morza i oceany są pełne wody właśnie dzięki zasilającym je rzekom.

 

Zlewnie i rzeki

Przy każdej rzece ważną naturalną funkcję pełni jej dorzecze, nazywane również zlewnią rzeczną. Czym jest zlewnia? Zlewnia jest obszarem,
z którego woda spływa do rzeki lub jej fragmentu. Zlewnia może być tak mała jak ślad stopy odciśnięty w błocie oraz tak duża, jak obszar, z którego woda spływa do Wisły i dalej do Zatoki Gdańskiej. Mniejsze zlewnie zawierają się w większych. Zlewnia ma duże znaczenie w gospodarce wodnej, ponieważ jakość wody w rzece czy strumieniu zależy od tego, jakie działania prowadzi człowiek na obszarze dorzecza położonego „powyżej” ujścia rzeki.

 

 

Zmienność przepływu

Przepływ, czyli ilość wody, jaka przepływa przez poprzeczny przekrój koryta rzeki w czasie jednej sekundy, zmienia się z dnia na dzień, a nawet z minuty na minutę. Oczywiście na zmienność przepływu najbardziej oddziałują opady. Jednak poziom wody w rzece podnosi się nawet wtedy, gdy deszcz spadnie bardzo daleko od jej koryta – pamiętajmy bowiem, że woda z opadów mających miejsce w obrębie dorzecza i tak ostatecznie dotrze do rzeki. Zatem obfitość wody w rzece zależy przede wszystkim od wielkości jej zlewni.

 

Rzeki różniące się wielkością odmiennie reagują na opady atmosferyczne. Wielkie rzeki wzbierają i opadają znacznie wolniej niż bystre, górskie potoki. Przy znacznych i gwałtownych opadach woda w małej rzeczce wzbiera w ciągu kilku godzin, a czasem nawet minut. Duże rzeki potrzebują kilku, kilkunastu dni, aby ich poziom widocznie podniósł się, względnie opadł, a powódź wywołana przez wielką rzekę może trwać tygodniami.

 

Jednym z elementów cyklu hydrologicznego, niezbędnym dla utrzymania życia na Ziemi, jest słodka woda zmagazynowana na lądach. Rzeki, stawy, jeziora, sztuczne zbiorniki wodne i słodkowodne mokradła tworzą wody powierzchniowe.

 

Objętość wody w rzekach i jeziorach zmienia się zależnie od ilości wody dopływającej i odpływającej. Rzeki zasilane są przez opady atmosferyczne, odpływ powierzchniowy i gruntowy oraz dopływy boczne. Woda z rzek paruje, ale i zasila wody gruntowe. Również człowiek wykorzystuje tę życiodajną ciecz dla swoich potrzeb. Zasoby wody zmieniają się więc w czasie i przestrzeni w sposób naturalny, a także za sprawą bardziej lub mniej przemyślanych działań człowieka.

 

Zielone nadbrzeże porośnięte trawą i drzewami, za nimi rzeka Nil, do rzeki prowadzi piaszczysta droga Bujna roślinność w dolinie Nilu w Egipcie (Photofactory)

 

Woda podtrzymuje życie

Na przykładzie delty Nilu w Egipcie możemy się przekonać, że życie może kwitnąć nawet na pustyni, jeśli tylko dostępna jest dostateczna ilość wody powierzchniowej czy gruntowej. Jednak słodka woda na powierzchni lądów występuje raczej w niedostatecznej ilości. Zaledwie 3% całkowitej objętości wody na Ziemi to woda słodka. Około 20% całkowitych zasobów wody pitnej znajduje się w najstarszym, liczącym 25 mln lat i najgłębszym na świecie (1700 m), jeziorze Bajkał na Syberii. Kolejne 20% znajduje się w Wielkich Jeziorach Ameryki Północnej (Huron, Michigan i Superior). Rzeki niosą zaledwie 0,006% całkowitych rezerwuarów słodkiej wody. Można więc stwierdzić, że życie na Ziemi trwa dzięki zaledwie „kropli” całkowitych zasobów wodnych planety!

 

Infiltracja

Wody gruntowe mają swoje źródło w opadach atmosferycznych. Część wody, która dociera do powierzchni lądu w postaci deszczu czy śniegu, przenika w głąb gruntu. Ilość infiltrującej wody zależy od wielu czynników. Infiltracja opadu, który dotarł do pokrywy lodowej Grenlandii, jest bardzo mała, podczas gdy w niektórych jaskiniach strumień wody znika natychmiast, docierając bezpośrednio do wód podziemnych! Część wsiąkającej w grunt wody pozostaje płytko pod powierzchnią, skąd, przesiąkając, zasila strumienie i rzeki. Część wody przenika dużo głębiej, docierając do wód podziemnych. Jeśli warstwy wodonośne nie są zlokalizowane zbyt głęboko, możliwe jest uwalnianie zgromadzonej tam wody poprzez studnie, z których ludzie czerpią ją dla swoich potrzeb. Woda pod ziemią, zanim zasili strumienie, rzeki i oceany, może pokonywać znaczne odległości i pozostawać w niej przez długi czas.

