Chu trình nước

Chu trình nước là quá trình liên tục của nước trong môi trường đất, dưới mặt đất và trong khí quyển. Nước trên Trái Đất không ngừng di chuyển và chuyển đổi từ dạng lỏng sang hơi và rắn, rồi trở lại. Chu trình này đã tồn tại hàng triệu năm và tất cả sự sống trên hành tinh này đều phụ thuộc vào nó. Nếu không có nước, Trái Đất sẽ trở thành một nơi không thể sinh sống.

Quá trình nước không chỉ ảnh hưởng đến việc trao đổi năng lượng mà còn làm thay đổi nhiệt độ môi trường. Khi nước bay hơi, nó lấy năng lượng từ môi trường xung quanh, làm mát không khí. Ngược lại, khi nước ngưng tụ, nó giải phóng năng lượng và làm ấm không khí, từ đó ảnh hưởng đến khí hậu.

Giai đoạn bay hơi trong chu trình nước giúp làm sạch nước và cung cấp nước ngọt cho đất. Dòng chảy của nước lỏng và băng vận chuyển khoáng chất toàn cầu và tác động đến các đặc điểm địa chất của Trái Đất qua xói mòn và bồi lắng. Chu trình nước cũng đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì sự sống và các hệ sinh thái trên hành tinh.

Tổng quan

Vòng tuần hoàn nước không có điểm khởi đầu cụ thể, nhưng có thể bắt đầu từ các đại dương. Mặt Trời điều khiển chu trình này bằng cách làm nóng nước trên đại dương, khiến nước bay hơi vào không khí. Hơi nước này lên cao và gặp phải nhiệt độ thấp, làm ngưng tụ thành mây. Các đám mây di chuyển toàn cầu, va chạm và kết hợp với nhau, tạo thành mưa. Tuyết tích tụ thành băng hà giữ nước hàng nghìn năm. Khi mùa xuân đến, tuyết tan chảy thành dòng trên mặt đất, có thể gây lũ. Phần lớn lượng mưa rơi trên đại dương hoặc mặt đất và trở thành dòng chảy mặt. Một phần của dòng chảy mặt vào sông và chảy ra đại dương. Một số nước thấm xuống đất, phần nhỏ hơn trở lại nước mặt dưới dạng dòng chảy ngầm, và nước ngầm tầng nông được hấp thụ bởi rễ cây rồi thoát hơi qua lá cây.

Thành phần chính

Trong các giai đoạn khí hậu lạnh, nhiều đỉnh núi băng và dòng sông băng hình thành, tích trữ một lượng lớn nước Trái Đất dưới dạng băng, làm giảm lượng nước trong các phần khác của vòng tuần hoàn. Ngược lại, trong thời kỳ ấm hơn, lượng băng giảm và mực nước đại dương tăng. Cuối thời kỳ băng hà, các sông băng bao phủ 1/3 bề mặt Trái Đất, và mực nước đại dương thấp hơn hiện tại khoảng 122 m (400 feet). Cách đây 3 triệu năm, khi Trái Đất ấm hơn, mực nước đại dương có thể đã cao hơn hiện tại khoảng 50 m (165 feet).

Có những dòng chảy trong đại dương di chuyển khối lượng lớn nước toàn cầu, ảnh hưởng mạnh mẽ đến chu trình nước và khí hậu. Dòng Gulf Stream, một dòng biển nóng ở Đại Tây Dương, vận chuyển nước từ Vịnh Mexico ngang qua Đại Tây Dương đến nước Anh. Với tốc độ 60 dặm (97 km) mỗi ngày, dòng Gulf Stream mang theo lượng nước gấp 100 lần tất cả các sông trên Trái Đất, từ các vùng khí hậu ấm đến Bắc Đại Tây Dương, ảnh hưởng đến khí hậu của các khu vực như phía tây nước Anh.

