Hidrosfer

Hidrosfer (Yunanca ōρ hydōr, "su" ve σφαῖρα sphaira, "küre"), su küre demektir. Bir gezegenin veya doğal uydunun yüzeyinde, altında ve üstünde bulunan birleşik su kütlesine verilen isimdir. Dünya'nın hidrosferi yaklaşık 4 milyar yıldır var olmasına rağmen, şekil değiştirmeye devam etmektedir. Bu durum, deniz taban yayılması ve kara ile okyanusları yeniden düzenleyen kıt'aların kayması nedeniyle gerçekleşmektedir.

Dünya üzerinde 1,386 milyon km3 (333.000.000 km3) su olduğu tahmin edilmektedir. Bunlar, yer altı suyu, okyanuslar, göller ve akarsularda sıvı ve donmuş formlarda bulunan sulardan oluşmaktadır. Tuzlu su bu miktarın %97,5'ini oluştururken, tatlı su ise %2,5'ini oluşturmaktadır. Bu tatlı suyun %68,9'u Kuzey Kutbu, Antarktika ve dağ buzullarında buz ve kalıcı kar örtüsü şeklindedir. %30,8'i taze yeraltı suyu şeklinde bulunur. Yeryüzündeki tatlı suyun sadece %0,3'ü kolayca erişilebilir göllerde, rezervuarlarda ve nehir sistemlerinde bulunmaktadır.

Dünya hidrosferinin toplam kütlesi yaklaşık 1,4 × 1018 tondur. Dünya toplam kütlesinin yaklaşık %0,023'ünü oluşturmaktadır. Herhangi bir zamanda, yaklaşık 20 × 1012 tonu, Dünya atmosferinde su buharı şeklinde bulunmaktadır. 361 milyon km2lik (139,5 milyon mil2) bir alan olan Dünya yüzeyinin yaklaşık %71'i okyanusla kaplıdır. Dünya okyanuslarının ortalama tuzluluğu, deniz suyunda kilogram başına yaklaşık 35 gram tuzdur (%3,5).

Hidrosferin kalınlığı deniz seviyesine göre +3810 m (Titikaka Gölü) ile -11033 m (Mariana Çukuru) arasında değişir. Dünya'nın %71'ini Hidrosfer, %29'unu karalar oluşturur. Kuzey Yarım Kürede %61'i Hidrosfer, %39'u kara iken, Güney Yarım Kürede %81'i Hidrosfer, %19'u karalar şeklindedir. Hidrosfer, canlıların yaşam kaynağıdır. Hidrosfer üzerinde birçok okyanus akıntısı etkilidir. Bunlardan en çok bilinenler Gulf Stream okyanus akıntısı ve Labrador okyanus akıntısıdır.

Su döngüsü, suyun bir durumdan veya bir rezervuardan diğerine aktarılmasını ifade eder. Rezervuarlar arasında atmosferik nem (kar, yağmur ve bulutlar), akarsular, okyanuslar, nehirler, göller, yeraltı suyu, yeraltı akiferleri, kutup buz kapakları ve doymuş toprak bulunmaktadır. Güneş enerjisi, ısı, ışık (güneşlenme) ve yerçekimiyle, bir durumdan diğerine geçişi saatler hatta binlerce yıl sürmektedir. Çoğu buharlaşma okyanuslardan gelir ve dünyaya kar veya yağmur olarak geri döner.

Süblimasyon, kar ve buzdan buharlaşmayı ifade eder. Terleme, suyun dakikalar boyunca ağaçların gözenekleri ve stomalarından çıkışını ifade eder. Hidrologlar tarafından kullanılan Evapotranspirasyon terimi; terleme, süblimasyon ve buharlaşma süreçleriyle ilişkili bir terimdir.

"Her yıl dünyadan 577.000 km3 su eksilmektedir. Bu suyun okyanus yüzeyinden buharlaşması (502.800 km3), karalarda ise (74.200 km3 ) su buharlaşmaktadır. Aynı miktarda su atmosferik yağış ile okyanusta 458.000 km3, karalarda ise 119.000 km3 olarak düşmektedir. Arazi yüzeyinde ki yağış ve buharlaşma arasındaki fark (119.000 - 74.200 = 44.800 km3 / yıl)'dır. Dünya nehirlerinin toplam akışı (42.700 km3/ yıl) ve yeraltı suyunun doğrudan okyanusa akışı(2100 km3 / yıl) insanların yaşamsal gereksinimlerini ve ekonomik faaliyetlerini destekleyen başlıca tatlı su kaynaklarıdır. ”

Okyanusa düşen yağışlarla döngü tamamlanır ve yeni bir döngüye başlamak için hazır hale gelir. Yağış toprağa düştükten sonra sızma (infiltrasyon) olarak ifade edilen işlemle su ya zeminin içine süzülür, ya yüzeysel akışa geçer ya da hızlıca buharlaşarak atmosfere karışır.Yer altına süzülen ya da akışa geçen suların bir kısmı bir yolunu bularak topraktan, göllerden ve akarsulardan buharlaşarak atmosfere geri döner.

