Apakah kitaran air?

Apakah kitaran air? Saya boleh jawab soalan itu dengan mudah - ia adalah "saya" seluruhnya. Kitaran air menghuraikan kewujudan and pergerakan air di permukaan bumi, di dalam bumi dan di atmosfera atas bumi. Air bumi sentiasa dalam pergerakan dan sentiasa berubah bentuk, dari cecair ke wap ke ais dan kembali semula. Kitaran air telah bertindak berbilion-bilion tahun dan semua hidupan di bumi bergantung kepadanya; Bumi akan menjadi sebuah tempat tanpa hidupan jika tiadanya.

Ringkasan kitaran air.

Kitaran air tiada titik permulaan, tetapi tempat permulaan yang agak baik ialah lautan. Matahari, yang menggerakkan kitaran air, memanaskan air dalam lautan, yang tersejat sebagai wap ke dalam udara. Arus udara yang naik akan membawa wap-wap ke atas atmosfera, di mana suhu sejuk akan menyebabkan wap-wap tersebut terpeluwap menjadi awan.

Arus udara memindahkan awan-awan mengelilingi bumi, dan titisan-titisan awan akan berlaga, berkembang besar, dan kemudian jatuh keluar dari awan sebagai kerpasan. Sebahagian kerpasan jatuh sebagai salji dan kemudian berlonggok sebagai kemuncak ais dan glasier.

Salji di iklim lebih panas akan cair apabila musim bunga tiba, dan air yang tercair itu mengalir di atas permukaan bumi sebagai air larian cairan salji. Hampir semua kerpasan akan jatuh semula ke lautan atau daratan, dan akibat tarikan graviti, ianya akan mengalir di permukaan bumi sebagai air larian permukaan. Tetapi bukan semua daripada air larian ini akan mengalir ke dalam sungai kerana sebahagian besar daripadanya akan menyerap ke dalam tanah sebagai infiltrasi.

Sebahagian daripada air ini akan berada berdekatan dengan permukaan bumi, dan akan menyerap ke dalam sumber-sumber air permukaan serta lautan sebagai 'luahan'air tanah. Terdapat juga air yang akan dipancut keluar sebagai 'matair'daripada celah-celah permukaan bumi. Air permukaan yang cetek pula diserap oleh akar-akar tumbuhan dan akan disingkirkan dari permukaan daun melalui proses transpirasi tumbuhan.

Sedikit sebanyak daripada air ini akan diserap semakin mendalam ke dalam tanah dan akan mengisi 'Akuifer' (batuan sub-permukaan) yang dapat menyimpan air dalam kuantiti yang besar untuk jangka masa yang lama. Tetapi melalui tindakkan masa,air ini akan sentiasa bergerak untuk kembali semula ke dalam lautan,dan di sinilah kitaran air akan "tamat" ...dan juga "bermula".

Bahagian-bahagian bagi kitaran air

U.M Geological Survey ( UMGC ) telah mengenal pasti 15 bahagian berbeza bagi kitaran air iaitu:Air simpanan di lautanSejatanTranspirasiAir atmosfera

PemeluwapanKerpasanAir simpanan di dalam ais dan saljiAliran air dari cairan salji ke dalam sungaiAir larian permukaanAliran sungaiSimpanan Air TawarInfiltrasiSimpanan air bawah atnahLuahan air bawah tanahMata air

JUGA: Pembahagian air dunia

Air simpanan di dalam lautan : Air garam di dalam lautan dan laut daratan.

Laut bagaikan "stor" bagi air

Sebenarnya lebih banyak air disimpan dalam "stor" bumi iaitu lautan untuk suatu jangka masa yang lama daripada ia melalui proses kitaran air. Lebih kurang 1,338,000,000 kilometer kubik ( 321,000,000 batu kubik ) bagi jumlah air simpanan dunia iaitu sebanyak 1,386,000,000 kilometer kubik ( 332,500,000 batu kubik ) disimpan di dalam lautan dunia. Kuantiti ini ialah lebih kurang 96.5 peratus. Lautan akan membekalkan sebanyak 90% daripada air sejatan yang terdapat dalam proses kitaran air.

Kuantiti air dalam lautan akan berubah apabila melalui suatu tempoh masa yang panjang. Semasa tempoh iklim yang lebih sejuk, lebih banyak kemuncak ais dan glasier akan terbentuk yang mengakibatkan pengurangan dalam kuantiti air laut. Keadaan sebaliknya

akan berlaku semasa musim panas. Semasa zaman air batu, paras air laut adalah 122 meter ( 400 kaki ) lebih rendah daripada zaman sekarang. Apabila keadaan bumi adalah lebih panas pada 3 juta tahun yang lalu, paras air laut mungkin berada pada 50 meter ( 165 kaki ) lebih tinggi.

Pergerakkan dalam lautan

Arus-arus dalam lautan akan menyebabkan pergerakkan kuantiti air yang besar mengelilingi dunia. Pergerakkan ini akan mempunyai pengaruh yang tinggi terhadap proses kitaran air dan iklim dunia. "Gulf stream" adalah sangat popular,iaitu pengaliran air sungai yang panas di Lautan Atlantik yang bergerak daripada Teluk Mexico ke Great Britain. Gulf Stream menggerakkan lebih daripada 100 kali jumlah air sungai di dunia ini dengan kelajuan sebanyak 97kilometers ( 60 batu ) dalam satu hari.

Sejatan: Perubahan air daripada cecair kepada gas atau wapSejatan dan sebab berlakunya sejatanSejatan ialah suatu proses yang melibatkan perubahan air daripada cecair kepada gas atau wap. Proses ini merupakan cara yang penting bagi air untuk menyerap semula ke dalam kitaran air daripada bentuk cecair kepada bentuk wap di atmosfera. Lautan, laut, tasik,dan sungai membekalkan lebih kurang 90% lembapan atmosfera melalui proses sejatan, dengan 10% lagi melalui proses transpirasi tumbuhan.

Apabila kelembapan relatif bagi udara ialah 100 % (dalam fasa tepu), Bahangan ( tenaga ), daripada matahari diperlukan untuk proses sejatan. Tenaga ini digunakan untuk memutuskan ikatan-ikatan kimia yang memegang molekul-molekul air bersama.Hal ini dapat menjelaskan sebab air dapat menyejat dengan mudah pada titik didih ( 212° F, 100° C ) dan sejatan semakin berkurang apabila mendekati titik beku.sejatan tidak akan berlaku.Proses sejatan dapat menghilangkan kepanasan di alam sekeliling kita, maka inilah sebab utama sejatan daripada permukaan kulit dapat menyejukkan badan kita.

Sejatan dan proses kitaran air

Sejatan daripada lautan adalah cara utama penyerapan air laut ke dalam atmosfera. Permukaan laut yang luas ( lebih daripada 70% daripada permukaan bumi dilitupi oleh lautan ) membolehkan sejatan dapat berlaku secara besar-besaran.Secara global,kuantiti air yang hilang secara sejatan akan dikembalikan pada kuantiti yang sama ke permukaan bumi melalui titisan air hujan. Tetapi penerimaan air hujan adalah tidak sekata dan berbeza-beza mengikut kedudukan geografi sesebuah negara.

Proses sejatan lebih mudah berlaku daripada hujan di kawasan lautan manakala hujan mudah didapati daripada proses sejatan di kawasan daratan.Sebahagian besar air sejatan daripada laut akan kembali semula ke dalam lautan sebagai titisan air hujan.Hanya 10% daripada air sejatan laut akan dipindah ke daratan melalui proses hujan.Molekul air akan berada di udara selama 10hari selepas melalui proses sejatan.

Transpirasi : Pergerakkan wap air dari daun tumbuhan kepada lapisan atmosfera

Transpirasi dan daun tumbuhanProses transpirasi ialah proses pengangkutan lembapan air melalui tumbuhan dari akarnya kepada liang-liang kecil pada permukaan daun,dan di sinilah ia akan berubah bentuk menjadi wap air dan dibebaskan ke atmosfera bumi. Transpirasi ialah proses sejatan air dari permukaan daun. 10% daripada kelembapan bumi dijangka disingkirkan oleh tumbuhan melalui proses transpirasi.

