Vannets kretsløp

Vannets kretsløp, også kjent som den hydrologiske syklusen, er den kontinuerlige bevegelsen vann har i jordatmosfæren. Denne drives av solenergien og er nødvendig for alt liv på jorda. Når vannet beveger seg gjennom kretsløpet veksler det mellom fasene flytende, fast stoff og gass. Vannet beveger seg fra vannlager til vannlager, for eksempel fra elv til hav, gjennom prosessene fordampning, nedbør, infiltrasjon, avrenning og underjordisk vannstrøm.

Beskrivelse av stadiene i vannets kretsløp
Vannets kretsløp er den kontinuerlige syklusen til vann over, på og under jordoverflaten. Drivkraften er solenergi, og fordi det er en syklus har kretsløpet ingen begynnelse eller slutt. På veien gjennom kretsløpet veksler vannet mellom å være i væskeform (vann), fast form (is) og gassform (vanndamp). Tiden det tar for et vannmolekyl å bevege seg fra et punkt i kretsløpet til et annet kan variere fra sekunder til tusenvis av år. Selv om vannet er i konstant bevegelse regnes den totale mengden vann i kretsløpet for å være så godt som konstant.

Bevegelsen av vannet skjer gjennom flere forskjellige fysiske og biofysiske prosesser. De to prosessene som beveger mest vann er nedbør og fordampning. Disse flytter omtrent 505 000 km³ vann hvert år. Elver transporterer middels mye vann og sublimasjon av is direkte til vanndamp står for veldig lite transport relativt sett. Amerikas forente staters geologiske undersøkelse (USGS) har delt inn vannets kretsløp i disse 16 stadiene:

Havet magasinerer 1 337x109 km³ vann, det vil si 97 % av alt vann. Det er altså bare en svært liten del av den totale vannmengden på jorden på et gitt tidspunkt deltar i kretsløpet utenfor havet. Dermed er også oppholdstiden for vannet i havet hele 3 200 år. Selv om det foregår fordampning fra landjorden, innsjøer, elver, etc. så er bidraget til fordampning til vannets kretsløp hele 90 % fra havet.

Vannbeholdningen i havet er ikke konstant, men varierer med klimaperioder som jorden veksler mellom. I kalde geologiske perioder vil det være større vann lagret i innlandsis, breer og snø. Derimot vil det i varme perioder være mindre vann akkumulert i disse lagrene, og desto mer vann i havet. Under siste istid for 10 000 år siden var verdenshavene ca. 122 m lavere enn i dag. For 3 millioner år siden var det en varm periode og da var havets nivå rundt 50 meter høyere enn i dag.

I verdenshavene er det store havstrømmer som fører varme overflatestrømmer fra ekvator mot polene. Ved polene skjer en nedkjøling av vannet og den såkalte dypvannsdannelsen skjer. Havestrømmene går ned i dypet og strømmer videre mot ekvator under de varme overflatestrømmene. Disse havstrømmene er vesentlige for klimaet på jorden og kan sies å være jordens kjølesystem. Havstrømmene er enorme og bare Golfstrømmen alene transporterer 100 ganger så mye vann som alle jordens elver til sammen.

Fordampning skjer fra havet, innsjøer og elver. Bare 10 % av alt vann som fordamper fra verdenshavene transporteres over kontinentene og blir til nedbør. Dermed er vil det meste av vannet som fordamper fra havet komme tilbake som nedbør. Over havene er fordampningen større enn nedbøren, mens på landjorden er det omvendt. Et vannmolekyl som fordamper tilbringer rundt 10 dager i atmosfæren. Energikilden til fordampningen er i hovedsak solstråling og en regner med at 30 % av all strålingsenergien som når jorden brukes til fordampning. Omtrent 90% av vannet i atmosfæren stammer fra fordampning.
Evapotranspirasjon skjer ved av vanndamp går ut i atmosfæren gjennom fordampning fra bakken og fordunsting fra planter. Andre kilder definerer imidlertid evapotranspirasjon som all fordampning fra nedbørfelt, både fra åpne vannflater og vegetasjon. Det er anslått at 10 % av vannet i atmosfæren kommer fra fordunstning fra plantene. Her vil temperatur, vind, luftfuktighet og flere andre faktorer bestemme hvor mye som avgis fra planter.
Sublimasjon er avgivelsen av vann til atmosfæren skjer kun fra snø og is. Det spesielle med denne prosessen er at vann i fast form går over til gass, uten først å være i veskeform.