Başlangıçta akış geniş ince bir tabaka şeklinde akar buna "sığ akış" denir. Kısa bir mesafeden sonra, akım iplikleri oluşur ve daha sonra bunlar gelişerek derecik olarak ifade edilen kanallara dönüşür.

Akarsuyun hızını belirleyen faktörler; gradyan (akarsuyun kanal eğimi), en kesit şekli, boyutu, kanal pürüzlülüğü ve akarsu debisidir. Genellikle eğim ve pürüzlülük mansaba doğru azalırken, genişlik, derinlik, debi ve hız artmaktadır.

Akarsuların hızı yavaşladığında yeterlilik azalır ve taşıdıkları katı maddeler çökelerek depolanır. Akarsu çökellerine alüvyon, kanallarda birikenlere çökelme bandı, taşkın bölgelerinde birikenler doğal sedde, akarsu ağzındaki birikintiler ise delta ya da alüvyon yelpazesi olarak adlandırılır.

Yer altı suları insanların kolayca kullanabildikleri en büyük temiz su rezervuarlarıdır. Jeolojik olarak, yer altı sularının çözünmesiyle mağara ve düdenler oluşur. Yer altı suları aynı zamanda akarsuların dengeleyici unsurudur.

Her gün Amerika Birleşik Devletleri'nde yaklaşık 349 milyar galon temiz su kullanılmaktadır. Bunun yaklaşık 79 milyar galonu ya da toplam %23'ü yer altı suyundan sağlanmaktadır. Diğer tüm kullanım alanlarına kıyasla, yer altı sularının büyük bir kısmı tarımda kullanılmaktadır.

Yer altı suyu, doygun yer altı zonlarında kayaçların ve sedimanların boşluklarını tamamen dolduran sudur. Bu, zonun üst sınırını su tablası oluşturmaktadır. Doygun olmayan bölge su tablasının üzerinde yer alır. Burada bulunan zemin, sediman ve kayaç suya dolgun değildir.

Akarsular ve yer altı suları arasındaki betkileşim üç farklı yoldan gerçekleşir: Akarsular yer altı suyunun akımından beslenir ve akarsu yatakları boyunca sularını kaybeder veya yer altı sularını beslerler ya da her iki şekilde oluşur. Bazı bölümlerinde hem su kazanır hem de su kaybederler.

Bir malzeme içinde depolanan su miktarı malzemenin porozitesine bağlıdır. Bir malzemenin geçirgenliği (birbirine bağlı gözenekler arasındaki bir akışkanın geçebilme yeteneği) yer altı suyunun hareketini kontrol eden en önemli faktörlerden biridir.

Çok küçük gözeneklere sahip malzemeler (kil gibi) yer altı suyunun hareketini engeller ya da önler. Bu yapılara akitard adı verilir. Akiferler, serbestçe yer altı suyunu yayan, geçirimli ve kum gibi büyük gözeneklere sahip malzemelerden oluşur.

Su tablası toprak yüzeyi ile kesiştiğinde kaynak oluşur ve doğal yer altı suyunun akışı ile sonuçlanır. Suya doygun zonlar içinde açılan kuyular, yer altı suyunu dışarı çeker ve su tablası içinde çöküntü konisi olarak bilinen konik çöküntü oluşmaktadır. Su, başlangıçta karşılaşılan su seviyesi üstüne yükseldiğinde artezyen kuyular meydana gelir.

Yer altı suları derinlerde dolaştığında ısınır. Fakat bu sıcaklık artarsa su sıcak bir kaynak olarak ortaya çıkar. Yer altı odalarında yer altı suyu ısındığında gayzer meydana gelir, genişler ve suyun bir kısmı hızlı bir şekilde gayzerin patlamasına sebep olan buhara dönüşür. Gayzerler ve sıcak kaynakların ısı kaynağı magmatik kayaçlardır.

Su yaşamın temel bir gerekliliğidir. Dünya'nın 2 / 3'ü su ile kaplıdır. Dünya'ya mavi gezegen veya su gezegeni de denir. Hidrosfer atmosferin mevcut varlığında önemli bir rol oynar. Okyanuslar bu açıdan önemlidir. Dünya oluştuğunda, Merkür'ün atmosferine benzer şekilde, hidrojen ve helyum açısından zengin çok ince bir atmosfere sahipti. Daha sonra hidrojen ve helyum gazları atmosferden atıldı. Dünya soğuduğunda açığa çıkan gazlar ve su buharı bugünkü atmosferi oluşturdu. Volkanlar tarafından salınan diğer gazlar ve su buharı da atmosfere girdi. Dünya soğudukça atmosferdeki su buharı yoğunlaştı ve yağmur yağdı. Atmosferik karbondioksit yağmur suyunda çözüldüğünde atmosfer daha da soğudu. Bu durum su buharının yoğunlaşmasına ve yağmur olarak düşmesine neden oldu. Bu yağmur suları Dünya yüzeyindeki çöküntüleri doldurdu ve okyanusları oluşturdu. Bunun yaklaşık 4000 milyon yıl önce meydana geldiği tahmin edilmektedir. İlk yaşam formları okyanuslarda başladı. Bu organizmalar oksijen solumamışlardır. Daha sonra, siyanobakteriler geliştiğinde, karbondioksidin gıda ve oksijene dönüştürülmesi süreci başlamıştır. Sonuç olarak, Dünya atmosferinin diğer gezegenlerden oldukça farklı bir yapıya sahip olması, yaşamın Dünya'da gelişmesine izin vermiştir.