Quá trình bốc hơi

Bốc hơi nước là quá trình chuyển đổi nước từ thể lỏng thành hơi nước hoặc khí. Đây là giai đoạn đầu tiên của vòng tuần hoàn nước, nơi nước biến thành hơi trong khí quyển. Các đại dương, biển, hồ, và sông cung cấp gần 90% độ ẩm cho khí quyển qua bốc hơi, phần còn lại là từ sự thoát hơi của thực vật.

Nhiệt (năng lượng) là yếu tố cần thiết để bốc hơi xảy ra. Khi độ ẩm không khí đạt 100%, tức là đã bão hòa, quá trình bốc hơi sẽ ngừng lại. Bốc hơi nước tiêu tốn nhiệt từ môi trường, điều này giải thích tại sao nước bốc hơi từ cơ thể giúp bạn cảm thấy mát mẻ.

Bốc hơi từ các đại dương là phương thức chính để nước được chuyển vào khí quyển. Với diện tích rộng lớn của các đại dương (hơn 70% bề mặt Trái Đất), quá trình bốc hơi có nhiều cơ hội diễn ra. Trên toàn cầu, lượng nước bốc hơi bằng với lượng mưa, nhưng tỉ lệ này thay đổi theo từng khu vực. Thông thường, trên đại dương, bốc hơi nhiều hơn mưa, trong khi trên mặt đất, lượng mưa vượt quá bốc hơi. Phần lớn nước bốc hơi từ đại dương lại rơi xuống đại dương qua mưa, chỉ khoảng 10% nước bốc hơi được vận chuyển vào đất liền và rơi xuống như mưa. Một phân tử nước bốc hơi có thể tồn tại trong khí quyển khoảng 10 ngày.

Hơi nước trong khí quyển

Khí quyển dù không phải là kho nước khổng lồ, nhưng nó đóng vai trò như một 'siêu xa lộ' vận chuyển nước khắp toàn cầu. Trong khí quyển luôn có nước: đám mây là một dạng nước có thể nhìn thấy, nhưng ngay cả không khí trong cũng chứa những phân tử nước quá nhỏ để mắt thường nhận thấy. Tổng lượng nước trong khí quyển vào bất kỳ thời điểm nào vào khoảng 12.900 km³. Nếu toàn bộ lượng nước trong khí quyển rơi xuống cùng một lúc, nó có thể phủ kín toàn bộ bề mặt Trái Đất với độ dày 2,5 cm.

Quá trình ngưng tụ hơi nước diễn ra khi hơi nước trong không khí chuyển hóa thành nước lỏng. Ngưng tụ là bước quan trọng trong chu trình tuần hoàn nước vì nó tạo thành các đám mây. Những đám mây này có thể sinh ra mưa, là cách chính để nước trở lại Trái Đất. Ngưng tụ hơi nước là quá trình ngược lại với bốc hơi.

Ngưng tụ hơi nước cũng giải thích hiện tượng sương mù hay sự đọng nước trên kính khi ta từ phòng lạnh bước ra ngoài trời nóng và ẩm, hoặc khi nước nhỏ giọt bên ngoài cốc uống nước hay đọng lại trên kính cửa sổ vào ngày lạnh.

Quá trình ngưng tụ hơi nước

Ngay cả trong những ngày trời quang đãng không mây, nước vẫn tồn tại dưới dạng hơi nước và các giọt nước li ti không thể nhìn thấy. Những phân tử nước kết hợp với bụi, muối và khói trong khí quyển để tạo thành các hạt nhân mây (giọt mây nhỏ, đám mây nhỏ), tăng khối lượng và phát triển thành đám mây. Khi các giọt nước kết hợp với nhau và lớn dần, đám mây có thể phát triển và dẫn đến mưa.

