2.1 Ukládání vody v hydrosféře

Hydrosféra zahrnuje části Země, které jsou tvořeny převážně vodou, jako jsou oceány, ledovce, jezera a řeky. Různé části hydrosféry můžete vidět na obrázku 2.1. Oceány jsou modré; sníh a led jsou bílé v ledových čepičkách Antarktidy a na vysokých horách, jako je Kilimandžáro. (Žluté a hnědé oblasti jsou pouště a vegetace vypadá šedozeleně.)

Obrázek 2.1 Pohled na Zemi z Apolla 17 v roce 1972. Modré plochy jsou oceány, bílé víry jsou mraky a rovnoměrně bílá plocha je ledová čepička Antarktidy.

Voda se pohybuje po Zemi, na ní a skrz ni v nepřetržitém cyklu poháněném Sluncem a gravitací. Je známý jako koloběh vody nebo hydrologický cyklus (znázorněný modrými šipkami na obrázku 2.2) a zahrnuje vodu v kapalném, pevném (led a sníh) a plynném skupenství (vodní pára). Voda může tímto koloběhem procházet mnoha různými cestami, ale celkový objem vody ve vodním cyklu zůstává prakticky konstantní. V koloběhu existují dva hlavní typy vody:

1. meteorická voda, což je sladká voda získaná kondenzací z atmosféry, která se hromadí jako povrchová voda (řeky a sladkovodní jezera) a podzemní voda;

2. slaná voda, mořská voda oceánů a mnoha jezer.

Obrázek 2.2 Vodní neboli hydrologický cyklus. Voda se pohybuje (modré šipky) mezi zásobárnami (rámečky) hydrosféry.

Malá množství magmatické vody z nitra Země jsou do koloběhu přidávána sopečnými erupcemi. Naproti tomu voda zachycená v pórech sedimentů, tzv. formační voda, je, alespoň krátkodobě, z koloběhu vody izolována. Může se jednat buď o vodu, která byla původně zachycena v sedimentech během jejich vzniku, nebo o vodu, která do hornin pronikla později. Formační voda je obvykle slaná, především proto, že většina sedimentů je mořská a voda zachycená v sedimentech by byla mořskou vodou.

Všechny části hydrosféry dočasně uchovávají vodu a nazývají se rezervoáry. Tyto přirozené zásobníky hydrosféry nelze zaměňovat s lidmi vybudovanými zásobníky, které slouží k uchovávání vody na souši: například atmosféra je zásobníkem, který obsahuje 13 × 1015 kg vody. Studium pohybu vody na zemi a pod zemí a fyzikálních a chemických vlastností vody se nazývá hydrologie.

Voda se v různých rezervoárech zdržuje různě dlouho. Průměrná doba, po kterou voda setrvá v určité nádrži, než se přesune do jiné, se nazývá doba zdržení vody v dané nádrži (tab. 2.1). Nádrž hydrosféry se vyprazdňuje a doplňuje stejnou rychlostí a doba zdržení se vypočítá z rychlosti doplňování ve vztahu k objemu nádrže. Může existovat několik způsobů, jak se voda do nádrže a z nádrže přenáší (obr. 2.2).

Například doba zdržení pro řeky za předpokladu, že jediným významným přenosem z řek je odtok:

Doba pobytu je pojem, který lze aplikovat na jakýkoli cyklický proces, nejen na koloběh vody. Obrázek 2.2 ukazuje, že přenosy v koloběhu jsou v rovnováze: zejména voda ztracená do atmosféry výparem a transpirací je vyvážena vodou vrácenou srážkami. Doba zdržení udává, jak rychle se může voda v zásobníku hydrosféry obnovovat. Nejkratší dobu zdržení, 11 dní, má vodní pára v atmosféře, která se neustále obnovuje vypařováním z oceánů a pevniny a ztrácí se srážkami. Jedná se o rychlý podcyklus koloběhu vody. Podcykly zahrnující oceány, ledové čepičky a podzemní vodu jsou mnohem pomalejší (tabulka 2.1).

V polárních ledových čepičkách je uzamčeno velké množství sladké vody (tabulka 2.1), ale ty jsou daleko od center osídlení a suchých zemí, které ji potřebují. Přeprava této vody není v současné době ekonomicky výhodná, ale v budoucnu se tak může stát.

Kromě oceánů a ledových čepiček je největší objem vody pod zemí, uložený v porézních horninách pod zemským povrchem. Mělčí podzemní voda se v koloběhu pohybuje poměrně rychle a je sladká, takže ji lze využít pro vodní zdroje. Tvoří však jen malou část celkové podzemní vody a její doba zdržení je poměrně krátká, od několika týdnů do několika let. Podzemní voda pod hloubkou několika set metrů prochází oběhem pomaleji a doba zdržení je mnohem delší, až deset tisíc let (tabulka 2.1). Velká část této vody je slaná buď proto, že měla čas rozpustit soli z hornin, nebo proto, že pochází z mořské vody.

Jezera na světě obsahují velké objemy vody (tabulka 2.1) a jsou přístupnější než polární ledovce. Více než polovina těchto jezer je však slaná (obr. 2.3) a 80 % vody ve sladkovodních jezerech se vyskytuje pouze ve 40 velkých jezerech, včetně Velkých jezer v Severní Americe (32 × 1015 kg) a jezera Bajkal v Asii (22 × 1015 kg). Řeky jsou velmi užitečné z hlediska vodních zdrojů. Přestože zadržují velmi málo vody (tabulka 2.1), voda v nich se rychle obnovuje – má dobu zdržení jen několik týdnů.

Obrázek 2.3 Mrtvé moře na Blízkém východě. Toto jezero obsahuje velké množství vody, ale je ještě slanější než mořská voda, takže jeho využití jako vodního zdroje není praktické.

Voda, která se nachází v podzemí a v ledovcích, jezerech a řekách, tvoří asi 4 % celkového množství v koloběhu vody; protože však hlubší podzemní voda, ledovce a slaná jezera nejsou v současné době využitelné jako zdroje vody, je množství vody, které lze využít pro vodní zdroje, mnohem menší, pouze asi 1 % celkového množství. Tato voda je rozdělena velmi nerovnoměrně, což lze ocenit, když slyšíme o rozsáhlém nedostatku vody a suchu v mnoha částech světa. Abychom podrobněji pochopili problémy s dostupností a distribucí vody, podíváme se nyní na procesy v koloběhu vody, které přenášejí vodu mezi zásobárnami hydrosféry.

.