Igor A. Shiklomanov'a göre, okyanus sularının tamamen doldurulması ve yenilenmesi 2500 yıl, permafrost ve buz için 10.000 yıl, derin yer altı suyu ve dağlık buzullar için 1500 yıl, göllerde 17 yıl ve nehirlerde 16 gün sürmektedir.

"Özel Su kullanılabilirliği, kişi başına düşen tatlı su miktarından (kullanımdan sonra) geriye kalandır." Tatlı su kaynakları, alan ve zaman açısından eşit olmayan bir şekilde dağılır ve aynı bölgede aylar içinde sellerden su kıtlığına bir geçiş yaşanmaktadır. 1998 yılında toplam nüfusun %76 kişi başına yıllık 5 bin m3ten az bir su bulunmaktaydı. 1998 yılından itibaren, küresel nüfusun %35'i "Çok düşük veya su kıtlığına neden olacak düzeyde su kaynaklarıyla" yaşadı. Shiklomanov, 2025 yılından itibaren "Dünya nüfusunun çoğu daha da düşük su temini koşulları altında yaşayacak" düşüncesiyle yirmi birinci yüzyılda durumun kötüleşeceğini öngördü. Hidrosferdeki suyun %2,5'i tatlı sudur ve bu suyun sadece %0,25'i bizim için kullanmaya elverişlidir.

Modern insanlar ve faaliyetlerinin hidrosfer üzerinde ciddi etkileri vardır. Örneğin, suyu yönlendirme, insani gelişme ve kirlilik, hidrosferi ve doğal süreçleri etkilemektedir.Su kaynakları üzerindeki itici güçler ve baskılar'''

Hem doğal olarak oluşan süreçlerin hem de insanlığın eylemlerinin birleşimi su kaynaklarımız üzerinde baskı yaratmaktadır. İklim değişikliği, suyun dağılımı ve oluşumundaki doğal değişkenlik, su kaynaklarımızın sürdürülebilir kalkınmasını zorlaştıran doğal itici güçlerdir.

Su kaynaklarımız üzerindeki baskılarla nasıl baş edeceğimiz ve bu baskıları nasıl hafifletileceği konusunda birçok konu olmasına rağmen, bazı sektörlerde kaydedilen ilerlemelere dikkat çekilmektedir. Nehir havzaları ve akifer sistemleri gibi doğal birimler kurumsal olarak tanınmaktadır: Bunlardan biri AB Su Çerçeve Direktifi'dir. Havza yönelimli su kaynakları değerlendirmesine giderek ulusal ve bölgesel programlar tarafından benimsenmiş ve ekosistem direncini korumak için gerekli olan suyun kritik hacmini ve kalitesini belirleme yoluna gidilmiştir.

İnsanlar suyu akiferlerden çeker ve nehirleri daha önce görülmemiş bir oranda yönlendirirler. Ogallala Akiferi Amerika Birleşik Devletleri'nde tarım için kullanılır ve bu akifer kurursa, 20 milyar dolardan fazla yiyecek ve lif dünya pazarlarından kaybolacaktır. Akifer, doldurulandan çok daha hızlı tükenir ve sonunda akifer kuru çalışır. Ayrıca, barajlar, setler, hidroelektrik santralleri ve habitat bozulmasının etkili olduğu yerlerde nehirlerin sadece 1/3'ü serbest akışlıdır. Grill'in belirttiğine göre, "Serbest akan nehirler hem insanlar hem de çevre için önemlidir; ancak dünyadaki ekonomik gelişmeler onların azalmasına neden olmaktadır."

Serbestçe akan büyük nehirler artık nüfusun yoğun olduğu bölgelerde nadir olarak görülmektedir. Ağır şekilde tahrip olmuş nehirler arasında Tuna, Nil ve Fırat, Amerika'daki Paraná ve Missouri, Asya'daki Yangtze ve Brahmaputra ve Avustralya'daki Darling bulunmaktadır. Kongo ve Amazon nehri en az etkilenenler nehirler arasındadır. En büyük etki barajların yarattığı fiziksel engellerden kaynaklanmaktadır; ancak barajlar da nehirlerin doğal mevsimsel akışını etkilemektedir. İnsanların hidrosferi etkilemesinin diğer yolları arasında ötrofikasyon, asit yağmuru ve okyanus asitlenmesi de yer almaktadır.