Alla levande varelser behöver vatten för att leva it är en integrerad del av varje kultur världen över, mänskligt eller på annat sätt. Tyvärr vet vi att vissa av naturens system går sönder på grund av mänsklig aktivitet. Den globala uppvärmningen, till exempel, värmer upp luften som regn och snö normalt skulle ha svalnat. Kan vattencykeln vara en av nedbrytningarna? Låt oss utforska vattencykeln och se hur det fungerar.

Vattencykeldiagram

Efter de blå pilarna kan du se att vatten förångas, stiger som ånga, kondenserar till moln, fälls ut som regn och snö, flödar ner i sjöar, floder och bäckar eller absorberar i marken, på väg mot havet för att starta cykeln igen . |

Fysiska tillstånd av vatten

Vatten växlar mellan gas, vätska och fast ämne. Det som gör skillnaden är temperaturen. Höga temperaturer får vatten att förångas till gas (vattenånga), medeltemperaturer ger en flytande form, verkligen låga temperaturer får vatten att frysa.

Över hela världen och i luften förändras vattnet ständigt mellan dessa tre former. Som det gör, ändrar det också plats, som visas med de blå pilarna ovan.

När vätska värms upp förändras den till ånga som stiger. När ånga kyls samman samlas det i regn, snö, hagel eller snö som faller. När is och snö (fast vatten) värms smälter det till vätska som flyter till lägre nivåer, där det lagras, tills det värms igen, förångas och stiger igen.

Således ser vattencykeln ut så här (från höger till vänster på diagrammet): Avdunstning, kondensation, nederbörd, flöde (avrinning), lagring och upprepning. Låt oss undersöka vart och ett av dessa stadier lite mer detaljerat, med början med lagring, eftersom det är det stadium som människor har ansett vara mest användbara för civilisationen.

Gas, flytande, fast

Vatten i dess gasform - ljusa moln som bara smälter samman från vattenånga, men inte nästan redo att regna. |
Regn är vatten i sin flytande form, som har kylts ned från ånga (gas). |

Snö är vatten i en av dess fasta former. Snö smälter till vätska och förångas sedan till ånga när den värms upp. |

Där vatten lagras

Du kommer att märka i diagrammet (stora pilar) att det finns fem huvudsakliga platser för "lagring" där vatten i ett av dess tre steg samlar och sitter:

  1. Som ett fast - lagras vatten som is och snö, alltid där temperaturen är kallt: bergstopparna, norra och södra polerna och länder och hav nära dem (isberg), och ofta också mitt i landet, nära berg och sjöar på vintern. Vatten hålls i den formen tills temperaturen stiger och det smälter, flyter ner för att gå med på en av de andra lagringsplatserna.

    Dessa områden är där människor gillar "vintersport" som skidåkning, skridskoåkning och snowboard. Denna typ av lagring har snabbt brytts ned under de senaste åren, med snö och is som färskvatten smälter mer och mer lätt och smälter samman i det salta havet.
  2. Som en gas stannar vatten som har förångat och stigit upp i luften där som ånga och moln, tills det har svalnat tillräckligt för att kondensera till regn. "Fuktighet" är den term som mäter mängden vattenånga som lagras i luften. Vatten i luften hjälper huden att vara fuktig och mjuk.
  3. Som vätska lagras vatten på tre huvudplatser: Ytvatten, grundvatten och hav:

    Ytvatten –– omfattar hela kategorin sjöar och falska sjöar (dammar), floder och bäckar. Sjöar och dammar betraktas som lagringsområden, eftersom vatten sitter där under en tid, medan det sakta sjunker ned i jorden, avdunstar till himlen eller springer ut via en flod eller två. Vatten stannar kvar i en sjö tillräckligt länge för att växa livsformer, av vilka vi fiskar ut.

    Grundvatten –– vatten som sjunkit ner i jorden hela vägen till dess berggrund (grundvattenbassäng), om det har en. Jorden är som en gigantisk svamp. Det håller vatten tills det behövs för att fylla på ytvatten. Samtidigt drar träd, växter och människor från det för sina egna behov.

    Hav - håll den största mängden vatten i förvaring. Eftersom det är salt, gillar människor inte att dricka det och kan inte använda det för tillverkning, utan att rostas eller täcka sina maskiner. Men dessa stora vattenmassor, fyllda med sina egna liv, är den största källan till förångning. Sötvatten kommer i slutändan från oceanerna i form av vattendestillation - med salt vatten som förångas, kondenseras och faller som färskt regnvatten.