Đám mây hình thành khi không khí chứa hơi nước bốc lên cao và gặp lạnh. Một phần quan trọng của quá trình này là sự làm ấm không khí gần mặt đất nhờ bức xạ từ mặt trời. Lớp khí quyển trên mặt đất lạnh đi vì áp suất không khí. Không khí có trọng lượng, và ở mực nước biển, trọng lượng của một cột không khí nén xuống khoảng 32 kg trên mỗi inch vuông; áp suất này, gọi là khí áp, là kết quả của mật độ không khí trong cột khí quyển phía trên. Khi lên cao, không khí phía trên giảm, dẫn đến giảm áp suất. Khí áp giảm và mật độ không khí giảm theo độ cao, làm cho không khí trở nên lạnh hơn.

Giáng thủy

Giáng thủy là nước từ các đám mây rơi xuống dưới dạng mưa, mưa tuyết, mưa đá, hay tuyết. Đây là cách chính để nước trong khí quyển trở lại bề mặt Trái Đất. Phần lớn giáng thủy là mưa. Làm thế nào các hạt mưa hình thành?

Các đám mây trên bầu trời chứa hơi nước và các hạt nhân mây nhỏ, những hạt này quá nhỏ để rơi thành mưa nhưng đủ lớn để hình thành đám mây có thể nhìn thấy. Nước tiếp tục bốc hơi và ngưng tụ trong bầu trời. Khi quan sát gần đám mây, có thể thấy một phần đang bốc hơi trong khi phần khác đang ngưng tụ. Phần lớn nước trong các đám mây không rơi xuống như giáng thủy. Để xảy ra giáng thủy, các giọt nước nhỏ phải ngưng tụ thành những giọt lớn hơn, đủ nặng để rơi xuống thành mưa. Cần hàng triệu hạt mây để hình thành chỉ một giọt mưa nhỏ.

Lượng mưa không phân bố đều trên toàn cầu, trong một quốc gia, hay thậm chí trong một thành phố. Ví dụ, ở Atlanta, Georgia, Mỹ, một trận mưa giông mùa hè có thể tạo ra lớp nước mưa dày tới 2,5 cm hoặc hơn trên một con đường, trong khi khu vực khác cách đó vài km có thể vẫn khô ráo. Tuy nhiên, tổng lượng mưa hàng tháng ở Georgia thường nhiều hơn tổng lượng mưa cả năm ở Las Vegas, Nevada. Đỉnh Waialeale ở Hawaii giữ kỷ lục thế giới với lượng mưa trung bình hàng năm là 1.140 cm. Đặc biệt, tại Arica, lượng mưa lên tới 1.630 cm trong một năm (tức gần 5 cm mỗi ngày). Ngược lại, Chile từng không có mưa trong suốt 14 năm.

Nước băng và tuyết

Nước được lưu giữ lâu dài trong băng, tuyết và các sông băng là một phần quan trọng của chu trình nước toàn cầu. Vùng Nam Cực chiếm 90% tổng lượng băng trên Trái Đất, trong khi các đỉnh núi băng ở Greenland chiếm 10% tổng lượng băng toàn cầu. Băng và sông băng liên tục thay đổi theo thời gian.

Trên toàn cầu, khí hậu thay đổi chậm rãi mà thường không dễ nhận thấy. Có những thời kỳ ấm áp vào kỷ khủng long cách đây 100 triệu năm, và những thời kỳ lạnh như kỷ băng hà cuối cùng cách đây 20.000 năm. Trong kỷ băng hà cuối cùng, nhiều khu vực ở bán cầu Bắc bị bao phủ bởi băng và sông băng, bao gồm hầu hết Canada, nhiều vùng phía Bắc châu Á và châu Âu, và một số khu vực ở Mỹ. Bản đồ thế giới cho thấy sự phân bố của các sông băng cách đây 20.000 năm.

