2.1 A víz tárolása a hidroszférában
A hidroszféra a Föld azon részeit foglalja magában, amelyek főként vízből állnak, mint például az óceánok, jégtakarók, tavak és folyók. A hidroszféra különböző részei a 2.1. ábrán láthatók. Az óceánok kék színűek, a hó és a jég fehér az Antarktisz jégsapkáin és a magas hegyeken, például a Kilimandzsárón. (A sárga és barna területek a sivatagok, a növényzet pedig szürkészöldnek tűnik.)
A víz a Nap és a gravitáció által hajtott folyamatos körforgásban mozog a Földön, rajta és a Földön keresztül. Ezt a víz körforgásának vagy hidrológiai körforgásnak nevezik (a 2.2. ábrán a kék nyilak mutatják), és a víz folyékony, szilárd (jég és hó) és gáz (vízgőz) formában van jelen. A víz számos különböző utat járhat be a körforgásban, de a víz teljes mennyisége a vízkörforgásban gyakorlatilag állandó marad. A körforgásban két fő víztípus van:
-
meteorikus víz, amely a légkörből kondenzáció útján nyert édesvíz, és amely felszíni vízként (folyók és édesvizű tavak) és földalatti vízként halmozódik fel;
-
sós víz, az óceánok és számos tó tengervize.
Vulkánkitörések révén kis mennyiségű magmás víz kerül a körforgásba a Föld belsejéből. Másrészt az üledék pórusaiban megrekedt víz, a képződményvíz, legalábbis rövid távon el van szigetelve a vízkörforgástól. Ez lehet olyan víz, amely eredetileg az üledékben rekedt a képződés során, vagy olyan víz, amely később szivárgott be a kőzetekbe. A képződményvíz általában sós, főként azért, mert a legtöbb üledék tengeri, és az üledékben rekedt víz tengervíz lenne.
A hidroszféra minden része átmenetileg vizet tárol, és ezeket nevezzük víztározóknak. A hidroszféra e természetes víztározói nem tévesztendők össze az ember által épített víztározókkal, amelyeket a szárazföldön a víz tárolására használnak: a légkör például egy víztározó, amely 13 × 1015 kg vizet tartalmaz. A víz mozgásának tanulmányozását a talajon és a talaj alatt, valamint a víz fizikáját és kémiáját hidrológiának nevezzük.
Kérdés 3
Melyek azok a főbb módok, amelyekkel a víz a 2. ábrán látható hidroszféra különböző tározói között áramlik.2?
Válasz
Párolgás és transzspiráció, csapadék, lefolyás a szárazföldről és a föld alatti vízáramlás az óceánba.
A víz különböző ideig tartózkodik a különböző tározókban. Azt az átlagos időtartamot, amíg a víz egy tározóban tartózkodik, mielőtt egy másik tározóba kerül, az adott tározó tartózkodási idejének nevezzük (2.1. táblázat). Egy hidroszférikus tározó azonos ütemben ürül ki és töltődik fel, és a tartózkodási időt a tározó térfogatához viszonyított feltöltődési sebességből számítják ki. A víz többféleképpen kerülhet egy víztározóba és onnan ki (2.2. ábra).
A folyók tartózkodási ideje például, feltételezve, hogy a folyókból az egyetlen jelentős átfolyás a lefolyás:
Táblázat 2. táblázat.1 A víz tartózkodási ideje a víz körforgásában.
| Tározó | A teljes víz százalékos aránya | Megmaradási idő |
|---|---|---|
| óceán | 95.9 | körülbelül 4000 év |
| jégsapkák | 3.0 | kb. 800 év |
| felszín alatti víz | 1.0 | pár héttől több mint 10 000 évig |
| tavak | 0,025 | pár év |
| talajnedvesség | 0.005 | pár héttől 1 évig |
| légkör | 0.001 | körülbelül 11 nap |
| folyók | 0.000 07 | néhány hét |
A tartózkodási idő olyan fogalom, amely bármilyen ciklikus folyamatra alkalmazható, nem csak a víz körforgására. A 2.2. ábra azt mutatja, hogy a körforgás átadásai egyensúlyban vannak: különösen a párolgás és a transzspiráció révén a légkörbe távozó vizet ellensúlyozza a csapadék által visszaadott víz. A tartózkodási idő azt mutatja meg, hogy a hidroszféra víztározójában lévő víz milyen gyorsan tud megújulni. A legrövidebb tartózkodási idő, 11 nap, a légkörben lévő vízgőzre vonatkozik, amely az óceánokból és a szárazföldről történő párolgás révén folyamatosan megújul, és a csapadékkal elvész. Ez a vízkörforgás gyors részciklusa. Az óceánokat, a jégsapkákat és a felszín alatti vizeket érintő részciklusok sokkal lassabbak (2.1. táblázat).
A sarki jégsapkákban nagy mennyiségű édesvíz van elzárva (2.1. táblázat), de ezek messze vannak a népesség központjaitól és a száraz országoktól, amelyeknek szükségük van rá. Ennek a víznek a szállítása jelenleg nem gazdaságos, de a jövőben azzá válhat.
Az óceánokon és a jégsapkákon kívül a legnagyobb mennyiségű víz a föld alatt van, a Föld felszíne alatti porózus kőzetekben tárolva. A sekélyebb földalatti víz meglehetősen gyorsan mozog a körforgásban, és édesvíz, így vízkészletként felhasználható. A teljes földalatti víznek azonban csak kis hányadát teszi ki, és tartózkodási ideje viszonylag rövid, néhány héttől néhány évig terjed. A néhány száz méter mélység alatti felszín alatti víz lassabban halad a körforgásban, és tartózkodási ideje sokkal hosszabb, akár tízezer év is lehet (2.1. táblázat). E víz nagy része sós, vagy azért, mert volt ideje sókat kioldani a kőzetekből, vagy azért, mert tengervízből származik.
A világ tavai nagy mennyiségű vizet tartalmaznak (2.1. táblázat), és hozzáférhetőbbek, mint a sarki jégsapkák. E tavak több mint fele azonban sós (2.3. ábra), és az édesvízi tavak vizének 80%-a mindössze 40 nagy tóban fordul elő, köztük az észak-amerikai Nagy-tavakban (32 × 1015 kg) és az ázsiai Bajkál-tóban (22 × 1015 kg). A folyók nagyon hasznos vízkészletek. Bár nagyon kevés vizet tárolnak (2.1. táblázat), a bennük lévő víz gyorsan megújul – tartózkodási ideje mindössze néhány hét.
A föld alatt és a jégsapkákban, tavakban és folyókban található víz a vízkörforgás teljes mennyiségének mintegy 4%-át alkotja; de mivel a mélyebb föld alatti víz, a jégsapkák és a sós tavak jelenleg nem használhatók vízforrásként, a vízkészletként hasznosítható vízmennyiség sokkal kevesebb, mindössze a teljes mennyiség mintegy 1%-a lehet. Ez a víz nagyon egyenlőtlenül oszlik el, amint azt a világ számos részén tapasztalható kiterjedt vízhiányról és aszályokról hallva érzékelhetjük. A víz elérhetőségével és elosztásával kapcsolatos problémák részletesebb megértése érdekében most a vízkörforgás azon folyamatait fogjuk megvizsgálni, amelyek a vizet a hidroszféra víztározói között továbbítják.