Secara umumnya, proses transpirasi pada tumbuhan tidak dapat dilihat oleh mata kasar sungguhpun air akan menyejat dari permukaan daun, tetapi anda tidak mungkin keluar untuk melihat tumbuhan anda mengalami proses "perpeluhan". Semasa tempoh percambahan, sehelai daun akan mengalami transpirasi dan berat air yang ditranspirasikan adalah jauh lebih banyak daripada beratnya sendiri.

Satu ekar tanah yang ditumbuhi oleh jagung akan menyingkirkan sebanyak 11,400-15100 liter

(3,000-4000 gelen) air setiap hari dan pokok oak pula akan membebaskan 151,000 liter ( 40,000 gelen )air setahun melalui proses transpirasi.Keadaan atmosfera yang mempengaruhi proses transpirasiKuantiti air yang ditranspirasikan oleh tumbuhan berbeza mengikut kedudukan geografi dan masa.

Kadar transpirasi dipengaruhi oleh faktor seperti:

Suhu :Kadar transpirasi meningkat apabila suhu bumi meningkat,terutamanya semasa musim percambahan,iaitu keadaan udara buni yang lebih panas.Kelembapan bandingan: Apabila kelembapan bandingan di sekitar tumbuhan meningkat,maka proses transpirasi bagi tumbuhan tersebut akan menurun. Air lebih senang untuk menyejat ke dalam atmosfera pada keadaan udara yang kering jika dibandingkan dengan udara yang lebih lembap.

Pergerakkan air dan udara : Peningkatan pergerakkan udara di sekitar sesuatu tumbuhan akan mengakibatkan kadar transpirasi manjadi lebih cepat.Jenis tumbuhan: Kadar transpirasi adalah berbeza mengikut tumbuhan. Tumbuhan yang didapati di kawasan iklim panas seperti kaktus boleh menyimpan lebih banyak air dengan mengurangkan kadar transpirasinya.

Simpanan air di dalam atmosfera sebagai wap, awan dan lembapan.

Atmosfera kita dipenuhi oleh air

Sungguhpun atmosfera kita bukan merupakan "stor" air yang paling penting,namun demikian ia boleh diibaratkan sebagai "lebuhraya" yang digunakan untuk membolehkan pergerakkan air mengelilingi dunia. Atmosfera sering dipenuhi oleh kandungan air dan ini boleh dilihat secara ketara melalui awan-awan atmosfera.Tetapi udara juga mengandungi air -air yang terkandung dalam partikel kecil yang sukar dilihat dengan mata kasar. Isipadu air di atmosfera pada masa ini ialah lebih kurang 12,900 kilometer kubik ( 3,100 batu kubik ).Jika semua air di atmosfera bertukar bentuk kepada air hujan dan semua titisan ini jatuh ke permukaan bumi,maka air ini akan melitupi permukaan bumi setinggi 2.5 cm,iaitu 1 inci.

Kondensasi : Pertukaran air daripada bentuk wap kepada cecair

Kondensasi ialah proses pertukaran air daripada bentuk wap kepada cecair. Proses ini memainkan peranan penting kepada kitaran air kerana kondensasi penting dalam proses pembentukkan awan.Awan seterusnya pula menghasilkan hujan dan inilah cara utama untuk air sejatan kembali semula ke bumi.

Kondensasi ialah proses yang terbalik bagi sejatan.Kabus juga berlaku sebagai akibat daripada proses kondensasi dan juga menyebabkan berlakunya keadaan cermin mata anda yang menjadi kabur apabila anda berpindah daripada sebuah bilik yang sejuk kepada luar bilik pada suatu hari yang panas serta lembap, bagi titisan air yang meleleh pada permukaan luar gelas anda, serta bagi pembentukkan air pada permukaan dalam tingkap di rumah anda pada hari yang sejuk.

Proses kondensasi di udara

Sungguhpun pada suatu hari yang cerah tanpa litupan awan, udara masih mengandungi air yang berada dalam bentuk wap atau titisan air yang adalah terlalu kecil untuk dilihat oleh mata kasar kita. Molekul-molekul air akan bergabung dengan partikel debu, garam dan asap di udara untuk membentuk titisan awan yang seterusnya akan bergabung dengan titisan-titisan awan yang lain untuk membentuk awan.Titisan air yang bergabung sesama sendiri akan bertambah dari segi saiz dan seterusnya menyebabkan berlakunya kerpasan.

Awan terbentuk di atmosfera kerana udara yang mengandungi wap air akan bergerak ke permukaan atas atmosfera dan menyejuk.Matahari akan memanaskan udara di sekitar permukaan bumi dan menyebabkan udara tersebut menjadi lebih ringan dan meningkat ke kawasan yang lebih sejuk.Dengan suhu yang semakin rendah,maka lebih banyak proses kondensasi dapat berlaku yang seterusnya meningkatkan pembentukkan awan di atmosfera.

Kerpasan : Proses pelepasan air daripada awan

Kerpasan ialah proses pelepasan air daripada awan dalam bentuk air hujan, salji atau hujan batu. Proses ini merupakan laluan penting bagi air di atmosfera kembali semula ke bumi dan kebanyakkan proses berlaku dalam bentuk air hujan.

Bagaimana titisan air hujan terbentuk?

Awan yang terapung di atmosfera mengandungi wap air dan titisan awan yang tidak dapat jatuh

ke permukaan bumi sebagai hujan kerana saiznya yang kecil,tetapi saiznya adalah cukup besar untuk membentuk awan yang dapat dilihat oleh manusia. Air di langit akan mengalami proses sejatan dan kondensasi secara berterusan. Kebanyakkan daripada air yang terkondensasi di dalam awan tidak akan jatuh ke bumi sebagai titisan air hujan kerana turbulen udara yang mengampaikan awan-awan di atmosfera.Proses hujan hanya dapat berlaku jika titisan air mula mengalami proses kondensasi dan bergabung untuk membentuk titisan-titisan air besar dan menjadi cukup berat untuk membentuk hujan.Pembentukkan satu titisan air hujan memerlukan gabungan berjuta-juta hablur air untuk membentuk awan.

Kadar kerpasan berbeza dari segi kedudukan geografi dan masaPenerimaan air hujan adalah tidak sekata bagi dunia ini,sungguhpun bagi sesebuah negara atau bandar. Sebagai contoh,di Atlanta ,Georgia, USA, hujan kilat pada musim panas akan menyebabkan penerimaan air hujan lebih sebanyak satu inci atau lebih.Hal ini pula menyebabkan keadaan menjadi lebih kering di kawasan yang terletak sejauh beberapa kilometer daripadanya.

Tetapi kuantiti air hujan yang diterima oleh Georgia dalam satu bulan sering adalah lebih banyak daripada penerimaan air hujan oleh Las Vegas,Nevada dalam satu tahun. Rekod dunia bagi penerimaan purata tahunan bagi air hujan dipegang oleh Mt.Waialeale,Hawaii,iaitu lebih kurang 1,140cm ( 450 inci) dalam satu tahun.Hal ini menunjukkan perbezaan ketara dengan negara Afrika, Chile iaitu negara-negara yang tidak mengalami hujan selama 14 tahun.Peta di bawah menunjukkan purata air hujan tahunan dalam milimeter dan inci bagi seluruh dunia ini. Kawasan hijau cerah boleh dianggap sebagai kawasan "gurun". Kemungkinan besar anda menganggap kawasan Sahara di Afrika ialah kawasan gurun tetapi pernahkan anda juga menganggap Greenland dan Antartika sebagai kawasan gurun juga?

Simpanan air di dalam ais,glasier dan salji:

Kemuncak ais dunia

Air yang telah disimpan selama suatu jangka masa yang panjang di dalam ais,salji dan glasier adalah sebahagian daripada kitaran air global.Sebahagian besar,iaitu hampir 90% daripada ketulan ais bumi didapati di Antartika,manakala 10% lagi pula didapati di kemuncak ais Greenland.Ketebalan bagi kemuncak ais di Greenland secara puratanya ialah 1,500meter ( 5,000 kaki) tetapi boleh mencapai ketebalan sebanyak 4,300meter ( 14,000 kaki).