Một số sự thật về các sông băng và các đỉnh núi băng

• Băng hà hiện nay bao phủ từ 10 đến 11% diện tích lục địa trên Trái Đất.
• Nếu toàn bộ băng hà hiện tại tan chảy, mực nước biển có thể dâng cao khoảng 70 mét (nguồn: Trung tâm Tư liệu Băng và Tuyết Quốc gia).
• Trong kỷ băng hà cuối cùng, mực nước biển thấp hơn hiện tại khoảng 122 mét, và các dòng sông băng đã bao phủ gần một phần ba bề mặt lục địa Trái Đất.
• Vào thời kỳ ấm áp cách đây 125.000 năm, mực nước biển cao hơn khoảng 5,5 mét so với ngày nay. Khoảng 3 triệu năm trước, mực nước biển có thể đã cao hơn 50,3 mét.

Dòng chảy từ tuyết tan

Trên toàn cầu, dòng chảy từ tuyết tan là một phần chính trong chu trình nước toàn cầu. Vào mùa xuân ở những vùng khí hậu lạnh hơn, nhiều dòng chảy mặt và sông ngòi bắt nguồn từ tuyết và băng. Bên cạnh việc gây lũ lụt, tuyết tan nhanh còn có thể dẫn đến sạt lở đất và dòng chảy bùn đá.

Để hiểu ảnh hưởng của dòng tuyết tan đến dòng chảy sông ngòi, có thể tham khảo biểu đồ lưu lượng trung bình hàng ngày trong 4 năm của sông North Fork American tại đập North Fork ở California. Các đỉnh cao trong biểu đồ chủ yếu là do dòng tuyết tan. So sánh cho thấy lưu lượng trung bình ngày trong tháng 3 năm 2000 là 1.200 feet khối mỗi giây, trong khi tháng 8 chỉ từ 55 đến 75 feet khối mỗi giây.

Dòng chảy từ tuyết tan thay đổi theo mùa và từng năm. So sánh giữa đỉnh lũ lớn năm 2000 và lũ nhỏ hơn năm 2001 cho thấy có một đợt hạn hán lớn ảnh hưởng đến California trong năm 2001. Tuy nhiên, sự thiếu hụt nước chủ yếu do lượng nước dự trữ trong băng mùa đông ảnh hưởng đến tổng lượng nước của các tháng còn lại trong năm. Thiếu hụt nước cũng ảnh hưởng đến mức nước trong các hồ hạ lưu, từ đó tác động đến nước tưới tiêu và cấp nước cho thành phố.

Dòng chảy mặt

Nhiều người nghĩ rằng mưa chỉ đơn giản là rơi xuống và chảy trên mặt đất (dòng chảy mặt), sau đó hòa vào sông và cuối cùng đổ ra đại dương. Tuy nhiên, đây là một cách nhìn quá đơn giản, vì sông còn nhận thêm nước từ quá trình thấm. Dòng chảy mặt là phần nước chính cung cấp cho các con sông, tạo thành một phần quan trọng của hệ thống thủy văn.

Thông thường, một phần của nước mưa sẽ thấm ngay vào đất. Khi đất đạt tới mức bão hòa hoặc không còn khả năng thấm, nước sẽ chảy theo sườn dốc thành dòng chảy. Trong những cơn mưa lớn, bạn có thể thấy những dòng nước nhỏ chảy trên sườn dốc. Nước sẽ chảy qua các kênh trên mặt đất trước khi vào các sông lớn. Hình vẽ minh họa cách dòng chảy mặt từ con đường đổ vào một con lạch nhỏ, mang theo bùn cát vào sông (điều này không tốt cho chất lượng nước). Dòng chảy mặt tiếp tục chảy vào sông và bắt đầu hành trình quay trở lại đại dương.

