Ciclo da água -
Water cycle

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Ciclo global da água 
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O ciclo da água envolve a troca de energia, o que leva a mudanças de temperatura . Quando a água evapora, ela consome energia do ambiente e resfria o ambiente. Quando se condensa, libera energia e aquece o meio ambiente. Essas trocas de calor influenciam o clima .

A fase evaporativa do ciclo purifica a água, que então reabastece a terra com água doce. O fluxo de água líquida e gelo transporta minerais por todo o globo. Também está envolvido na reformulação das características geológicas da Terra, por meio de processos que incluem erosão e sedimentação . O ciclo da água também é essencial para a manutenção da maior parte da vida e dos ecossistemas do planeta.

Descrição

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. Com o tempo, a água retorna ao oceano, para continuar o ciclo da água.

Reciclagem de águas profundas

O ciclo da água passa pela desgaseificação e reciclagem profunda por meio de zonas de subducção. A troca de água de longo prazo entre o interior da Terra e a exosfera e o transporte de água contida em minerais hídricos.

Processos

Processos que levam a movimentos e mudanças de fase na água
Precipitação
Vapor de água condensado que cai na superfície da Terra. Maior parte da precipitação ocorre como chuva , mas também inclui neve , granizo , gotejamento nevoeiro , graupel e granizo . Aproximadamente 505.000 km 3 (121.000 cu mi) de água caem como precipitação a cada ano, 398.000 km 3 (95.000 cu mi) dela sobre os oceanos. A chuva na terra contém 107.000 km 3 (26.000 cu mi) de água por ano e nevando apenas 1.000 km 3 (240 cu mi). 78% da precipitação global ocorre sobre o oceano.
Subdução e hidratação mineral
A água do mar penetra na litosfera oceânica por meio de fraturas e poros e reage com os minerais da crosta e do manto para formar minerais hidratados (como a serpentina) que armazenam água em suas estruturas cristalinas. A água é transportada para o manto profundo por meio de minerais hídricos em placas de subducção. Durante a subducção, uma série de minerais nessas placas, como a serpentina ... podem ser estáveis ​​a diferentes pressões dentro das geotérmicas da placa e podem transportar uma quantidade significativa de água para o interior da Terra. À medida que as placas afundam e aquecem, os fluidos liberados podem desencadear a sismicidade e induzir o derretimento dentro da placa subduzida e na cunha do manto sobrejacente. Este tipo de fusão concentra seletivamente os voláteis e os transporta para a placa sobreposta. Se ocorrer uma erupção, o ciclo retorna os voláteis para os oceanos e a atmosfera
Interceptação de canopy
A precipitação que é interceptada pela folhagem da planta eventualmente evapora de volta para a atmosfera em vez de cair no solo.
Degelo
O escoamento produzido pelo derretimento da neve.
Escoamento
A variedade de maneiras pelas quais a água se move pela terra. Isso inclui o escoamento superficial e o escoamento do canal . À medida que flui, a água pode infiltrar-se no solo, evaporar no ar, tornar-se armazenada em lagos ou reservatórios ou ser extraída para fins agrícolas ou humanos.
Infiltração
O fluxo de água da superfície do solo para o solo. Uma vez infiltrada, a água se torna umidade do solo ou lençol freático. Um estudo global recente usando isótopos estáveis ​​à água, no entanto, mostra que nem toda a umidade do solo está igualmente disponível para recarga de água subterrânea ou para a transpiração das plantas.
Fluxo subterrâneo
Evaporação
Sublimação
O estado muda diretamente de água sólida (neve ou gelo) para vapor d'água, passando para o estado líquido.
Deposição
Isso se refere à mudança de vapor d'água diretamente em gelo.
Advection
O movimento da água na atmosfera. Sem advecção, a água que evaporou sobre os oceanos não poderia precipitar sobre a terra.
Condensação
A transformação do vapor d'água em gotículas de água líquida no ar, criando nuvens e neblina.
Transpiração
A liberação de vapor d'água das plantas e do solo para o ar.
Percolação
A água flui verticalmente pelo solo e pelas rochas sob a influência da gravidade .
Placas tectônicas
A água entra no manto por meio da subducção da crosta oceânica. A água retorna à superfície por meio do vulcanismo.

O ciclo da água envolve muitos desses processos.

Tempos de residência

Tempos médios de residência do reservatório
Reservatório Tempo médio de residência
Antártica 20.000 anos
Oceanos 3.200 anos
Geleiras 20 a 100 anos
Cobertura de neve sazonal 2 a 6 meses
Umidade do solo 1 a 2 meses
Água subterrânea: rasa 100 a 200 anos
Água subterrânea: profunda 10.000 anos
Lagos (veja o tempo de retenção do lago ) 50 a 100 anos
Rios 2 a 6 meses
Atmosfera 9 dias
). É uma medida da idade média da água naquele reservatório.