Pencairan dan pembekuan ais serta glasier

Iklim dunia sentiasa mengalami perubahan tetapi kadarnya tidak begitu cepat sehingga boleh diperhatikan oleh manusia.Dunia kita telah mengalami pelbagai jenis iklim,dari tempoh iklim panas semasa kewujudan dinosour pada 100 juta tahun yang lalu,hingga ke tempoh musim sejuk semasa zaman air batu pada 20,000 tahun yang lalu. Hampir seluruh hemisfera utara telah dipenuhi oleh ais dan glasier semasa zaman air batu yang lalu.

Sedikit sebanyak fakta tentang glasier dan kemuncak aisGlasier menutupi 10 hingga 11 % permukaan di bumi iniJika semua glasier melebur pada masa ini, maka paras laut akan meningkat sebanyak 70 meter ( 230 kaki ).Sumber: Pusat Data Nasional Bagi Salji Dan AisSemasa zaman air batu, paras laut adalah 122meter ( 400 kaki )lebih rendah jika dibandingkan pada masa ini dan glasier menutupi lebih kurang satu pertiga daripada kawasan daratan bumi.Semasa musim panas yang lalu,iaitu 125,000 tahun yang lepas,laut adalah 5.5 meter ( 18 kaki ) lebih tinggi daripada zaman sekarang. Kemungkinan besar paras laut adalah 50 meter( 165 kaki ) lebih tinggi pada 3 juta tahun yang lalu.

Air larian cairan salji ke dalam sungai:

Secara global, air larian daripada salji membentuk sebahagian besar daripada pergerakkan air di dunia ini.Di kawasan iklim yang lebih sejuk,air larian daripada musim bunga dan aliran air sungai berpunca daripada pencairan salji dan ais.Selain daripada berlakunya banjir,pencairan salji pada kadar yang terlalu cepat akan menyebabkan berlakunya tanah runtuh dan.

Cara yang paling baik untuk memahami pengaruh cairan salji ke atas aliran air sungai adalah dengan melihat graf hidro di bawah yang menunjukkan min aliran air sungai harian (purata aliran air sungai untuk setiap hari) bagi tempoh 4 tahun untuk North Fork American River di North Fork Dam,California,USA.Kemuncak-kemuncak tinggi dalam carta ialah akibat daripada pencairan salji.Fakta menunjukkan perbandingan antara min harian aliran sungai pada bulan March 2000 ialah 1,200 kaki kubik sesaat manakala pada bulan Ogos, iaitu selepas pencairan salji secara keseluruhannya,aliran air sungai telah berkurang iaitu mempunyai julat antara 55-75 kaki kubik sesaat.

Air larian daripada pencairan salji berbeza-beza mengikut musim dan juga tahun.Sila buat perbandingan antara kemuncak bagi aliran air sungai pada tahun 2000 dengan kemuncak yang lebih rendah bagi aliran air sungai untuk tahun 2001. Ia menunjukkan satu musim kemarau yang serius telah melanda kawasan California pada tahun 2001.Kekurangan air yang disimpan sebagai longgokan salji semasa musim sejuk akan mengurangkan bekalan air untuk sepanjang tahun itu.Hal ini akan mempengaruhi kuantiti air yang disimpan dalam kolam air yang terletak di hilir sungai dan seterusnya mempengaruhi jumlah kuantiti air yang boleh dibekalkan untuk pertanian dan bekalan manusia.

Air larian permukaan:

Air larian kerpasan yang mengalir daripada permukaan tanah ke dalam sungai

Air larian permukaan ialah hasil daripada air larian kerpasan merentasi bumi.Kebanyakkan orang beranggapan bahawa air hujan akan jatuh ke permukaan bumi dan mengalir merentasi bumi yang seterusnya akan mengalir ke dalam sungai dan akhirnya ke dalam lautan dunia.Sebenarnya perkara ini adalah lebih kompleks,kerana sungai juga akan memperolehi dan menghilangkan air ke dalam tanah dalam bumi kita.Tetapi sejumlah besar air sungai diperolehi secara terus daripada air larian kerpasan yang juga didefinisikan sebagai air larian permukaan.

Sebahagian daripada air hujan selalunya akan menyerap ke dalam permukaan bawah tanah,tetapi apabila air hujan dikenakan ke atas permukaan keras dan telap seperti jalan raya dan kawasan tempat letak kereta,maka air ini akan mula mengalir ke kawasan yang lebih rendah sebagai air larian.Semasa berlakunya hujan lebat,anda mungkin berpeluang untuk melihat pembentukkan anak-anak sungai yang mengalir daripada kawasan tanah tinggi ke kawasan tanah rata.Air akan mengalir sepanjang terusan air di daratan sebelum ia memasuki sesebuah sungai.Gambar ini menunjukkan cara air larian permukaan ( di sini air larian mengalir keluar dari jalan raya ) dan memasuki suatu teluk yang kecil.Dalam kes ini,air larian akan mengalir merentasi tanah gondol dan membawa bersama mendapan bersamanya ke dalam sungai ( kesannya adalah buruk kepada kualiti air ).

Air larian yang memasuki teluk ini memulakan perjalannya semula ke dalam lautan.

Seperti semua bahagian dalam suatu kitaran air,interaksi di antara proses kerpasan dan air larian permukaan berbeza mengikut masa dan keadaan geografi. Kejadian hujan kilat yang sama di hutan Amazon dan gurun yang terdapat di selatan timur bagi negara Amerika akan menunjukkan air larian permukaan yang berbeza. Air larian permukaan dipengaruhi oleh faktor-faktor iklim dan cuaca serta keadaan fizikal geologi dan topografi bagi sesebuah tanah. Hanya satu pertiga daripada air hujan yang jatuh ke atas bumi akan mengalir ke dalam sungai yang seterusnya dikembalikan semula ke dalam lautan. Bahagian selebihnya iaitu dua pertiga daripadanya akan mengalami proses sejatan,transpirasi atau akan menyerap semula ke dalam tanah. Air larian permukaan boleh digunakan oleh manusia untuk kegunaan seharian.

Aliran Sungai: Pergerakan Air Dalam Sebatang sungai

U.M Geological Survey ( UMGS ) telah menggunakan istilah " aliran sungai " untuk menjelaskan kuantiti air yang mengalir dalam sebatang sungai,anak sungai atauKepentingan sungai

Sungai bukan hanya setakat penting kepada manusia, tetapi kepada semua benda hidup di dunia ini.Sungai bukan sahaja merupakan suatu tempat rekreasi yang baik untuk manusia serta haiwan peliharaan tetapi manusia akan menggunakan air sebagai sumber air minuman,bagi aktiviti perairan, menjana tenaga elektrik, untuk penyingkiran hasil buangan( diharapkan hasil buangan yang telah mengalami proses rawatan ),pengangkutan barangan dan untuk memperolehi makanan. Sungai adalah sangat penting untuk semua jenis flora dan fauna.Selain itu, sungai juga membolehkan bawah tanah sentiasa dipenuhi oleh air dengan mengalirkan air ke bawah tanah melalui dasar sungai. Lautan kita juga sentiasa dipenuhi dengan air kerana sentisa menerima pengaliran air sungai.Kawasan tadahan dan sungai

Semasa kita memikirkan tentang sungai,adalah sangat penting untuk kita juga memikirkan tentang kawasan tadahan bagi sungai.Apakah itu kawasan tadahan? Jika anda sedang berdiri di atas bumi,maka lihatlah ke bawah. Bumi yang sedang anda pijak seperti semua orang yang lain ialah suatu kawasan tadahan.Kawasan tadahan ialah kawasan pengumpulan air yang sama apabila berlakunya hujan. Kawasan ini boleh sekecil suatu tapak kaki di atas lumpur sehinggalah saiz sebesar suatu kawasan yang dapat menutupi seluruh tanah yang mengalirkan air ke dalam Sungai Mississippi yang seterusnya akan mengalir ke dalam Teluk Mexico. Kawasan tadahan yang kecil akan dilingkungi oleh kawasan tadahan yang lebih besar.Semuanya bergantung kepada titik aliran keluar iaitu semua tanah permukaan bumi yang mengalirkan air kepada titik tersebut merupakan kawasan tadahan bagi lokasi titik aliran keluar itu. Kawasan tadahan adalah sangat penting kerana aliran sungai dan kualiti air akan dipengaruhi oleh kegiatan manusia di kawasan tersebut.