Vattencykelprocess

Kort sagt, det här är de stadier som vattnets cykel går igenom, kontinuerligt cyklar runt, utan verklig början och inget slut:

  • avdunstning
  • Kondensation
  • Nederbörd
  • Strömma
  • Lagring
  • Avdunstning och upprepa

Det är inte en enkel process. Moln kan fälla ut i regn, som börjar falla, bara för att avdunsta igen innan det träffar marken. Eller is kan börja smälta och sedan frysa igen innan den någonsin flyter någonstans. Innan vi går in i detalj om processen, låt oss därför titta på de tre fysiska tillstånden i vatten och vad som orsakar dessa.

Vatten lagrat som ett fast isberg och snö. |

Vatten lagras som en vätska i en sjö. |
Vatten på väg för lagring i marken. |
Den största vattenlagringsplatsen för allt - havet. |

Hur vatten förångas

Vatten avdunstar från alla ytor där det finns vatten, havet, sjöar, dammar, floder, bäckar, fuktig jord, snö och is. När det värms upp med solen eller varm luft eller lava under jorden börjar vattenmolekylerna snurra snabbare och längre ifrån varandra och det blir lättare i vikt. Upp går det, snurrar i luften, ibland som gejsrar, men högre och högre när det blir varmare och förvandlas till vattenånga (gas).

Fukt läggs också till luften via svett från människor och djur och via transpiration (växtsvett), särskilt från träd. All denna fukt stiger upp i atmosfären och spiral upp tills den når svalare luft. Detta är evapotranspiration.

Så småningom når vattenångan en stasispunkt i atmosfären, där luften börjar svalna och ångan stannar kvar där den är, blåst omkring av varm luft och ånga som fortfarande stiger, vilket blandar och byter plats med kallare luft. Denna rörelse kallas vind.

Från evapotranspiration till kondens - vattenånga kondenserar till moln blåst omkring av vind. |

Kondensation av vattenånga

När vattenmolekylerna snurrar och andra stiger för att förena dem i den svalare luften ovan, börjar de sakta ner och sammanfogas. Ju fuktigare luften är, desto snabbare smälter de samman. Till 35 000 fot, även på sommaren, kan luften vara -70C (-94F). I kall luft spolas molekyler långsammare och, när de lockas till varandra, samlas de för att bilda moln. Detta är kondens. Markdimma är en låg nivå kondens.

Kondensation är motsatsen till avdunstning. Där indunstning är förändring av vätska till gas, kondensation börjar byta gas tillbaka till vätska. Allt som krävs för att slutföra den processen är en slags isig kärna runt vilken regn, snö eller hagel kan bildas.

World Cloud Cover

Observera att alla landmassor utan molntäckning är öken eller nära ökenområden, inklusive SW Förenta staterna. Notera också det tunga molntäcket över Amazonas djungel i Sydamerika och Kongo i Afrika. |

"Regn är nåd; regn är himlen nedåtgående till jorden; utan regn skulle det inte vara liv." - John Updike

Utfällning i regn, hagel eller snö

I naturen tillhandahålls nederbördskärnan främst av en bakterie som kallas Pseudomonas syringae. Denna bakterie har en kärna som är som is, som får vattenånga att kondensera runt den och förvandla vattenånga till regndroppar. Kylluft påskyndar processen och omvandlar den begynnande molntäckningen till stormmoln. Bakterier och stormmoln förökas och sprids, tills de är tjocka och tunga nog så att tyngdkraften kan dra regndropparna ner från himlen.

Tyvärr är P. syringae samma bakterier som är välkända för sjukdomar som de skapar på kontantgrödor. Bakterierna fryser en växts hud för att mjukgöra den, så den kan dricka juicen under och sedan reproducerar sig för att bilda kolonier. Den processen lämnar svarta märken på frukt och blad (se bild nedan). Odlare har försökt att utrota bakterierna i decennier.

Huruvida de miljoner bakterier som behövs för regn blåses upp från jorden eller växer till kolonier i atmosfären, är ännu inte känt. Vad vi vet är att en hög andel regn, hagel eller snö innehåller dessa bakterier - cirka 70% enligt studier från Louisiana State University. Vulkaniskt damm och koldamm från eldbränder kan också generera nederbörd vid högre, kallare atmosfärer.

Det faktum att regn, is och snö både kyler och rengör luften och jorden gör iskärnbildande bakterier till en viktig komponent för att motverka den globala uppvärmningen. Att medvetet odla bakterierna på platser där det särskilt behövs kan ge ett sätt att jämnare sprida regn över jorden.

Bevis på bakterier, Pseudomonas syringae, på ett blad. En bakterie kommer in i bladet genom att frysa och mjukgöra huden. |
Moln förvandlas till regn från verkan av iskärnbildande bakterier. |
Nyligen regnstorm i Pasadena, CA. |

Vattenflödet - Löpningar, floder och strömmar

Flödesteget i vattencykeln beskriver rörelsens vatten efter att det träffar marken. Regnvatten mättar ett område som strömmar över markytan till lägre höjder. Den fyller floder och vattendrag som strömmar till sjöar och dammar, och i slutändan till den lägsta höjden av havet - snabbt för unga, raka floder och långsamt, i fallet med slingrande.

