2.1 Opslag van water in de hydrosfeer
De hydrosfeer omvat de delen van de aarde die voornamelijk uit water bestaan, zoals de oceanen, ijskappen, meren en rivieren. Verschillende delen van de hydrosfeer zijn te zien in figuur 2.1. De oceanen zijn blauw; sneeuw en ijs zijn wit in de ijskappen van Antarctica, en op hoge bergen zoals de Kilimanjaro. (De gele en bruine gebieden zijn woestijnen, en de vegetatie lijkt grijsgroen.)
Water beweegt zich over, op en door de Aarde in een voortdurende cyclus die wordt aangedreven door de zon en de zwaartekracht. Deze cyclus staat bekend als de watercyclus of de hydrologische cyclus (aangegeven door de blauwe pijlen in figuur 2.2) en omvat water in vloeibare, vaste (ijs en sneeuw) en gasvormige toestand (waterdamp). Water kan vele verschillende paden door de cyclus volgen, maar het totale volume water in de watercyclus blijft vrijwel constant. Er zijn twee hoofdtypen water in de cyclus:
-
meteorisch water, dat zoet water is dat door condensatie uit de atmosfeer komt en dat zich ophoopt als oppervlaktewater (rivieren en zoetwatermeren) en ondergronds water;
-
salien water, het zeewater van de oceanen en vele meren.
Kleine hoeveelheden magmatisch water uit het binnenste van de Aarde worden door vulkaanuitbarstingen aan de kringloop toegevoegd. Anderzijds is water dat in de poriën van sedimenten zit opgesloten, formatiewater, althans op korte termijn, geïsoleerd van de waterkringloop. Dit kan water zijn dat oorspronkelijk in de sedimenten zat opgesloten tijdens hun vorming, of water dat later in de rotsen is gesijpeld. Formatiewater is meestal zout, vooral omdat de meeste sedimenten marien zijn en het in de sedimenten opgesloten water zeewater zou zijn.
Alle delen van de hydrosfeer slaan water tijdelijk op, en worden reservoirs genoemd. Deze natuurlijke reservoirs van de hydrosfeer moeten niet worden verward met de door de mens gebouwde reservoirs die worden gebruikt om water op het land op te slaan: de atmosfeer is bijvoorbeeld een reservoir, dat 13 × 1015 kg water bevat. De studie van de beweging van water op en onder de grond en de fysica en chemie van het water wordt hydrologie genoemd.
Vraag 3
Wat zijn de belangrijkste manieren waarop water wordt overgebracht tussen de verschillende reservoirs van de hydrosfeer die in figuur 2 zijn weergegeven?2?
Antwoord
Verdamping en transpiratie, neerslag, afstroming van land en ondergrondse waterstroom naar de oceaan.
Water verblijft voor verschillende tijdsduur in verschillende reservoirs. De gemiddelde tijd dat water in een reservoir verblijft voordat het zich naar een ander reservoir verplaatst, wordt de verblijftijd voor dat reservoir genoemd (tabel 2.1). Een reservoir in de hydrosfeer wordt met dezelfde snelheid geleegd en weer aangevuld, en de verblijftijd wordt berekend uit de snelheid van aanvulling in verhouding tot het volume van het reservoir. Er kunnen verschillende manieren zijn waarop water naar en uit een reservoir wordt overgebracht (figuur 2.2).
Bijv. de verblijftijd voor rivieren, ervan uitgaande dat de enige significante overbrenging vanuit rivieren geschiedt door afvloeiing:
Tabel 2.1 Residentietijden voor water in de watercyclus.
| Reservoir | Percentage van totaal water | Residentietijd | ||
|---|---|---|---|---|
| oceaan | 95.9 | ongeveer 4000 jaar | ||
| ijskappen | 3.0 | ongeveer 800 jaar | ||
| ondergronds water | 1.0 | enkele weken tot meer dan 10 000 jaar | ||
| meren | 0,025 | enkele jaren | ||
| bodemvocht | 0,005 | 0,005 | .005 | enkele weken tot 1 jaar |
| atmosfeer | 0,001 | ongeveer 11 dagen | ||
| rivieren | 0.000 07 | een paar weken |
Residentietijd is een begrip dat op elk cyclisch proces kan worden toegepast, niet alleen op de watercyclus. Figuur 2.2 laat zien dat de overdrachten van de cyclus in evenwicht zijn: met name water dat door verdamping en transpiratie aan de atmosfeer verloren gaat, wordt in evenwicht gehouden door water dat door neerslag wordt teruggegeven. De verblijftijd geeft een indicatie van hoe snel het water in een reservoir in de hydrosfeer kan worden vernieuwd. De kortste verblijftijd, 11 dagen, geldt voor waterdamp in de atmosfeer, die voortdurend wordt vernieuwd door verdamping uit de oceanen en van het land, en verloren gaat door neerslag. Dit is een snelle subcyclus van de watercyclus. De subcycli van de oceanen, de ijskappen en het grondwater verlopen veel trager (tabel 2.1).
Er ligt een grote hoeveelheid zoet water opgesloten in de poolijskappen (tabel 2.1), maar deze liggen ver van de bevolkingscentra en de dorre landen die het nodig hebben. Het is op dit moment niet economisch om dit water te transporteren, maar dat kan in de toekomst wel het geval worden.
Naast de oceanen en de ijskappen bevindt zich de grootste hoeveelheid water onder de grond, opgeslagen in poreus gesteente onder het aardoppervlak. Het ondiepere ondergrondse water beweegt vrij snel door de cyclus en is zoet water, zodat het kan worden gebruikt voor watervoorraden. Maar het is slechts een klein deel van het totale ondergrondse water, en de verblijftijd is relatief kort, variërend van een paar weken tot een paar jaar. Ondergronds water dat zich op een diepte van enkele honderden meters bevindt, beweegt zich langzamer door de cyclus, en de verblijftijden zijn veel langer, tot tienduizend jaar (tabel 2.1). Veel van dit water is zout, hetzij omdat het tijd heeft gehad om zouten uit de rotsen op te lossen, hetzij omdat het afkomstig is van zeewater.
De meren van de wereld bevatten grote hoeveelheden water (tabel 2.1) en zijn toegankelijker dan de poolijskappen. Meer dan de helft van deze meren is echter zout (figuur 2.3), en 80% van het water in de zoetwatermeren komt voor in slechts 40 grote meren, waaronder de Grote Meren van Noord-Amerika (32 × 1015 kg) en het Baikalmeer in Azië (22 × 1015 kg). Rivieren zijn zeer nuttig voor de watervoorziening. Hoewel zij zeer weinig water opslaan (tabel 2.1), wordt het water erin snel ververst – het heeft een verblijftijd van slechts enkele weken.
Het water dat zich onder de grond en in de ijskappen, meren en rivieren bevindt, vormt ongeveer 4% van het totaal in de waterkringloop; maar omdat het diepere ondergrondse water, de ijskappen en de zoute meren op dit moment niet bruikbaar zijn als waterbronnen, is de hoeveelheid water die voor waterbronnen kan worden gebruikt, veel kleiner, namelijk slechts ongeveer 1% van het totaal. Dit water is zeer ongelijk verdeeld, zoals duidelijk wordt wanneer we horen over de grote watertekorten en droogtes in vele delen van de wereld. Om de problemen van beschikbaarheid en verdeling van water beter te begrijpen, zullen we nu kijken naar de processen in de watercyclus die water overbrengen tussen de reservoirs van de hydrosfeer.