2.1 Stocarea apei în hidrosferă

Hidrosfera include părțile Pământului care sunt în principal apă, cum ar fi oceanele, calotele de gheață, lacurile și râurile. Diferite părți ale hidrosferei pot fi observate în figura 2.1. Oceanele sunt albastre; zăpada și gheața sunt albe în calotele de gheață din Antarctica și pe munții înalți, cum ar fi Muntele Kilimanjaro. (Zonele galbene și maro sunt deșerturi, iar vegetația apare gri-verde.)

Figura 2.1 O vedere a Pământului de pe Apollo 17 în 1972. Zonele albastre sunt oceanele, vârtejurile albe sunt norii, iar zona uniformă albă este calota de gheață din Antarctica.

Apa se mișcă peste, pe și prin Pământ într-un ciclu continuu condus de Soare și gravitație. Acesta este cunoscut sub numele de ciclul apei sau ciclul hidrologic (ilustrat de săgețile albastre din figura 2.2) și implică apa sub formă lichidă, solidă (gheață și zăpadă) și gazoasă (vapori de apă). Apa poate urma mai multe căi diferite prin ciclu, dar volumul total de apă din ciclul apei rămâne practic constant. Există două tipuri principale de apă în ciclu:

1. apă meteorică, care este apă dulce obținută prin condensare din atmosferă și care se acumulează sub formă de apă de suprafață (râuri și lacuri de apă dulce) și apă subterană;

2. apă salină, apa de mare din oceane și din multe lacuri.

Figura 2.2 Ciclul apei, sau ciclul hidrologic. Apa se deplasează (săgeți albastre) între rezervoarele (casete) din hidrosferă.

Cantități mici de apă magmatică din interiorul Pământului sunt adăugate la ciclu prin erupții vulcanice. Pe de altă parte, apa prinsă în porii sedimentelor, apa de formare, este, cel puțin pe termen scurt, izolată de ciclul apei. Poate fi vorba fie de apă care a fost prinsă inițial în sedimente în timpul formării lor, fie de apă care s-a infiltrat ulterior în roci. Apa de formație este de obicei sărată, în principal pentru că majoritatea sedimentelor sunt marine și apa prinsă în sedimente ar fi apă de mare.

Toate părțile hidrosferei stochează temporar apă și se numesc rezervoare. Aceste rezervoare naturale ale hidrosferei nu trebuie confundate cu rezervoarele construite de om folosite pentru a stoca apa pe uscat: de exemplu, atmosfera este un rezervor, conținând 13 × 1015 kg de apă. Studiul mișcării apei pe și sub pământ și al fizicii și chimiei apei se numește hidrologie.

Apa rezidă pentru diferite perioade de timp în diferite rezervoare. Durata medie de timp în care apa rămâne într-un rezervor înainte de a se muta în altul se numește timp de rezidență pentru acel rezervor (tabelul 2.1). Un rezervor din hidrosferă se golește și se reumple în același ritm, iar timpul de rezidență se calculează din rata de reumplere în raport cu volumul rezervorului. Pot exista mai multe moduri în care apa este transferată către și dinspre un rezervor (figura 2.2).

De exemplu, timpul de rezidență pentru râuri, presupunând că singurul transfer semnificativ din râuri este prin scurgere:

Timp de rezidență este un concept care poate fi aplicat oricărui proces ciclic, nu doar ciclului apei. Figura 2.2 arată că transferurile din ciclu sunt în echilibru: în special, apa pierdută în atmosferă prin evaporare și transpirație este echilibrată de apa returnată prin precipitații. Timpul de rezidență oferă o indicație a rapidității cu care apa dintr-un rezervor din hidrosferă poate fi reînnoită. Cel mai scurt timp de rezidență, de 11 zile, este cel al vaporilor de apă din atmosferă, care se reînnoiesc în permanență prin evaporare din oceane și uscat și se pierd prin precipitații. Acesta este un subciclu rapid al ciclului apei. Subciclurile care implică oceanele, calotele glaciare și apele subterane sunt mult mai lente (tabelul 2.1).

Există un volum mare de apă dulce blocată în calotele glaciare polare (tabelul 2.1), dar acestea sunt departe de centrele de populație și de țările aride care au nevoie de ea. Transportul acestei ape nu este economic în momentul de față, dar ar putea deveni astfel în viitor.

În afară de oceane și calote glaciare, cel mai mare volum de apă se află în subteran, stocată în roci poroase sub suprafața Pământului. Apa subterană mai puțin adâncă se deplasează destul de repede prin ciclu și este apă dulce, deci poate fi folosită pentru resurse de apă. Dar reprezintă doar o mică parte din totalul apei subterane, iar timpul său de ședere este relativ scurt, variind de la câteva săptămâni la câțiva ani. Apa subterană aflată la o adâncime mai mică de câteva sute de metri se deplasează mai lent prin ciclu, iar timpii de rezidență sunt mult mai lungi, până la zece mii de ani (tabelul 2.1). O mare parte din această apă este sărată, fie pentru că a avut timp să dizolve sărurile din roci, fie pentru că provine din apa de mare.

Lacurile din lume conțin volume mari de apă (tabelul 2.1) și sunt mai accesibile decât calotele glaciare polare. Cu toate acestea, mai mult de jumătate din aceste lacuri sunt saline (figura 2.3), iar 80% din apa din lacurile de apă dulce se găsește în numai 40 de lacuri mari, inclusiv Marile Lacuri din America de Nord (32 × 1015 kg) și Lacul Baikal din Asia (22 × 1015 kg). Râurile sunt foarte utile pentru resursele de apă. Deși înmagazinează foarte puțină apă (tabelul 2.1), apa din ele se reînnoiește rapid – are un timp de rezidență de doar câteva săptămâni.

Figura 2.3 Marea Moartă, în Orientul Mijlociu. Acest lac conține cantități mari de apă, dar este chiar mai sărat decât apa de mare, astfel încât nu este practic să fie folosit ca resursă de apă.

Apa care se găsește în subteran și în calote glaciare, lacuri și râuri formează aproximativ 4% din totalul din ciclul apei; dar pentru că apa subterană mai adâncă, calote glaciare și lacurile sărate nu sunt utilizabile ca surse de apă în acest moment, cantitatea de apă care poate fi folosită pentru resurse de apă este mult mai mică, doar aproximativ 1% din total. Această apă este distribuită foarte inegal, după cum se poate aprecia atunci când auzim despre penuri de apă și secete extinse în multe părți ale lumii. Pentru a înțelege mai în detaliu problemele legate de disponibilitatea și distribuția apei, vom analiza acum procesele din ciclul apei care transferă apa între rezervoarele hidrosferei.

.