Floder faller rakare där höjden är brantare, dras av tyngdkraften. Äldre, slingrande floder bromsar ner vattnet, vilket ger den tid att absorberas av jorden som den passerar över. Mississippifloden var en gammal, slingrande flod som mättade marken mil och mil på vardera sidan när den flödade söderut. En gång fanns det gott om vatten i sin akvifer från Kanada ner till Karibiska havet.

Tyvärr föredrar människor raka floder, vilket möjliggör enklare och snabbare transporter via båtar, produktion av elektricitet och kontrollerad avledning för jordbruk. Så människor muddrar krokiga floder för att göra dem djupare och skära stigar mellan slingrar för att få dem att flyta rakare.

Detta förhindrar att marken absorberar regnvatten och sänker lagringsnivån för akvifern. Eftersom inget vatten i akvifern ersätter vatten som förångas eller rinner till havet börjar floder och bäckar att torka. Sedan Mississippifloden först muddrades, räts upp och dammades har många stater genom vilka den flödar haft torka.

När ytvattnet rinner från bergen och sjöarna genom allt lägre floder och bäckar ut i havet, drar tyngdekraften grundvatten långsamt mot de lägre nivåerna av floder och bäckar och fyller på vad som går till havet, där det förångas igen. Detta håller floderna och strömmarna att rinna tills allt grundvatten är borta. . . eller tills det regnar.

Tills man började suga ut grundvattnet för eget bruk och blockera påfyllningen genom att räta ut floder och bygga städer, stannade de flesta floder och strömmar i USA full under större delen av året.

Haven fylls för evigt och matas av färskt vatten som strömmar ner från bergen, och det rikare, saltare grundvattnet som rinner ut från landet nära havet. Grundvatten rengör jorden och samlar lös salter (och kemiska kemiska ämnen) när det passerar genom och transporterar dem till dess eventuella destination i havet. Dessa salter hjälper sedan att livnära kustlivet, medan kemikalierna hjälper till att döda det.

Floder löper från höga höjder till lägre på väg till havet. |

Vissa delar av Mississippifloden slingrar fortfarande. Notera kurvorna bortom bron. |

Hydrologic Cycle Quizlet

visa frågesportstatistik

Hur människor påverkar vattencykeln

Att räta ut stora flodsystem är inte det enda sättet människor har manipulerat med den naturliga vattencykeln. Många andra sätt har redan nämnts och det finns fortfarande andra. Här är några av dem:

  • Rätning av floder, så att vatten rinner direkt till havet istället för att absorberas av akvifern.

  • Blockerar jorden från att ta upp regn genom att bygga städer och lägga betong och asfalt över ytan.

  • Skär ner skogar som ger luften fukt och kyler jorden, så att regn kan falla. (Denna karta visar omfattningen av avskogning över hela världen med rött.)

  • Använda bekämpningsmedel för att döda bakterierna som hjälper till att skapa regn. Dessutom strippar jorden från infödda växter som bakterierna kan växa på.

  • Torka och värma luften i stadsområden med bilavgas och luftburna föroreningar från tillverkare. Den stigande värmen skjuter bort molnen och kemikalierna sprider allt regn som börjar bildas.
  • Odling av nötkreatur och andra köttproducerande djur massor, så deras magutsläpp (burps, farts och avföring) producerar mängder av växthusgasutsläpp som värmer luften. Denna rapport från 2015 från Skeptical Science visar att 14-18% av jordens mänskliga inducerade växthusgasutsläpp kommer från boskapsproduktion.
Trafiken torkar luften, vägar och städer blockerar påfyllning av grundvatten - Los Angeles. |

Att strippa landet med infödd vegetation, sedan använda presticider för att döda insekter, inklusive välgörande bakterier, stör regncykeln. |

En vattenhållbar kultur

Att ha en hållbar kultur, att leva i harmoni med miljön, hur kan människor respektera och klokt utnyttja vattnet där de bor? Hur kan vi kopiera naturens regncykel i områden där det för närvarande inte regnar? Hur kan vi omdirigera regn från områden där det regnar för mycket?

Att lära sig mer om regncykeln är det första steget att besvara dessa frågor. Att hitta ut det som vi vet är det andra: Att bevara vatten hemma och arbeta, utforma vattenanvändningsprodukter på ett klokt sätt, ändra tillverkningsprocesser som använder vatten är några applikationer. Vilka idéer har du, baserat på vad du vet nu?

Rio Grande River går fritt genom Albuqurque, NM. |

Vattencykel beskrivs på teckenspråk