 

 

Woda podpowierzchniowa

Infiltrująca woda opadowa tworzy w gruncie dwie strefy: nienasyconą (aeracji) i nasyconą (saturacji). W strefie aeracji może występować woda, ale grunt nie jest nią nasycony. W górnej części strefy nienasyconej mamy warstwę gleby, z której woda wykorzystywana jest przez rośliny. Poniżej strefy nienasyconej znajduje się strefa nasycona, gdzie woda całkowicie wypełnia całą wolną przestrzeń pomiędzy cząsteczkami gruntu. Wiercąc studnie, ludzie docierają właśnie do tej strefy. Odpływ wody z gruntu Każdego dnia widzimy wodę w jeziorach, rzekach, pokrywie lodowej, w postaci padającego deszczu lub śniegu. W przyrodzie jest jednak duża część wody, której nie dostrzegamy bezpośrednio – jest to woda utrzymująca się i poruszająca w gruncie. Stanowi ona główne źródło zasilania rzek i strumieni. Ludzie od tysięcy lat wykorzystywali tę wodę. Korzystają z niej również obecnie, głównie do picia i nawodnień. Życie na Ziemi zależy w równym stopniu od wód podziemnych, jak i powierzchniowych.

 

Rzeka Yarra w Australii przepływająca przez gęsty las Yarra - rzeka w południowej części stanu Wiktoria w Australii (Photofactory)
 

Woda gruntowa przepływa przez grunt

Część infiltrujących opadów tworzy wody gruntowe. W gruncie część wody przemieszcza się blisko jego powierzchni i stosunkowo szybko przedostaje się do rzek i strumieni. Jednak dzięki grawitacji część wody wnika w głębsze warstwy ziemi.

 

Diagram pokazuje czynniki charakteryzujące warstwy wodonośne
i nieprzepuszczalne wpływające na kierunek i prędkość ruchu wody gruntowej. Objętość wody przemieszczającej się w głąb zależy od zdolności przepuszczających gruntu (od tego czy woda w gruncie porusza się
z łatwością czy z trudem) oraz od jego porowatości (czy w gruncie istnieją wolne przestrzenie niewypełnione skałami). Jeśli struktura gruntu pozwala na względnie łatwe przemieszczanie się wody, może ona pokonywać znaczące odległości w ciągu kilku dni. Ale woda może również przesiąkać do głębokich warstw wodonośnych, skąd dopiero po tysiącach lat powróci na powierzchnię.

 

Schemat pokazuje przepływ wody przez poszczególne warstwy gleby, skąd może powrócić do obiegu po kilku dniach - w przypadku warstw przepuszczalnych, ale też dopiero po kilku tysiącach lat (Photofactory)

 

Czym jest źródło?

Źródło jest miejscem, gdzie warstwa wodonośna przecina powierzchnię gruntu, z którego woda wypływa w sposób naturalny. Zródła mogą być różnej wielkości, od małych, pojawiających się jedynie po intensywnym deszczu, do ogromnych, o wydajności milionów litrów dziennie.

Tworzą się one w skałach różnego rodzaju, ale najczęściej powstają

w łamliwych wapieniach i dolomitach łatwo rozpuszczanych przez kwaśne deszcze. W spękanych skałach powstają przestrzenie pozwalające na swobodny przepływ wody. Jeśli jest to przepływ poziomy, woda może dotrzeć do powierzchni gruntu i pojawić się w źródle.

 

Woda źródlana nie zawsze jest czysta

Woda w źródłach nie zawsze jest czysta. Niekiedy może mieć kolor „herbaty”. Rdzawe zabarwienie nadają jej minerały, z którymi miała kontakt w gruncie. Zresztą kolor wody może być powodowany odpadami organicznymi (liście, drewno), substancjami humusowymi, ściekami przemysłowymi lub erozją gleb. Barwa często jest rezultatem obecności soli żelaza (kolor zielononiebieski), żelaza i manganu (żółty do brązowego), siarki (niebieski), siarkowodoru (szmaragdowy), substancji organicznych (żółty, pomarańczowy, brunatny, rdzawy, czarny), a także planktonu (ma wtedy kolor zielony). Źródła silnie zabarwione mogą świadczyć o tym, że woda szybko przepływa dużymi kanałami w warstwie wodonośnej i nie jest filtrowana przez wapienie.

 

Gorące źródła w parku Yellowstone, nad którymi unosi się para, wokół po pomostach spacerują turyści Gorące źródła w Parku Narodowym Yellowstone w USA (Photofactory)
 

Gorące źródła

Gorące źródła różnią się od zwyczajnych tym, że woda w nich jest ciepła,
a niekiedy wręcz gorąca. Większość gorących źródeł występuje w regionach
o przeszłości wulkanicznej, a woda podgrzewana jest przez rozgrzane skały, których temperatura wzrasta wraz z głębokością. Jeśli podgrzana woda dotrze do odpowiednio dużej szczeliny wyprowadzającej ją na powierzchnię, pojawia się tam w postaci gorącego źródła. Źródła termalne rozrzucone są po całym świecie i mogą występować nawet 
w pobliżu gór lodowych, tak jak ma to miejsce na Grenlandii.