A água subterrânea pode passar mais de 10.000 anos abaixo da superfície da Terra antes de sair. A água subterrânea particularmente velha é chamada de água fóssil . A água armazenada no solo permanece lá por muito pouco tempo, porque se espalha pouco pela Terra e é rapidamente perdida por evaporação, transpiração, fluxo de água ou recarga de água subterrânea. Após a evaporação, o tempo de residência na atmosfera é de cerca de 9 dias antes de condensar e cair na Terra como precipitação.

Os principais mantos de gelo - Antártica e Groenlândia - armazenam gelo por longos períodos. O gelo da Antártica foi datado de forma confiável em 800.000 anos antes do presente, embora o tempo médio de residência seja menor.

Em hidrologia, os tempos de residência podem ser estimados de duas maneiras. O método mais comum se baseia no princípio da conservação da massa ( balanço hídrico ) e assume que a quantidade de água em um determinado reservatório é aproximadamente constante. Com este método, os tempos de residência são estimados dividindo o volume do reservatório pela taxa pela qual a água entra ou sai do reservatório. Conceitualmente, isso é equivalente a cronometrar quanto tempo levaria para o reservatório ficar cheio do vazio se não houvesse água para sair (ou quanto tempo levaria para o reservatório esvaziar se não entrasse).

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Mudanças ao longo do tempo

Precipitação média de tempo e evaporação em função da latitude, conforme simulado por uma versão aqua-planeta de um GCM atmosférico (GFDL's AM2.1) com um limite inferior "placa-oceano" homogêneo (superfície saturada com pequena capacidade de calor), forçado por insolação média anual.
Mapa global de evaporação média anual menos precipitação por latitude-longitude

O ciclo da água descreve os processos que impulsionam o movimento da água por toda a hidrosfera . No entanto, há muito mais água "armazenada" por longos períodos de tempo do que realmente se movendo ao longo do ciclo. Os depósitos da grande maioria de toda a água da Terra são os oceanos. Estima-se que dos 332.500.000 mi 3 (1.386.000.000 km 3 ) do abastecimento de água mundial, cerca de 321.000.000 mi 3 (1.338.000.000 km 3 ) estão armazenados nos oceanos, ou cerca de 97%. Estima-se também que os oceanos fornecem cerca de 90% da água evaporada que entra no ciclo das águas.

Durante os períodos climáticos mais frios, mais calotas polares e geleiras se formam, e uma quantidade suficiente do suprimento global de água se acumula como gelo para diminuir a quantidade em outras partes do ciclo da água. O inverso é verdadeiro durante os períodos quentes. Durante a última idade do gelo, as geleiras cobriram quase um terço da massa de terra da Terra, resultando em que os oceanos estavam cerca de 122 m (400 pés) mais baixos do que hoje. Durante o último "período de calor" global, cerca de 125.000 anos atrás, os mares estavam cerca de 5,5 m (18 pés) mais altos do que são agora. Cerca de três milhões de anos atrás, os oceanos poderiam estar até 50 m (165 pés) mais altos.

O consenso científico expresso no Resumo do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) de 2007 para os formuladores de políticas é de que o ciclo da água continue a se intensificar ao longo do século 21, embora isso não signifique que a precipitação aumentará em todas as regiões. Em áreas subtropicais - locais que já são relativamente secos - a precipitação deve diminuir durante o século 21, aumentando a probabilidade de seca . A secagem é projetada para ser mais forte perto das margens polares dos subtropicais (por exemplo, Bacia do Mediterrâneo, África do Sul, sul da Austrália e sudoeste dos Estados Unidos ). Prevê-se que a quantidade anual de precipitação aumente em regiões quase equatoriais, que tendem a ser úmidas no clima atual, e também em altas latitudes. Esses padrões de grande escala estão presentes em quase todas as simulações de modelos climáticos realizadas em vários centros de pesquisa internacionais como parte da 4ª Avaliação do IPCC. Agora há ampla evidência de que o aumento da variabilidade hidrológica e mudança no clima tem e continuará a ter um impacto profundo no setor de água por meio do ciclo hidrológico, disponibilidade de água, demanda de água e alocação de água em nível global, regional, bacia e local níveis. Pesquisa publicada em 2012 na Science com base na salinidade dos oceanos superficiais durante o período de 1950 a 2000 confirma esta projeção de um ciclo global de água intensificado com áreas salgadas se tornando mais salinas e áreas mais frescas se tornando mais frescas durante o período:

A termodinâmica fundamental e os modelos climáticos sugerem que as regiões secas se tornarão mais secas e as regiões úmidas se tornarão mais úmidas em resposta ao aquecimento. Os esforços para detectar essa resposta de longo prazo em observações esparsas de chuva e evaporação na superfície permanecem ambíguos. Mostramos que os padrões de salinidade do oceano expressam uma impressão digital identificável de um ciclo de água em intensificação. Nossas mudanças de salinidade da superfície global observadas em 50 anos, combinadas com mudanças de modelos climáticos globais, apresentam evidências robustas de um ciclo global de água intensificado a uma taxa de 8 ± 5% por grau de aquecimento da superfície. Essa taxa é o dobro da resposta projetada pelos modelos climáticos da geração atual e sugere que uma intensificação substancial (16 a 24%) do ciclo global da água ocorrerá em um futuro mundo 2 ° a 3 ° mais quente.