Aliran sungai akan sentiasa mengalami perubahan

Aliran sungai akan sentiasa berubah,dari sehari ke sehari bahkan dari seminit ke minit yang lain. Tetapi pengaruh yang paling penting bagi aliran sungai ialah air larian kerpasan dalam sesebuah kawasan tadahan. Air hujan akan menyebabkan peningkatan paras sungai, tetapi peningkatan paras tersebut hanya dapat berlaku jika kawasan tadahan mengalami hujan pada kawasan yang lebih tinggi,iaitu air akan mengalir ke bawah melalui lokasi aliran keluar.Saiz bagi sesebuah sungai bergantung kepada saiz kawasan tadahan air baginya. Sungai yang besar akan mempunyai kawasan tadahan air yang lebih besar dan sebaliknya pula sungai yang kecil akan mempunyai kawasan tadahan air yang lebih kecil.Saiz sungai yang berbeza akan bertindak balas secara berbeza kepada ribut petir dan kejadian hujan.

Kadar peningkatan dan penurunan paras air sungai bagi sungai besar adalah lebih perlahan jika dibandingkan dengan sungai kecil. Dalam sebuah kawasan tadahan yang kecil,paras air sungai akan berubah dalam tempoh masa minit atau jam. Sungai besar pula akan mengambil masa beberapa hari untuk mengalami peningkatan dan penurunan paras airnya.Selain itu,kejadian banjir pula akan dialami sebanyak beberapa hari kerana tempoh masa beberapa hari diperlukan supaya semua air yang jatuh beratus batu di hulu sungai dapat .

Air simpanan: Kewujudan air di permukaan bumi

Satu bahagian dalam kitaran air yang mempunyai signifikasi yang tinggi kepada semua benda hidup di muka bumi ini ialah kewujudan air di permukaan bumi.Tanyalah jiran anda atau pokok tomato, ikan "trout" atau seekor nyamuk. Air permukaan termasuk sungai, kolam, tasik,tasik buatan dan 'Tanah Lembap.'Pengaliran air keluar dan masuk akan menyebabkan kuantiti air dalam sungai dan tasik sentiasa berubah. Pengaliran masuk adalah disebabkan oleh kerpasan, air larian permukaan,resapan bawah tanah dan pengaliran daripada cabang-cabang sungai kecil. Pengaliran keluar daripada sungai dan tasik pula disebabkan oleh proses sejatan dan resapan ke bawah tanah. Manusia juga menggunakan sumber air permukaan untuk memenuhi keperluan sehariannya.

Kuantiti dan lokasi bagi air permukaan bumi akan mengalami perubahan selepas suatu tempoh masa dan ruang tertentu,sama ada secara semula jadi atau sebagai akibat daripada aktiviti manusia.

Air permukaan ialah nadi penggerak bagi semua benda hidupGambar di Nile Delta,Egypt ini jelas menunjukkan bahawa benda hidup juga dapat bercambah di kawasan gurun hanya jika terdapat bekalan air permukaan ataupun bawah tanah. Air permukaan memang dapat menyokong semua benda hidup di dunia ini dan air bawah tanah terbentuk sebagai akibat daripada resapan ke bawah air permukaan bumi ke dalam akuifer bawah tanah.

Anda mungkin fikir bahawa ikan yang hidup dalam lautan (air masin) tidak dipengaruhi oleh air tawar, tetapi, tanpa air tawar sebagai sumber air lautan, air lautan akan lama-kelamaan tersejat dan menjadi terlalu masin untuk ikan hidup.Secara relatifnya, air tawar didapati dalam kuantiti yang sangat sedikit di permukaan bumi. Hanya 3% daripada jumlah air di bumi ini ialah air tawar, dan tasik air tawar serta paya bakau hanya membekal 0.29% daripada air bumi. 20% daripada jumlah air tawar didapati dalam sebuah tasik iaitu tasik Baikal di Asia. Selain itu,20% lagi pula disimpan di dalam Great Lakes ( Huron, Michgan, dan Superior ) yang terdapat di Amerika Syarikat.

Sungai hanya menyumbang kepada 0.006% daripada jumlah air tawar di bumi ini. Maka anda dapat lihat bahawa semua benda hidup di bumi ini disokong oleh kuantiti air yang begitu sedikit daripada jumlah bekalan air dunia,dan ini boleh diibaratkan sebagai" satu titik air dalam sebuah baldi."

Infiltrasi: Proses pergerakkan air ke dalam bahagian bawah tanah dan batu dari permukaan atas bumi.

Air bawah tanah bermula daripada kerpasan

Di mana-mana sahaja kawasan di dunia ini,sebahagian daripada air yang turun sebagai titisan air hujan atau salji akan menyerap masuk ke dalam permukaan tanah dan ketulan batu. Kuantiti resapan dipengaruhi oleh beberapa faktor yang berbeza. Resapan sebagai akibat daripada kerpasan terhadap kemuncak ais di Greenland mungkin adalah sangat kecil jika dibandingkan dengan gambar ini yang menunjukkan sebatang anak sungai yang "hilang" ke dalam sebuah gua di Georgia,USA, maka ini membuktikan bahawa sebatang anak sungai dapat menyerap secara terus ke dalam air bawah tanah.

Sebahagian besar daripada air yang meresap ke dalam tanah akan berada dalam lapisan tanah yang berdekatan dengan permukaan bumi, dan ia mungkin akan menyerap masuk ke dalam aliran anak sungai melalui celah di tebing sungai. Terdapat juga air yang akan menyerap masuk jauh ke dalam kerak muka bumi dan mengisi akuifer bawah tanah. Jikalau akuifer adalah cetek atau kurang padat dan membolehkan pergerakkan air secara senang melaluinya,maka manusia boleh menggali sebuah perigi untuk kegunaan mereka. Air dapat mengalir melalui suatu jarak yang sangat jauh atau berada sebagai simpanan air bawah tanah untuk suatu tempoh masa yang lama sebelum kembali semula ke permukaan bumi atau sumber-sumber air yang lain seperti sungai dan lautan.

Air di subpermukaan

Kerpasan yang menyerap masuk ke dalam sub-permukaan tanah selalunya boleh didapati dalam dua bentuk berbeza iaitu zon tidak tepu dan zon tepu. Bagi zon tidak tepu, terdapat air di dalam celah-celah sub-permukaan batu tetapi tanahnya adalah tidak tepu dengan air. Bahagian atas bagi zon tidak tepu air ialah zon tanih. Zon tanih mempunyai ruang-ruang yang dibentuk oleh akar pokok tumbuhan yang membolehkan kerpasan air untuk mengalami proses resapan. Tumbuh-tumbuhan akan menggunakan kandungan air di zon tanah ini. Di bahagian bawah bagi zon tidak tepu ialah zon tepu air yang diisi sepenuhnya bagi celah-celah ruang di antara batu dan partikel tanah. Manusia dapat menggali perigi di kawasan ini untuk mengeluarkan kandungan airnya.

Resapan air bawah tanah: Pergerakkan air dari bawah tanah

Anda dapat melihat air di kawasan sekiling kita,sama ada dalam bentuk tasik, ais, hujan dan salji. Tetapi terdapat juga sejumlah besar air yang tidak dapat anda lihat, iaitu air yang bergerak di bawah tanah. Manusia telah menggunakan air bawah tanah sejak beribu-ribu tahun yang lalu dan masih dipraktikkan pada masa ini sebagai air minuman dan untuk aktiviti pengairan.Kehidupan bumi bergantung kepada air bawah tanah sama seperti pergantungannya terhadap air di permukaan bumi.