 

Chłopiec założył na gałąź drzewa worek foliowy i w ten sposób bada zjawisko transpiracji Proste doświadczenie pozwalające zaobserwować parowanie roślin (Photofactory)

 

Transpiracja

Transpiracja jest procesem, w którym wilgoć przechodzi przez rośliny, od korzeni do małych porów na spodniej stronie liści. Tam zamieniana jest w parę i uwalniana do atmosfery. Ocenia się, że około 10% wilgoci dostaje się do atmosfery właśnie dzięki procesowi transpiracji. Transpiracja roślin jest prawie niezauważalna. Pomimo że woda paruje z roślin, nie widać, żeby się one „pociły”. W okresie wzrostu rośliny transpirują znacznie więcej wody niż same ważą. Jeden hektar zboża (czyli kwadrat o boku 100 m) uwalnia do atmosfery około 28 000 – 37 000 litrów wody każdego dnia, a wielki dąb może transpirować 151 000 litrów wody w ciągu roku.

 

Wielkość transpiracji roślin zmienia się w czasie i przestrzeni. Istnieje wiele czynników wpływających na ten proces:

  • temperatura – transpiracja zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury otoczenia, szczególnie w okresie rozwoju roślin;
  • względna wilgotność – jeśli wilgotność w powietrzu otaczającym roślinę podnosi się, spada wielkość transpiracji - łatwiej bowiem jest parować wodzie w powietrzu bardziej suchym niż wilgotnym;
  • wiatr i ruch powietrza – intensywniejszy ruch powietrza wokół rośliny sprawia, że transpiracja wzrasta;
  • gatunek roślin – rośliny transpirują wodę w różnym stopniu;
    te z jałowych regionów, np. kaktusy, transpirują jej mniej niż inne.

 

Mężczyźni płyną łódką w jaskini po podziemnej rzece Puerto Princesa na Filipinach Podziemna rzeka Puerto Princesa na Filipinach (Photofactory)
Dwóch mężczyzn płynie łódką w jaskini po rzece podziemnej Puerto Princesa na Filipinach Podziemna rzeka Puerto Princesa na Filipinach (Photofactory)

 

Wody podziemne

Ogromna ilość wody jest zatrzymywana w gruncie. Porusza się tam znacznie wolniej, ale nadal jest elementem cyklu hydrologicznego. Większość wody w gruncie pochodzi z opadów. Górna warstwa gleby jest strefą nienasyconą. Poniżej znajduje się strefa nasycona, gdzie wszystkie wolne przestrzenie między cząsteczkami gruntu wypełnione są wodą. Obszar ten nazywany jest wodami podziemnymi lub warstwą wodonośną. Jest to olbrzymi magazyn, od którego zależy codzienne życie ludzi na całym świecie.

 

Aby znaleźć wodę, zajrzyj pod lustro... lustro wody

Kopanie dołka w piasku na plaży to najlepszy sposób, by przekonać się, że na pewnej głębokości, grunt jest nasycony wodą. W wykopanym dołku pojawi się w końcu woda. Jej powierzchnię tworzy zwierciadło, którego poziom zmienia się wraz z rytmem falowania morza. Jeśli woda w morzu podnosi się lub opada, takie same ruchy wykonuje zwierciadło wody w wykopanym na plaży dołku.

 

Nasze zagłębienie działa więc jak studnia, z której czerpie się wody podziemne. Gdyby była to woda słodka, moglibyśmy wykorzystać ją do picia. Wiadomo, że jeśli za pomocą wiaderka będziemy próbowali wybrać tę wodę, dołek szybko napełni się ponownie. Oznacza to, że piasek wokół jest tak przepuszczalny, że woda łatwo przezeń przenika i nasza „studnia” ma „dużą wydajność”. Aby dotrzeć do słodkiej wody, ludzie wiercą głębokie studnie sięgające warstw wodonośnych. Ujęcia takie mogą mieć głębokość nawet setek metrów. Jednak czy to dołek na plaży, czy potężna studnia, zasada jest taka sama – woda pojawia się, gdy docieramy do warstwy wodonośnej, w której wszystkie pory gruntu wypełnione są wodą. 

 

W tafli jeziora odbija się pagórkowaty brzeg porośnięty bujną roślinnością (Photofactory)

ZAUFALI NAM

NOWA PUBLIKACJA

WYDAWCA

 

Quixi Media Sp. z o.o.
ul. Jana Matejki 1a
85-061 Bydgoszcz
telefon: +48 52 5513766

 

Wersja do druku Wersja do druku | Mapa witryny
© Antoni Bochen