Như tất cả các yếu tố khác trong chu trình nước, mối quan hệ giữa mưa và dòng chảy mặt cũng thay đổi theo thời gian và không gian. Những trận mưa tương tự nhau ở rừng nhiệt đới Amazon và sa mạc tây bắc nước Mỹ sẽ tạo ra các dòng chảy mặt khác nhau. Dòng chảy mặt bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khí tượng, địa lý và địa hình. Khoảng 1/3 lượng nước mưa chảy vào sông suối và quay lại đại dương, trong khi 2/3 còn lại bị bốc hơi hoặc thấm vào nước ngầm. Con người thường sử dụng nước từ dòng chảy mặt cho nhiều mục đích khác nhau.

Dòng chảy sông ngòi

Cục Địa chất Mỹ định nghĩa 'dòng chảy' là lượng nước di chuyển trong các con sông, suối hoặc lạch nước.

Sông ngòi không chỉ đóng vai trò quan trọng đối với con người mà còn đối với toàn bộ hệ sinh thái. Chúng không chỉ cung cấp không gian cho hoạt động của con người và động vật, mà còn cung cấp nước cho sinh hoạt, tưới tiêu, sản xuất điện, xử lý nước thải, giao thông thủy và nguồn thực phẩm. Ngoài ra, sông ngòi còn là môi trường sống thiết yếu cho các loài động thực vật thủy sinh, và chúng cũng góp phần bổ sung nước cho tầng ngậm nước ngầm và đại dương.

Khi nghiên cứu sông ngòi, việc xem xét các lưu vực sông là rất quan trọng. Lưu vực sông là khu vực mà toàn bộ nước mưa rơi xuống và chảy theo cùng một hướng. Bất kể bạn đứng ở đâu, bạn đang ở trong một lưu vực sông. Một lưu vực có thể nhỏ như một vết chân trên bùn hoặc rộng lớn như toàn bộ khu vực cấp nước cho sông Mississippi, nơi nước chảy ra Vịnh Mexico. Các lưu vực nhỏ hơn nằm trong các lưu vực lớn hơn. Chúng rất quan trọng vì chất lượng và dòng chảy của sông bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố từ các vùng phía trên của lưu vực.

Dòng chảy của các con sông thay đổi liên tục, thậm chí theo từng phút. Mưa là yếu tố chính ảnh hưởng đến dòng chảy trong các lưu vực sông. Khi mưa, mực nước sông có thể tăng ngay cả khi mưa xảy ra ở xa. Nước mưa trên lưu vực cuối cùng sẽ chảy ra ở điểm cắt cuối của lưu vực. Kích thước của sông tỷ lệ thuận với kích thước của lưu vực. Sông lớn có lưu vực rộng, trong khi sông nhỏ có lưu vực nhỏ hơn. Sông lớn có sự biến động mực nước chậm hơn so với sông nhỏ. Trong lưu vực nhỏ, mực nước có thể thay đổi nhanh chóng theo phút và giờ, trong khi sông lớn có thể mất vài ngày để thay đổi mực nước và thời gian lũ có thể kéo dài vài ngày.

Lượng trữ nước ngọt

Nước ngọt trên bề mặt Trái Đất, một phần thiết yếu của chu trình nước, là yếu tố không thể thiếu cho sự sống. Nước mặt bao gồm nước trong các con sông, ao, hồ, hồ nhân tạo, và các đầm lầy nước ngọt.

Lượng nước trong sông và hồ luôn biến động tùy thuộc vào dòng chảy vào và ra. Nước vào từ mưa, dòng chảy mặt, nước ngầm, và các phụ lưu. Trong khi đó, nước ra khỏi hồ và sông bao gồm bốc hơi và bổ sung cho nước ngầm. Con người cũng phụ thuộc vào nước mặt cho nhiều nhu cầu cơ bản. Lượng và vị trí nước mặt thay đổi theo thời gian và không gian, cả tự nhiên lẫn dưới ảnh hưởng của con người.