Air bawah tanah mengalir di permukaan bawah tanah

Sebahagian daripada kerpasan yang jatuh ke permukaan daratan akan diserap masuk ke dalam bumi untuk membentuk air bawah tanah. Sebaik sahaja berada di bawah tanah, sebahagian daripada air akan mengalir berdekatan dengan permukaan bumi dan akan disingkirkan ke dalam dasar alur sungai,tetapi disebabkan oleh tarikkan graviti,maka kebanyakkannya akan terus diserap ke dalam kerak bumi.

Gambarajah ini menunjukkan arah dan kelajuan bagi pergerakkan air bawah tanah ditentukan oleh beberapa ciri akuifer dan lapisan batasannya ( batu yang padat menjadikan air sukar untuk menyerap masuk ke dalamnya ) di bawah tanah. Pergerakkan air bawah tanah bergantung kepada darjah ketelapan iaitu dan porositi ( iaitu jumlah ruang kosong di dalamnya) batu sub-permukaan. Jika secara relatifnya pengaliran air adalah senang dalam batu, maka air bawah tanah tersebut akan dapat bergerak melalui suatu jarak yang jauh dalam tempoh masa beberapa hari. Tetapi air bawah tanah juga mungkin akan diserap jauh ke dalam akuifer mendalam, dengan ini air akan memerlukan masa beribu-ribu tahun untuk kembali semula ke alam sekitar kita.

Mata air : Tempat air bawah tanah yang dirembes keluar di permukaan bumi

Apakah itu mata air?

Mata air ialah kesan yang didapati apabila sebuah akuifer telah dipenuhi oleh air sehingga melimpah keluar ke permukaan bumi.Mata air boleh didapati dalam pelbagai jenis saiz iaitu dari saiz yang kecil ( mengalir selepas hujan yang lebat ) kepada kolam mata air yang besar iaitu pengaliran air sebanyak berjuta-juta gelen sehari.

Mata air boleh dibentuk dalam pelbagai jenis batu, tetapi ebanyakkannya didapati dalam batu kapur dan dolomite,yang akan merekah secara sangat senang dan boleh dilarutkan oleh air hujan yang seterusnya akan menyebabkan sifat asid padanya. Apabila batu tersebut melarut dan merekah,ruang-ruang akan terbentuk yang membolehkan pengaliran air menerusinya.Jika pengaliran air adalah secara mandatar, maka ia akan mengalir ke permukaan bumi sebagai mata air.

Air daripada mata air bukan selalunya jernih

Air daripada mata air selalunya didapati dalam bentuk yang jernih.Tetapi terdapat juga air daripada sebahagian mata air dunia yang boleh didapati dalam warna "teh".sebagai contoh ialah mata air di Colorado,USA. Ia didapati dalam warna merah kerana air bawah tanahnya telah bercampur gaul dengan garam mineral bawah tanah ( ferum ).Rembesan air daripada mata air

yang menunjukkan warna yang sangat gelap akan membuktikkan bahawa pengaliran air yang sangat cepat melalui terusan besar di sekitar alur bvesar tanpa mengalami proses penapisan yang cukup oleh batu untuk menyingkirkan warnanya.

Mata air panas

Mata air panas adalah mata air yang biasa tetapi airnya adalah suam dan di kawasan tertentu adalah panas seperti Taman Negara Yellowstone mata air di Yellowstone National Park,Wyoming,USA. Kebanyakkan mata air panas didapati di kawasan yang telah mengalami aktiviti letupan gunung berapi iaitu air telah dipanaskan apabila bersentuhan dengan batu-bata panas jauh di bawah permukaan bumi. Batu manjadi semakin panas apabila semakin ke dalam kerak bumi dan jika air bawah tanah sampai ke yang menyediakan suatu laluan ke atas permukaan bumi,maka terbentuklah suatu mata air panas.Mata air panas berlaku di merata dunia dan juga boleh didapati di kawasan gunung ais beku.

Stored water as part of the water cycle

Sebahagian besar daripada air disimpan di dalam bumi. Airnya masih bergerak sungguhpun mungkin pada kadar yang sangat perlahan,tetapi ia masih merupakan sebahagian daripada kitaran air dunia. Kebanyakkan air bawah tanah berpunca daripada kerpasan yang menyerap masuk ke bawah dari permukaan atas bumi. Permukaan lapisan atas bagi tanah ialah zon tidak tepu, dan kuantiti airnya akan berubah mengikut perubahan masa tetapi tidak akan menepukan tanah dengan air.

Di bawah lapisan ini ialah zon tepu air, iaitu kawasan yang mengandungi liang, rekahan dan ruang di antara partikel batu yang dipenuhi oleh air. Istilah air bawah tanah menjelaskan kawasan ini. Istilah lain bagi air bawah tanah ialah stor besar bagi simpanan air bumi dan manusia sejagat bergantung kepadanya untuk menjalankan aktiviti harian mereka.Cikgu berharap agar anda akan menghargai usaha yang Cikgu curahkan selama satu jam ini untuk menggali satu lubang di tepi pantai dalam keadaan matahari terik.

Inilah cara yang paling baik untuk mengilustrasikan konsep cara tanah yang boleh mengalami peresapan,dapat menyimpan air adalah telap dengan air. Paras air merupakan bahagian atas bagi kolam air di dalam lubang ini dan paras airnya adalah sama dengan paras laut. Pasang surutnya arus air akan menyebabkan perubahan paras laut setiap minit,dan paras air di dalam lubang ini

juga bergerak seperti air laut yang sentiasa pasang dan surut.

Taburan air global

Sila merujuk kepada carta dan jadual data di bawah untuk penjelasan yang lebih terperinci tentang penyimpanan air dunia. Dapatkah anda perhatikan bahawa daripada jumlah bekalan air di dunia ini iaitu sebanyak 1,386 juta kubik kilometer ( 332.5 juta kubik batu ) air,lebih daripada 96% ialah air masin. Dan daripada jumlah air tawar, lebih daripada 68% terperangkap dalam ais dan glasier manakala 30% lagi air tawar terdapat di bawah tanah.Sumber-sumber air di permukaan bumi seperti sungai dan tasik hanya mempunyai kuantiti sebanyak 93,100 kubik kilometer ( 22,300 batu kubik ),iaitu lebih kurang 1/150 daripada satu peratus bagi jumlah air dunia.Tetapi sungai dan tasik adalah sumber air yang penting untuk kehidupan seharian manusia.

Satu jangkaan bagi pembahagian air globalSumber airIsipadu air dalam kilometer kubikIsipadu air dalam batu kubikPeratus bagi airPeratus bagi jumlah airLautan, laut dan teluk1,338,000,000321,000,000--96.5Kemuncak ais, Glasier dan Salji Tetap24,064,0005,773,00068.71.74Air bawah tanah23,400,0005,614,000--1.7tawar10,530,0002,526,00030.10.76Air masin12,870,0003,088,000--0.94Soil Moisture

16,5003,9590.050.001Ground Ice & Permafrost300,00071,9700.860.022Lakes176,40042,320--0.013tawar91,00021,8300.260.007Air masin85,40020,490--0.006Atmosfera12,9003,0950.040.001Air paya bakau11,4702,7520.030.0008Sungai2,1205090.0060.0002Air biologi1,1202690.0030.0001Jumlah1,386,000,000

332,500,000-100Sumber : Sumber bagi air dalam Ensiklopedia bagi Iklim dan Cuaca ,disunting oleh S.H Schneider, Oxford University Press,New York, vol 2,pp 817-823

The Hydrologic Cycle

Water's journey through time

by Anne E. Egger, Ph.D.

Key Concepts hide

The hydrologic cycle is the set of processes by which water moves through different reservoirs on earth.

Studies indicating that the amount of water on earth is constant helped lead to the concepts of the hydrologic cycle.

The hydrologic cycle influences climate and weather patterns and thus changes as global climate changes.