Atmosfæren har til en hver tid et volumet av vann på ca. 12 900 km3. Dette utgjør ikke mer vann enn at om alt skulle regne ned på jorden samtidig ville det gitt 25 mm nedbør. Vannet i atmosfæren er bunnet i skyene som svært små vanndråper eller iskrystaller, men er også tilstede i hele atmosfæren i små menger.
Kondensering skjer når vanndamp i atmosfæren omformes til flytende vann. Vanligvis oppstår kondensasjon når vanndamp blir avkjølt, men kan også oppstå under høyt trykk. Dette resulterer i skyer og tåke.
Nedbør dannes først når det kondenserte vannet danner så store dråper og får såpass stor vekt at de faller ned mot jorden. Det skjer en kontinuerlig kondensering til små dråper i skyene, men disse vil oppadgående luftstrømmer holde oppe. Det meste av nedbøren faller ned som regn, men den kan også komme i form av snø, hagl, eller sludd.
Is og snø kan akkumulere vann i lang tid. Mer enn 90 % av jordens innlandsis finnes i Antarktis, og i underkant av 10 % finnes på Grønland. Breer andre steder på jorden akkumulerer bare en svært liten del av den resterende ismassen. Mengden av is i Antarktis og på Grønland er så stor at om alt dette skulle smelte ville verdenshavene stige med ca. 66 m.
Smeltevannsavrenning skjer hver vår i den tempererte sone ved at snø og is smelter og finne veien tilbake til havet. Snøsmelting skaper ofte flommer i elver.
Overflateavrenning vann fra nedbør renner på og i bakken som overflatevann og markvann, og noe av dette trenger lenger ned i bakken og blir til grunnvann. Etter hver som marken mettes vil vannet renne på overflaten og danne pytter. Vannet renner fra pytt til pytt, nedover i nedbørfeltet og danner etter hvert bekker og elver. For denne delen av kretsløpet menes bare den delen som renner på overflaten av terrenget.
Vannstrøm i elver danner gjerne den siste transportetappen før vannet igjen renner ut i havet.
Ferskvannslagring omfatter alle deler av magasinert vann på jordoverflaten. I alle verdens innsjøer lagres 102 500 km3 med vann, i tillegg kommer et mindre vannvolum av alle verdens elver. Innstrømning til innsjøer og elver kommer fra nedbør, overflateavrenning og grunnvann. Utstrømning fra innsjøer og elver omfatter fordampning og infiltrasjon til grunnvann.
Infiltrasjon er vannet som går fra overflaten og ned i jorda. Når vannet er infiltrert kan det enten bli fuktighet i jorda eller grunnvann.
Grunnvannsreservoar er grunnvann som blir lagret over tid under jordens overflate. Nedbør som ikke renner på jordoverflaten infiltrerer ned i banne. Bakkens øvre del utgjør den umettede sonen og tilførsel av nytt vann blir ført ytterligere nedover. Under den umettede sonen finnes den mettede sonen der alle porer, hulrom og sprekker er fylt med vann. Denne mettede sonen kalles for grunnvannet. Grunnvannet beveger seg svært sakte og oppholdstiden for vannet kan være svært lang. Der det er geologiske forhøyninger vil grunnvannet holdes tilbake og denne reservoarer.
Grunnvannsutstrømming skjer der grunnvannet er i bevegelse ut av bakken. Grunnvannet beveger seg fra innstrømningsområder, typiske høyt oppe i nedbørsfeltet, og kommer ut i utstrømningsområder. Det vil finne veien ut i innsjøer, elver og bekker, ofte uten at en kan se disse.
Kilde eller oppkomme er et utspringet der grunnvannet kommer ut fra jorden og frem i dagen. Kilder oppstår typisk i bergarter med kalkstein og dolomitt som sprekker lett og som kan løses opp av sur nedbør. Det dannes hulrom og sprekker der vannet kan strømme.

Vannlagre

Med vannlagre, eller vannmagasiner, i forbindelse med vannets kretsløp menes vannet som befinner seg på de forskjellige lagringsstedene i syklusen. Det største lageret er havene, hvor 97 % av vannet på jorda befinner seg. Det nest største lageret, med 2 %, er vann i fast form på polene og isbreer. Vannet som befinner seg i alle levende organismer er det minste vannlageret.