Tại vùng châu thổ sông Nile ở Ai Cập, cuộc sống có thể phát triển trong những khu vực sa mạc nếu có đủ nước (mặt hoặc ngầm). Nước mặt thực sự là yếu tố sống còn. Nước ngầm hình thành từ sự di chuyển của nước mặt vào lớp nước ngầm dưới đất. Dù vậy, nước ngọt trên bề mặt Trái Đất rất hiếm. Chỉ khoảng 3% tổng lượng nước trên hành tinh là nước ngọt, trong đó hồ nước ngọt và đầm chiếm 0,29% tổng lượng nước ngọt, hồ Baikal ở châu Á chiếm 20% tổng lượng nước ngọt, và Hồ Lớn (Huron, Michigan, và Superior) cũng chiếm 20% tổng lượng nước ngọt. Các sông chỉ chiếm khoảng 0,006% tổng lượng nước ngọt. Nước ngọt, dù là yếu tố thiết yếu cho sự sống, chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong tổng lượng nước trên Trái Đất.

Thấm

Trên toàn thế giới, một phần nước mưa và tuyết thấm vào lớp đất và đá bên dưới bề mặt. Mức độ thấm phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Ví dụ, trên đỉnh băng Greenland, lượng nước mưa thấm rất thấp, trong khi một con sông chảy vào hang động ở Georgia, Mỹ cho thấy nước cũng có thể chảy trực tiếp vào tầng nước ngầm.

Một phần nước thấm sẽ được giữ lại trong các lớp đất nông, nơi nó có thể tiếp tục chảy vào sông qua sự thấm qua bờ sông. Phần nước thấm xuống sâu hơn sẽ bổ sung cho các tầng nước ngầm. Nếu tầng nước ngầm nông hoặc có đủ độ rỗng để nước có thể chảy qua, con người có thể khoan giếng để khai thác nước cho nhiều mục đích khác nhau. Nước ngầm có thể di chuyển qua những khoảng cách lớn hoặc được lưu giữ lâu dài trong tầng nước ngầm trước khi quay trở lại bề mặt hoặc thấm vào các thủy vực khác như sông và đại dương.

Khi nước mưa thấm vào lớp đất gần mặt đất, nó tạo ra hai vùng: vùng không bão hòa và vùng bão hòa. Vùng không bão hòa là nơi nước tồn tại trong các lỗ rỗng của lớp đá dưới mặt đất, nhưng chưa đạt đến trạng thái bão hòa. Phần trên của vùng không bão hòa là đất, nơi có không gian giữa các rễ cây cho nước mưa thấm vào. Cây trồng sử dụng nước từ tầng đất này. Dưới vùng không bão hòa là vùng bão hòa, nơi nước lấp đầy các khe rỗng giữa các phần tử đất và đá. Giếng có thể được khoan ở đây để bơm nước lên.

Lưu lượng nước ngầm

Nước ngầm, thứ mà chúng ta không thể nhìn thấy nhưng lại chiếm một phần lớn so với nước bề mặt, đóng góp rất nhiều cho dòng chảy của nhiều con sông. Con người đã khai thác nước ngầm hàng ngàn năm và vẫn tiếp tục sử dụng nó hàng ngày, chủ yếu cho nhu cầu nước uống và tưới tiêu. Cuộc sống trên Trái Đất phụ thuộc vào nước ngầm cũng như nước mặt.

Một phần nước mưa rơi xuống đất và thấm vào lớp đất sẽ trở thành nước ngầm. Phần nước chảy gần mặt đất sẽ nhanh chóng lộ ra khi chảy vào sông, nhưng một phần nước tiếp tục thấm sâu vào trong đất do ảnh hưởng của trọng lực.

Trong sơ đồ này, chúng ta có thể xác định hướng và tốc độ di chuyển của nước ngầm bằng cách dựa vào các đặc điểm của tầng nước ngầm và lớp vật liệu cản trở (nơi nước gặp khó khăn khi di chuyển). Sự di chuyển của nước dưới mặt đất phụ thuộc vào độ thấm (sự dễ dàng hoặc khó khăn khi nước thấm qua) và sự hiện diện của các khe rỗng trong đá dưới mặt đất. Nếu các lớp đá cho phép nước chảy qua một cách tương đối dễ dàng, nước ngầm có thể di chuyển qua những khoảng cách đáng kể trong vài ngày. Ngược lại, nước ngầm có thể thấm sâu hơn vào các tầng nước ngầm xa hơn, nơi nó có thể mất hàng ngàn năm để trở lại môi trường bên ngoài.