Um instrumento transportado pelo satélite SAC-D Aquarius, lançado em junho de 2011, mediu a salinidade global da superfície do mar .

O recuo glacial também é um exemplo de mudança no ciclo da água, em que o fornecimento de água às geleiras por precipitação não consegue acompanhar a perda de água por derretimento e sublimação. O recuo glacial desde 1850 foi extenso.

As atividades humanas que alteram o ciclo da água incluem:

Efeitos no clima

O ciclo da água é alimentado por energia solar. 86% da evaporação global ocorre a partir dos oceanos, reduzindo sua temperatura por meio do resfriamento evaporativo . Sem o resfriamento, o efeito da evaporação no efeito estufa levaria a uma temperatura de superfície muito mais alta de 67 ° C (153 ° F) e um planeta mais quente.

Aquífero rebaixamento ou overdrafting e a bombagem de água fóssil aumenta a quantidade total de água no hydrosphere, e tem sido postulado para ser um contribuinte para a subida do nível do mar.

Efeitos na ciclagem biogeoquímica

, novamente por meio do transporte de rocha e solo erodidos.

Perda lenta ao longo do tempo geológico

O vento hidrodinâmico na parte superior da atmosfera de um planeta permite que elementos químicos leves como o hidrogênio se movam até a exobase , o limite inferior da exosfera , onde os gases podem atingir a velocidade de escape , entrando no espaço sideral sem impactar outras partículas de gás . Este tipo de perda de gás de um planeta para o espaço é conhecido como vento planetário . Planetas com atmosferas inferiores quentes podem resultar em atmosferas superiores úmidas que aceleram a perda de hidrogênio.

História da teoria do ciclo hidrológico

Massa de terra flutuante

Antigamente, acreditava-se que a massa de terra flutuava em um corpo d'água e que a maior parte da água dos rios tinha sua origem embaixo da terra. Exemplos dessa crença podem ser encontrados nas obras de Homero (cerca de 800 aC).

Bíblia hebraica

No antigo Oriente Próximo, os estudiosos hebraicos observaram que, embora os rios desaguassem no mar, o mar nunca ficava cheio. Alguns estudiosos concluem que o ciclo da água foi descrito completamente durante este tempo nesta passagem: "O vento vai para o sul e vira para o norte; ele gira continuamente, e o vento volta novamente de acordo com seus circuitos. Todos os rios corre para o mar, mas o mar não se enche; para o lugar de onde vêm os rios, para lá voltam ”( Eclesiastes 1: 6-7 ). Os estudiosos não estão de acordo quanto à data de Eclesiastes, embora a maioria dos estudiosos indique uma data durante a época do Rei Salomão , filho de Davi e Bate-Seba, "três mil anos atrás, há algum acordo de que o período de tempo é 962-922 AEC. Além disso, também foi observado que quando as nuvens estavam cheias, esvaziavam a chuva sobre a terra ( Eclesiastes 11: 3 ). Além disso, durante 793-740 AEC, um profeta hebreu, Amós, afirmou que a água vem do mar e é derramado sobre a terra ( Amós 5: 8 ).

).

Precipitação e percolação

(350 aC) especularam sobre percolação como parte do ciclo da água.

Precipitação sozinha

Até a época do Renascimento, pensava-se que a precipitação por si só era insuficiente para alimentar os rios, para um ciclo completo da água, e que as águas subterrâneas que subiam dos oceanos eram os principais contribuintes para a água dos rios. Bartolomeu da Inglaterra tinha essa opinião (1240 DC), assim como Leonardo da Vinci (1500 DC) e Athanasius Kircher (1644 DC).

O primeiro pensador publicado a afirmar que as chuvas por si só eram suficientes para a manutenção dos rios foi Bernard Palissy (1580 EC), que muitas vezes é creditado como o "descobridor" da teoria moderna do ciclo da água. As teorias de Palissy não foram testadas cientificamente até 1674, em um estudo comumente atribuído a Pierre Perrault . Mesmo então, essas crenças não foram aceitas na ciência dominante até o início do século XIX.

Veja também

Referências

Leitura adicional