En spesiell egenskap med havet, og dermed det aller meste av jordens vann, er at det store mengder salt oppløst i det. En sier at vannet er salt om det er 1000 ppm (parts per million) av oppløst salt, og i sjøvann er konsentrasjonen rundt 35 000 ppm.

Havet og polene holder en stor mengde av jordens totale vann, og det tredje største lagret er grunnvann. Av alt ferskvann på jorden er rundt 30 % grunnvann. En del på 56 % grunnvannet er saltholdig.

Ferskvann er avgjørende for alt liv på jorden. Dermed er dette en svært betydningsfull ressurs som menneskelig aktivitet er avhenig av som drikkevann, og for bruk i industri og landbruk, og flere andre formål. Det er estimert at et menneske bør ha 80 liter vann per dag, men kan overleve på bare 1-2 liter. Dermed er vann og tilgang til verdens ferskvannsresurrser en viktig geopolitisk faktor.

Tiden i vannlagrene

Med tiden i vannlagrene menes den gjennomsnittlige tiden et vannmolekyl vil tilbringe i dette lageret (se tabellen til venstre). Det er et mål på gjennomsnittsalderen på vannet i lageret, men det må regnes med at noe av vannet vil være der mye kortere og noe mye lengre.

Selv om oppholdstiden for vannet i havet er svært lang, rundt 3800 år, er oppholdstiden i islagrene svært mye lengre. Her vil vannet oppholde seg i millioner av år. Som nevnt er vann oppbunnet i is på landjorden og på polene variabelt med jordens klimaperioder.

Grunnvann kan tilbringe over 10 000 år under jordens overflate. Spesielt gammelt vann kalles fossilt vann. Vann som er lagret som fuktighet i jorden forblir der ganske kort tid fordi det er spredt tynt ut over hele landjorda og er utsatt for fordampning, transpirasjon, avrenning og grunnvannsinfiltrasjon. Etter at det fordamper forblir vannet i atmosfæren omtrent 9 dager før det kondenserer og faller ned til jordoverflaten som nedbør.

Vann som forsvinner i et geologisk perspektiv
I den aller øverste del av atmosfæren vil det være vann som via kjemiske prosesser har gått over til hydrogen. Her vil det være hydrodynamiske vinder eller strømninger som får svært lette partikler som hydrogen til å oppnå unnslipningshastighet. Når hydrogenet da slipper ut i det ytre rom vil det ikke møte andre gasser som fanger det opp. Resultatet blir at 3 kg hydrogen forsvinner fra atmosfæren hvert sekund.. At stoffer fra en planet slipper ut i verdensrommet er kjent som planetarisk vind.

Forandringer over tid
I det siste århundret har vannets kretsløp blitt mer intenst, med en økning i både fordampning og nedbør. Dette er et utslag av den globale oppvarmingen, siden høyere temperaturer øker fordampningen fordi varm luft har høyere kapasitet til å holde på fuktighet.

Isbreenes tilbaketrekning er også et eksempel på et vannkretsløp i forandring. Tilgangen av vann gjennom nedbør klarer ikke å holde tritt med vanntapet gjennom sublimasjon og snøsmelting. Siden 1850 har tilbaketrekningen av isbreene i verden vært stor.

Menneskelige aktiviteter som kan forandre vannets kretsløp kan være:
 jordbruk
 forandring av atmosfærens kjemiske sammensetning
 bygging av vannreservoarer
 avskoging og skogplanting
 fjerning av grunnvann gjennom brønner
 urbanisering

Effekten på klimaet
Vannets kretsløp drives av solenergi. 86% av den globale fordampningen skjer fra havene, og fordampningen reduserer temperaturen der. Uten den avkjølende effekten som fordampning gir ville drivhuseffekten ført til mye høyere temperaturer, opp mot 67°C, og en mye varmere planet.

Mesteparten av solenergien varmer opp havene i de tropiske strøkene. Derfra stiger vanndampen opp i atmosfæren og vinder fører den bort fra tropene. Det meste av denne vanndampen kondenserer til regn i den intertropiske konvergenssonen. Dette frigjør latent varme, noe som igjen bidrar til den atmosfæriske sirkulasjonen.

Referanser

Se også

Hydrologi
Vannressurser

Eksterne lenker

 Om vannets kretsløp på Skoletorget
 Vannets kretsløp og miljøet på miljolare.no
 The water cycle, from Dr. Art's Guide to the Planet.
 Water cycle slideshow, 1 Mb Flash multilingual animation highlighting the often-overlooked evaporation from bare soil, from managingwholes.com.

Vann