The hydrologic cycle is driven primarily by energy from the sun.

As recently as 12,000 years ago, you could walk from Alaska to Siberia without having to don a wetsuit. At that time, glaciers and ice sheets covered North America down to the Great Lakes and Cape Cod, though coastal areas generally remained ice-free. These extensive ice sheets occurred at a time when sea level was very low, exposing land where water now fills the Bering Strait. In fact, throughout earth’s history, times of extensive glaciers correlate with low sea level and times when only minor ice sheets exist (like today) correlate with high sea levels. These correlations are due to the fact that the amount of water on the earth is constant, and is divided up between reservoirs in the oceans, in the air, and on the land. In addition, earth’s water is constantly cycling through these reservoirs in a process called the hydrologic cycle. Both of these facts together lead us to the conclusion that more water stored in ice sheets means less water in the oceans.

Earth is the only planet in our solar system with extensive liquid water—other planets are too hot or too cold, too big or too small. Though Mars appears to have had water on its surface in the past and may still harbor liquid water deep below its surface, our oceans, rivers, and rain are unique as far as we know, and they are life-sustaining. Understanding the processes and reservoirs of the hydrologic cycle is fundamental to dealing with many issues, including pollution and global climate change.

As early as 800 BCE, Homer wrote in the Iliad of the ocean “from whose deeps every river and sea, every spring and well flows,” suggesting the interconnectedness of all of the earth’s water. It wasn’t until the 17th century, however, that the poetic notion of a finite water cycle was demonstrated in the Seine River basin by two French physicists, Edmé Mariotte and Pierre Perrault, who independently determined that the snowpack in the river’s headwaters was more than sufficient to account for the river’s discharge. These two studies marked the beginning of hydrology, the science of water, and also the hydrologic cycle.

Hydrologic cycle

The hydrologic cycle can be thought of as a series of reservoirs, or storage areas, and a set of processes that cause water to move between those reservoirs. The largest reservoir by far is the oceans, which hold about 97% of the earth’s water. The remaining 3% is the freshwater so important to our survival, but about 78% of that is stored in ice in Antarctica and Greenland. About 21% of freshwater on the earth is groundwater, stored in sediments and rocks below the surface of the earth. The freshwater that we see in rivers, streams, lakes, and rain is less than 1% of the freshwater on the earth and less than 0.1% of all the water on the earth.

Figure 1: The hydrologic cycle. Arrows indicate volume of water that moves from reservoir to reservoir.

The ocean and the atmosphere

Water moves constantly between these reservoirs through the processes of evaporation, condensation and precipitation, surface and underground flow, and others. The driving force for the hydrologic cycle is the sun, which provides the energy needed for evaporation just as the

flame of a gas stove provides the energy necessary to boil water and create steam. Water changes from a liquid state to a gaseous state as it evaporates from the oceans, lakes, streams, and soil (see our Water: Properties and Behavior module for a further explanation). Because the oceans are the largest reservoir of liquid water, that is where most evaporation occurs. The amount of water vapor in the air varies widely over time and from place to place; we feel these variations as humidity.

The presence of water vapor in the atmosphere is one of the things that makes earth livable for us. In 1859, Irish naturalist John Tyndall began studying the thermal properties of the gasses in the earth’s atmosphere. He found that some gasses, like carbon dioxide (CO2) and water vapor, trap heat in the atmosphere (a property commonly called the greenhouse effect), while other gasses like nitrogen (N2) and argon (Ar) allow heat to escape to space. The presence of water vapor in the atmosphere helps keep surface air temperatures on the earth range from about -40° C to 55° C. Temperatures on planets without water vapor in the atmosphere, like Mars, stay as low as -100° C.

Once water vapor is in the air, it circulates within the atmosphere. When an air package rises and cools, the water vapor condenses back to liquid water around particulates like dust, called condensation nuclei. Initially these condensation droplets are much smaller than raindrops and are not heavy enough to fall as precipitation. These tiny water droplets create clouds. As the droplets continue to circulate within the clouds, they collide and form larger droplets, which eventually become heavy enough to fall as rain, snow, or hail. Though the amount of precipitation varies widely over the surface of the earth, evaporation and precipitation are globally balanced. In other words, if evaporation increases, precipitation also increases; rising global temperature is one factor that can cause a worldwide increase in evaporation from the world’s oceans, leading to higher overall precipitation.

Since oceans cover around 70% of the earth’s surface, most precipitation falls right back into the ocean and the cycle begins again. A portion of precipitation falls on land, however, and it takes one of several paths through the hydrologic cycle. Some water is taken up by soil and plants, some runs off into streams and lakes, some percolates into the groundwater reservoir, some falls on glaciers and accumulates as glacial ice.

The hydrologic cycle on land

The amount of precipitation that soaks into the soil depends on several factors: the amount and intensity of the precipitation, the prior condition of the soil, the slope of the landscape, and the presence of vegetation. These factors can interact in sometimes surprising ways - a very intense rainfall onto very dry soil, typical of the desert southwest, often will not soak into the ground at all, creating flash-flood conditions. Water that does soak in becomes available to plants. Plants take up water through their root systems; the water is then pulled up through all parts of the plant and evaporates from the surface of the leaves, a process called transpiration. Water that soaks into the soil can also continue to percolate down through the soil profile into groundwater reservoirs, called aquifers. Aquifers are often mistakenly visualized as great underground lakes; in reality, groundwater fills the pore spaces within sediments or rocks.

Figure 2: Groundwater exists below the water table, which divides unsaturated soil, rock, and sediments from saturated.

Water that doesn’t soak into the soil collects and moves across the surface as run-off, eventually flowing into streams and rivers to get back to the ocean. Precipitation that falls as snow in glacial regions takes a somewhat different journey through the water cycle, accumulating at the head of glaciers and causing them to flow slowly down valleys.

Humans and the hydrologic cycle

The properties of water and the hydrologic cycle are largely responsible for the circulation patterns we see in the atmosphere and the oceans on the earth. Atmospheric and oceanic circulation are two of the major factors that determine the distribution of climatic zones over the earth. Changes in the cycle or circulation can result in major climatic shifts. For example, if average global temperatures continue to increase as they have in recent decades, water that is currently trapped as ice in the polar ice sheets will melt, causing a rise in sea level. Water also expands as it gets warmer, further exacerbating sea level rise. Many heavily populated coastal areas like New Orleans, Miami, and Bangladesh will be inundated by a mere 1 meter increase in sea level. Additionally, the acceleration of the hydrologic cycle (higher temperatures mean more evaporation and thus more precipitation) may result in more severe weather and extreme conditions. Some scientists believe that the increased frequency and severity of El Niño events in recent decades is due to the acceleration of the hydrologic cycle induced by global warming.

Figure 3: Areas in red would be flooded with a 1.5 m rise in sea level; areas in blue would be flooded by a 3.5 m rise in sea level. Image has been modified from the original from the U.S. Environmental Protection Agency (EPA).

Even more immediately, the finitude of earth’s fresh water resources is becoming more and more apparent. Groundwater can take thousands or millions of years to recharge naturally, and we are using these resources far faster than they are being replenished. The water table in the Ogallala Aquifer, which underlies 175,000 square miles of the US from Texas to South Dakota, is dropping at a rate of 10-60 cm per year due to extraction to irrigate the nation’s bread basket. Surface waters around the world are largely contaminated by human and animal waste, most noticeably in countries like India and China, where untreated rivers provide the drinking and washing water for nearly 2 billion people. Although legislation like the Clean Water Act in the US and water conservation practices such as the use of low-flow toilets and showerheads in parts of the world has begun to address these issues, the problems will only grow as world population increases. Every spring and well, every river and sea does indeed flow from the same source, and changes affect not just one river or lake, but the whole hydrologic cycle.