Suối

Khi một tầng nước ngầm được tiếp nước liên tục đến khi nước bắt đầu chảy ra mặt đất, hình thành các con suối. Các con suối có thể rất nhỏ, chỉ xuất hiện khi có mưa lớn, hoặc có thể là các dòng suối lớn chảy hàng trăm triệu gallon nước mỗi ngày.

Suối có thể hình thành trong bất kỳ loại đá nào, nhưng phần lớn xuất hiện trong đá vôi và đá dolomit, vốn dễ bị nứt nẻ và hòa tan bởi mưa axit. Khi đá bị phá vỡ và hòa tan, các khoảng trống hình thành cho phép nước chảy qua. Nếu dòng chảy xảy ra theo phương ngang, nước có thể thoát ra bề mặt, tạo thành các con suối. Nước suối không phải lúc nào cũng trong sạch.

Mặc dù nước suối thường rất sạch, một số con suối có thể có màu trà. Ví dụ, trong hình trên là một con suối tự nhiên ở Tây Nam Colorado, nước suối có màu đỏ do sự hiện diện của sắt từ nước ngầm tiếp xúc với khoáng chất dưới lòng đất. Ở Florida, Mỹ, nhiều nguồn nước mặt chứa axit tannic tự nhiên từ các chất hữu cơ trong đất đá, khiến nước suối có màu sắc đặc biệt. Lưu lượng nước có màu trong suối cho thấy nước đang chảy nhanh qua các kênh dẫn rộng trong tầng nước ngầm mà chưa được lọc qua các vùng đá vôi.

Suối nước nóng thực chất chỉ là suối thông thường nhưng nước tại đây ấm hơn, và ở một số nơi, như các suối bùn sôi sùng sục tại Công Viên Quốc gia Yellowstone, Wyoming, Mỹ, nước có thể nóng đến mức đáng kinh ngạc. Những suối nước nóng thường xuất hiện gần các khu vực núi lửa hoạt động, nơi nước được làm nóng khi tiếp xúc với các lớp đá nóng sâu dưới mặt đất. Khi nước dưới bề mặt chảy vào các khe nứt rộng, nó có thể tạo ra dòng chảy lên trên mặt đất, hình thành suối nước nóng. Ví dụ tiêu biểu là các suối nước ấm nổi tiếng ở Georgia và suối nước nóng ở Arkansas, Hoa Kỳ.

Sự thoát hơi

Thoát hơi là quá trình mà nước được vận chuyển từ rễ cây lên các lỗ nhỏ trên bề mặt lá, nơi nước biến thành hơi và thoát vào khí quyển. Về cơ bản, thoát hơi chính là sự bốc hơi của nước từ lá cây. Ước tính khoảng 10% lượng nước trong khí quyển đến từ quá trình thoát hơi từ cây trồng.

Thoát hơi thực vật là một quá trình vô hình, khi nước bốc hơi từ bề mặt lá cây mà mắt thường không thể thấy. Trong mùa phát triển, một lá cây có thể thoát hơi nước nhiều lần so với trọng lượng của chính nó. Một mẫu Anh trồng ngô có thể bốc hơi từ 11.400 đến 15.100 lít nước mỗi ngày, trong khi một cây sồi lớn có thể thoát hơi đến 151.000 lít nước mỗi năm.

Lượng nước bốc hơi từ cây cối thay đổi lớn theo thời gian và không gian. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thoát hơi của nước.

• Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, tốc độ bốc hơi nước cũng gia tăng, đặc biệt là trong mùa phát triển của cây trồng khi không khí ấm áp hơn.
• Độ ẩm tương đối: Khi độ ẩm không khí xung quanh cây trồng cao, tốc độ bốc hơi giảm. Điều này có nghĩa là nước bốc hơi nhanh hơn trong không khí khô ráo so với không khí bão hòa ẩm.
• Gió và sự di chuyển của không khí: Khi không khí xung quanh cây cối di chuyển nhiều, quá trình bốc hơi cũng gia tăng.
• Loại cây: Các loại cây khác nhau có tốc độ bốc hơi khác nhau. Cây trồng ở vùng khô cằn thường bốc hơi ít hơn. Ví dụ, cây xương rồng giữ nước quý giá bằng cách giảm bớt sự bốc hơi so với các loại cây khác.

Lượng trữ nước ngầm

Một khối lượng lớn nước được lưu giữ trong đất và liên tục di chuyển, dù có thể rất chậm, vẫn là một phần của vòng tuần hoàn nước. Phần lớn nước ngầm đến từ mưa và sự thấm nước từ lớp đất bề mặt. Tầng đất trên cùng là khu vực không bão hòa, nơi lượng nước thay đổi theo thời gian mà không làm bão hòa tầng đất. Dưới lớp đất này là khu vực bão hòa, nơi tất cả các khe nứt, ống mao dẫn và khoảng trống giữa các phân tử đá đều chứa đầy nước. Thuật ngữ 'nước ngầm' dùng để chỉ khu vực này, và còn gọi là 'bể nước ngầm'. Bể nước ngầm là kho chứa nước ngầm lớn và con người trên toàn cầu phụ thuộc vào nó trong cuộc sống hàng ngày.

Cách tốt nhất để hiểu khái niệm về đất bão hòa nước ở một độ sâu nhất định là đào một cái hố trên bãi biển, nếu sự thấm nước đủ để giữ lại nước. Mực nước trong hố chính là mực nước ngầm. Biển nằm ở phía bên phải của hố, mực nước trong hố sẽ bằng mực nước biển. Tuy nhiên, mực nước trong hố cũng thay đổi theo từng phút cùng với sự thay đổi của thủy triều.

• Nội dung của bài viết này được lấy từ trang Vòng tuần hoàn nước là gì? của Cục Địa chất Hoa Kỳ, thuộc phạm vi công cộng. Bản dịch tiếng Việt được thực hiện bởi PGS. TS. Trần Thục và các đồng sự tại Viện Khí tượng Thủy văn Việt Nam.

Đọc thêm

• Anderson, J. G.; Wilmouth, D. M.; Smith, J. B.; Sayres, D. S. (17 tháng 8 năm 2012). “Mức Độ UV Trong Mùa Hè: Tăng Nguy Cơ Mất Ozone Do Hơi Nước Được Đưa Vào Do Convection”. Science. 337 (6096): 835–839. Bibcode:2012Sci...337..835A. doi:10.1126/science.1222978. PMID 22837384. S2CID 206541782.

Liên kết ngoài

• Vòng tuần hoàn nước Lưu trữ 2019-03-15 tại Wayback Machine, Cục Địa chất Hoa Kỳ
• Vòng tuần hoàn nước cho trẻ em Lưu trữ 2019-01-08 tại Wayback Machine, Cục Địa chất Hoa Kỳ
• Vòng tuần hoàn nước, từ Hướng dẫn của Dr. Art về Hành tinh.
• Trình chiếu vòng tuần hoàn nước, hoạt hình Flash đa ngôn ngữ kích thước 1 Mb làm nổi bật sự bốc hơi từ đất trống, từ managingwholes.com.
• Liệu vùng ẩm có ẩm ướt hơn và vùng khô có khô hơn? – Tóm tắt nghiên cứu khí hậu từ NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory bao gồm văn bản, đồ họa và hoạt hình