The water cycle, also known as the hydrologic cycle or H2O cycle, describes the continuous movement of water on, above and below the surface of the Earth. Water can change states among liquid, vapour, and ice at various places in the water cycle. Although the balance of water on Earth remains fairly constant over time, individual water molecules can come and go. The water moves from one reservoir to another, such as from river to ocean, or from the ocean to the atmosphere, by the physical processes of evaporation, condensation, precipitation, infiltration, runoff, and subsurface flow. In so doing, the water goes through different phases: liquid, solid, and gas.

The hydrologic cycle also involves the exchange of heat energy, which leads to temperature changes. For instance, in the process of evaporation, water takes up energy from the surroundings and cools the environment. Conversely, in the process of condensation, water releases energy to its surroundings, warming the environment.

The water cycle figures significantly in the maintenance of life and ecosystems on Earth. Even as water in each reservoir plays an important role, the water cycle brings added significance to the presence of water on our planet. By transferring water from one reservoir to another, the water cycle purifies water, replenishes the land with freshwater, and transports minerals to different parts of the globe. It is also involved in reshaping the geological features of the Earth, through such processes as erosion and sedimentation. In addition, as the water cycle involves heat exchange, it exerts an influence on climate as well.

Contents

[hide]

1 Description o 1.1 Different Processes

2 Residence times 3 Changes over time 4 Effects on climate 5 Effects on biogeochemical cycling 6 Slow loss over geologic time 7 See also 8 Notes 9 External links

Description

The sun, which drives the water cycle, heats water in oceans and seas. Water evaporates as water vapor into the air. Ice and snow can sublimate directly into water vapor. Evapotranspiration is water transpired from plants and evaporated from the soil. Rising air currents take the vapor up into the atmosphere where cooler temperatures cause it to condense into clouds. Air currents move water vapor around the globe, cloud particles collide, grow, and fall out of the sky as precipitation. Some precipitation falls as snow or hail, and can accumulate as ice caps and glaciers, which can store frozen water for thousands of years. Snowpacks can thaw and melt, and the melted water flows over land as snowmelt. Most water falls back into the oceans or onto land as rain, where the water flows over the ground as surface runoff. A portion of runoff enters rivers in valleys in the landscape, with streamflow moving water towards the oceans. Runoff and groundwater are stored as freshwater in lakes. Not all runoff flows into rivers, much of it soaks into the ground as infiltration. Some water infiltrates deep into the ground and replenishes aquifers, which store freshwater for long periods of time. Some infiltration stays close to the land surface and can seep back into surface-water bodies (and the ocean) as groundwater discharge. Some groundwater finds openings in the land surface and comes out as freshwater springs. Over time, the water returns to the ocean, where our water cycle started.

Different Processes

PrecipitationCondensed water vapor that falls to the Earth's surface . Most precipitation occurs as rain, but also includes snow, hail, fog drip, graupel, and sleet.[1] Approximately 505,000 km 3 (121,000 cu   mi ) of water fall as precipitation each year, 398,000 km3 (95,000 cu mi) of it over the oceans.[2]

Canopy interceptionThe precipitation that is intercepted by plant foliage and eventually evaporates back to the atmosphere rather than falling to the ground.

SnowmeltThe runoff produced by melting snow.

RunoffThe variety of ways by which water moves across the land. This includes both surface runoff and channel runoff. As it flows, the water may seep into the ground, evaporate into the air, become stored in lakes or reservoirs, or be extracted for agricultural or other human uses.

InfiltrationThe flow of water from the ground surface into the ground. Once infiltrated, the water becomes soil moisture or groundwater.[3]

Subsurface FlowThe flow of water underground, in the vadose zone and aquifers. Subsurface water may return to the surface (e.g. as a spring or by being pumped) or eventually seep into the oceans. Water returns to the land surface at lower elevation than where it infiltrated, under the force of gravity or gravity induced pressures. Groundwater tends to move slowly, and is replenished slowly, so it can remain in aquifers for thousands of years.

EvaporationThe transformation of water from liquid to gas phases as it moves from the ground or bodies of water into the overlying atmosphere.[4] The source of energy for evaporation is primarily solar radiation. Evaporation often implicitly includes transpiration from plants, though together they are specifically referred to as evapotranspiration. Total annual evapotranspiration amounts to approximately 505,000 km3 (121,000 cu mi) of water, 434,000 km3 (104,000 cu mi) of which evaporates from the oceans.[2]

SublimationThe state change directly from solid water (snow or ice) to water vapor.[5]

AdvectionThe movement of water — in solid, liquid, or vapor states — through the atmosphere. Without advection, water that evaporated over the oceans could not precipitate over land.[6]

CondensationThe transformation of water vapor to liquid water droplets in the air, creating clouds and fog.[7]

TranspirationThe release of water vapor from plants and soil into the air. Water vapor is a gas that cannot be seen.

Residence times

The residence time of a reservoir within the hydrologic cycle is the average time a water molecule will spend in that reservoir (see adjacent table). It is a measure of the average age of the water in that reservoir.

Groundwater can spend over 10,000 years beneath Earth's surface before leaving. Particularly old groundwater is called fossil water. Water stored in the soil remains there very briefly, because it is spread thinly across the Earth, and is readily lost by evaporation, transpiration, stream flow, or groundwater recharge. After evaporating, the residence time in the atmosphere is about 9 days before condensing and falling to the Earth as precipitation.

The major ice sheets - Antarctica and Greenland - store ice for very long periods. Ice from Antarctica has been reliably dated to 800,000 years before present, though the average residence time is shorter.[9]

In hydrology, residence times can be estimated in two ways. The more common method relies on the principle of conservation of mass and assumes the amount of water in a given reservoir is roughly constant. With this method, residence times are estimated by dividing the volume of the reservoir by the rate by which water either enters or exits the reservoir. Conceptually, this is equivalent to timing how long it would take the reservoir to become filled from empty if no water were to leave (or how long it would take the reservoir to empty from full if no water were to enter).

An alternative method to estimate residence times, which is gaining in popularity for dating groundwater, is the use of isotopic techniques. This is done in the subfield of isotope hydrology.

Changes over time

The water cycle describes the processes that drive the movement of water throughout the hydrosphere. However, much more water is "in storage" for long periods of time than is actually moving through the cycle. The storehouses for the vast majority of all water on Earth are the oceans. It is estimated that of the 332,500,000 mi3 (1,386,000,000 km3) of the world's water supply, about 321,000,000 mi3 (1,338,000,000 km3) is stored in oceans, or about 95%. It is also estimated that the oceans supply about 90% of the evaporated water that goes into the water cycle.[10]

During colder climatic periods more ice caps and glaciers form, and enough of the global water supply accumulates as ice to lessen the amounts in other parts of the water cycle. The reverse is true during warm periods. During the last ice age glaciers covered almost one-third of Earth's land mass, with the result being that the oceans were about 400 ft (122 m) lower than today. During the last global "warm spell," about 125,000 years ago, the seas were about 18 ft (5.5 m) higher than they are now. About three million years ago the oceans could have been up to 165 ft (50 m) higher.[10]

Average reservoir residence times[8]

Reservoir Average residence timeAntarctica 20,000 yearsOceans 3,200 yearsGlaciers 20 to 100 yearsSeasonal snow cover 2 to 6 monthsSoil moisture 1 to 2 monthsGroundwater: shallow 100 to 200 yearsGroundwater: deep 10,000 yearsLakes (see lake retention time) 50 to 100 yearsRivers 2 to 6 monthsAtmosphere 9 days

The scientific consensus expressed in the 2007 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Summary for Policymakers[11] is for the water cycle to continue to intensify throughout the 21st century, though this does not mean that precipitation will increase in all regions. In subtropical land areas — places that are already relatively dry — precipitation is projected to decrease during the 21st century, increasing the probability of drought. The drying is projected to be strongest near the poleward margins of the subtropics (for example, the Mediterranean Basin, South Africa, southern Australia, and the Southwestern United States). Annual precipitation amounts are expected to increase in near-equatorial regions that tend to be wet in the present climate, and also at high latitudes. These large-scale patterns are present in nearly all of the climate model simulations conducted at several international research centers as part of the 4th Assessment of the IPCC.

Glacial retreat is also an example of a changing water cycle, where the supply of water to glaciers from precipitation cannot keep up with the loss of water from melting and sublimation. Glacial retreat since 1850 has been extensive.[12]

Human activities that alter the water cycle include:

agriculture industry alteration of the chemical composition of the atmosphere construction of dams deforestation and afforestation removal of groundwater from wells water abstraction from rivers urbanization

Effects on climate

The water cycle is powered from solar energy. 86% of the global evaporation occurs from the oceans, reducing their temperature by evaporative cooling. Without the cooling, the effect of evaporation on the greenhouse effect would lead to a much higher surface temperature of 67 °C (153 °F), and a warmer planet.[13]

Effects on biogeochemical cycling

While the water cycle is itself a biogeochemical cycle,[14] flow of water over and beneath the Earth is a key component of the cycling of other biogeochemicals. Runoff is responsible for almost all of the transport of eroded sediment and phosphorus [15] from land to waterbodies. The salinity of the oceans is derived from erosion and transport of dissolved salts from the land. Cultural eutrophication of lakes is primarily due to phosphorus, applied in excess to agricultural fields in fertilizers, and then transported overland and down rivers. Both runoff and groundwater flow play significant roles in transporting nitrogen from the land to waterbodies.[16] The dead zone at the outlet of the Mississippi River is a consequence of nitrates from fertilizer being

carried off agricultural fields and funnelled down the river system to the Gulf of Mexico. Runoff also plays a part in the carbon cycle, again through the transport of eroded rock and soil.[17]

Slow loss over geologic time

Main article: Atmospheric escape

The hydrodynamic wind within the upper portion of a planet's atmosphere allows light chemical elements such as Hydrogen to move up to the exobase, the lower limit of the exosphere, where the gases can then reach escape velocity, entering outer space without impacting other particles of gas. This type of gas loss from a planet into space is known as planetary wind.[18] Planets with hot lower atmospheres could result in humid upper atmospheres that accelerate the loss of hydrogen.[19].

The Hydrologic  CycleThe hydrologic cycle, or water cycle, is the cycling of water through the earth system.  Not only is the hydrologic cycle a cycle of water, it is a cycle of energy as well. Over the next several pages we'll trace water as it passes through the earth system and the energy that accompanies it.

Figure 10.3 The Hydrologic cycle

Evaporation and Condensation

Evaporation is the phase change of liquid water into a vapor (gas). Evaporation is an important means of transferring energy between the surface and the air above. The energy used to evaporate water is called "latent energy". Latent energy is "locked up" in the water molecule

when water undergoes the phase change from a liquid to a gas. Eighty-eight percent of all water entering the atmosphere originates from the ocean between 60o north and 60o  south latitude. Most of the water evaporated from the ocean returns directly back to the ocean. Some water is transported over land before it is precipitated out. When water vapor condenses back into a liquid it releases latent heat, which is converted into sensible heat warming the surrounding air. The warming of the surrounding air fuels uplift to help promote adiabatic cooling and further condensation. As droplets of water coalesce into larger droplets they attain a size big enough to fall towards the earth as precipitation. Located high in the troposphere, rain drops possess a high degree of potential energy that is converted into kinetic energy once they begin to fall toward the surface. Impacting the surface they convert this kinetic energy into work done on the surface (erosion for example). 

Interception and Infiltration

As water reaches the surface in various forms of precipitation, it is intercepted by plants or falls directly to the surface. Precipitation that collects on the leaves or stems of plants is known as interception. The amount of water intercepted by a plant largely depends on plant form. Water is held on the leaf surface until it either drips off as through fall or trickles down the leaf stem finally reaching the ground as stem flow. Interception of falling rain buffers the surface against erosion. Coniferous trees tend to intercept more water than deciduous trees on an annual basis because deciduous trees drop their leaves for a period of time.

Figure 10.4 Droplets of water intercepted by tree leaf. (Source: M. Marzot FAO. Used with permission)

Upon reaching the ground, some water infiltrates into the soil, possibly percolating down to the groundwater zone or it may run across the surface as runoff. Infiltration refers to water that penetrates into the surface of soil. Infiltration is controlled by soil texture, soil structure, vegetation and soil moisture status. High infiltration rates occur in dry soils, with infiltration slowing as the soil becomes wet. Coarse textured soils with large well-connected pore spaces tend to have higher infiltration rates than fine textured soils. However, coarse textured soils fill more quickly than fine textured soils due to a smaller amount of total pore space in a unit volume of soil. Runoff is generated quicker than one might have with a finer textured soil.

Vegetation also affects infiltration. For instance, infiltration is higher for soils under forest vegetation than bare soils. Tree roots loosen and provide conduits through which water can enter the soil. Foliage and surface litter reduce the impact of falling rain keeping soil passages from becoming sealed.

Hydrology

Figure HYD-1. The hydrologic cycle.Canadian Plains Research Center

View PDF

Hydrology is the study of water in and upon the Earth. Water movement in Saskatchewan is governed by the hydrologic cycle, as shown in Figure HYD-1 (facing page). The dominant components are precipitation, evapotranspiration, infiltration, and runoff. Precipitation includes rain, snow, sleet and hail. Evapotranspiration is a combination of evaporation from open water bodies and soil surfaces, and transpiration from plants. Infiltration is the movement of water downward through the soil profiles.

Figure HYD-2. Mean annual precipitation.Canadian Plains Research Center Mapping Division

View PDF

Annual precipitation and seasonal distribution vary considerably across the province. Figure HYD-2 displays the mean annual precipitation: it is less than 350 mm in southern parts of the province, while it exceeds 500 mm in the Cypress Hills or in northeastern Saskatchewan. Most areas receive at least 70% of the annual precipitation during the period April through October. Generally, less than 30% of the annual precipitation occurs during the winter period—except in the north, where the winter precipitation may be higher. The accumulation of snow is important to the hydrology of Saskatchewan, in that the melt rates and total accumulation cause higher flows during spring runoff.

Figure HYD-3. Mean annual runoff.Canadian Plains Research Center Mapping Division

View PDF

Evapotranspiration is difficult to measure. Estimates have been calculated for gross evaporation from surface water bodies. In southern portions of the province, annual gross evaporation can exceed 1,000 mm, while in the north the gross evaporation may be in the order of 500 to 600 mm. Evaporation is affected by direct sunshine, wind, and air and water temperature. Estimates of soil surface evaporation and transpiration from plants are much less readily available. However, evapotranspiration is the largest component or output of the hydrologic cycle.

Figure HYD-4. Major drainage basins.Canadian Plains Research Center Mapping Division

View PDF

Infiltration is influenced by the coarseness of the soil, soil moisture, and pressure gradients. For example, sandy soils have higher infiltration rates than Soils with high clay content. Surficial gravel deposits have higher infiltration rates than sandy soils. If soil moisture levels are low, infiltration rates will generally be higher. Practically, infiltration rates are difficult to determine for specific locations without significant instrumentation. Typically, infiltration is in the same order of magnitude as surface runoff.

Runoff is the combination of overland flow, interstitial flow from the soil profile, and ground water discharge from below the water table. Runoff is monitored at approximately 300 locations throughout Saskatchewan at hydrometric stations run by the provincial and federal government. The median annual runoff expressed in millimeters is shown in Figure HYD-3. As can be seen, runoff is generally small compared to annual precipitation (usually much less than 50% of the annual precipitation for the prairie portion of the province). Generally runoff increases as one moves northward or eastward in the province.

The major river basins in Saskatchewan are illustrated in Figure HYD-4. Starting in the southwest part of the province, the Missouri River basin drains southward into the Mississippi River and the Gulf of Mexico. Old Wives Lake basin is an internal drainage basin, with no outflow. The Souris, Qu’Appelle and Assiniboine rivers drain primarily eastward into the Red River/Lake Winnipeg basin, and then northward to Hudson Bay. Similarly, the Saskatchewan and Churchill River basins drain eastward and northward to Hudson Bay. The MacKenzie River

basin, which includes all the drainage into Lake Athabasca, drains northward into the Arctic Ocean. (See also Climate.)