Koloběh vody v přírodě: Podrobný přehled

Dnešní složení hydrosféry je výsledkem diferenciačních pochodů při formování jednotlivých sfér Země, následně i života na Zemi. V období utváření planety Země ještě nelze mluvit o existenci hydrosféry. Hydrosféra se začíná objevovat po zformování zemské kůry.

Diferenciačními procesy, kdy se ze zemského pláště vyčlenila zemská kůra, probíhala na povrchu Země bouřlivá vulkanická činnost. Obrovské množství vulkanických exhalátů (HF, NH3, HCl, H2S, SO2, CH4, CO, CO2, SiF4, Rn, atd.) se uvolnilo při výstupu magmatu na povrch (magma obsahuje až 7% vody). Vzniká první proto-hydrosféra. V důsledku "správné" vzdálenosti Země od Slunce mohla vodní pára kondenzovat a zůstat v kapalném stavu.

V té době měl světový oceán zcela odlišné chemické složení než má dnes. Vznikl vulkanické činnosti, ale pravděpodobně i z ledových meteoritů dopadnutých na Zemi během konečné fáze jejího formování. Rozpouštěly horniny. Docházelo k pozvolné neutralizaci. Nicméně kyselé plyny sekundární atmosféry se stále rozpouštěly v oceánu a snižovaly tak jeho pH. Sedimentární horniny jsou staré cca 3500 mil.let a anaerobní koncentrace v oceánu byla vysoká.

Voda se vyskytuje v plynném, kapalném a pevném stavu pod zemským povrchem, v zemské atmosféře a je vázaná v živých organizmech. Z celkové plochy povrchu Země 510 mil. km² zaujímají oceány a moře 360,7 mil. a pevnina 149,3 mil. km² (29,3 %). V oceánu je obsaženo asi 94% slané vody.

Voda se zapojuje do oběhu vody na Zemi v různých formách skupenství. Největší množství vody v pevninském ledu je vázáno v ledovcích (podzemní led v permafrostu). V kapalném stavu se voda vyskytuje jako dešťové kapky a v pevném jako sněhové vločky.

Čtěte také: Více o koloběhu vody v přírodě

Voda vystavená slunečnímu záření se začne ohřívat a vypařovat. Tomuto ději říkáme evaporace. Odpar probíhá z vodních ploch, rašelinišť atd., ale také z půdy. Odpar ze živočichů a hlavně z rostlin označujeme jako evapotranspirace. Vypařená voda stoupá do atmosféry, kde se tvoří oblačnost, která je unášena vzdušnými proudy. Voda v kapalném nebo pevném stavu začne snášet na zemský povrch - jsou to srážky v podobě kapalných pevných srážek a ledu.

Část vody, která se odpaří nad oceánem, spadne zpět do oceánu. Stejně jako voda, která se odpaří nad pevninou a opět na ní spadne. Oběh probíhá mezi oceánem a pevninou.

Jedna třetina vody dopadne na pevninu, kde se shromažďuje v řekách, jezerech, rybnících, rašeliništích, atd., kde se část této vody odpaří (druhá 1/3). Další třetina proniká do horninového prostředí jako voda podzemní. Podzemní voda je vázaná ve zvodních. Pohyb vody ve zvodni je pomalý nebo dokonce nulový. Dochází k akumulaci vody a její retardaci.

Podzemní voda může také vstupovat přímo do vodotečí, nebo naopak se může vsakovat z vodotečí do horninového prostředí. Část vody je zadržena ve formě sněhu a ledu v důsledku sezónní srážky. Tato voda je tedy po určitý čas vyřazena z cyklu - tzv. retardována. Podobně retardovaná voda je v organizmech. Voda ve formě sněhových srážek nebo ledu se na Zemi nachází jak na moři, tak na pevnině. Z celkového množství pevných srážek je cca 70% vázáno na ledovce. (95%) a horské (5%).

Ledovce

Největší kontinentální ledovec je na Antarktidě (až 90% pevninského ledu). Zaujímá 13 miliónů km² pevniny a trvale zamrznutá okolní moře. Reliéf pod ledovcem je rozeklaný s proměnlivou výškou. Ledovec dosahuje moře. Druhý největší ledovec se nachází v Grónsku. Oba zmiňované kontinentální ledovce jsou pozůstatky ledovcového pokryvu z pleistocénu. Kontinentální ledovec zasahoval až do Střední Evropy a Ameriky. Na našem území jsou četné eratické (bludné) balvany.

Čtěte také: Krása a síla života v koloběhu přírody

Ledovce se nachází nad hranicí sněžné čáry. Proměnlivá se zeměpisnou šířkou. Přeměna sněhu v led probíhá tak, že vlivem tlaku se sníh mění na firn, firnový led a nakonec na ledovcový led. Rychlost přeměny závisí na množství sněhových vrstev či změnou teploty.

Činnost ledovců je podrobněji vysvětlena v kapitole Exogenní činitelé. Led dokáže odolávat tání. Ledovce transportují obrovské množství materiálu, který se dostává na povrch nebo do bocích a sunou je ve směru svého pohybu. Masa ledu působí erozivně na svoje podloží. Horniny jsou obrušovány. V podloží, na stranách a před čelem ledovce se vytvářejí typické nevytříděné uloženiny označované za morény.

Světový oceán

Mořská voda na Zemi je soustředěna ve Světovém oceánu, který zaujímá 70,7% povrchu Země. Je v něm soustředěno až 94% objemu všech vod na Zemi. Jeho rozdělení se od konce paleozoika podstatně změnilo. Původně obklopoval jeden superkontinet Pangeu. Pohyb kontinentů rozdělil Světový oceán na jednotlivé oceány, moře, zálivy a průlivy. Jeho průměrná hloubka je 3930 m. Nejhlubší místo je Mariánský příkop -11034m.

Tichý oceán (známý též jako Pacifický oceán nebo Pacifik) je největší oceán na Zemi. Pokrývá 49 % povrchu Země. Rozprostírá se od Arktidy na severu po Antarktidu na jihu. Na západě je ohraničen Asií a Austrálií, na východě Severní a Jižní Amerikou. Měří přes 20000 km. Nachází se v něm asi 25 000 ostrovů (více než ve všech ostatních oceánech dohromady), většina z nich je vulkanického původu. Dno je tvořeno složitou sítí středoocéánských hřbetů a subdukčních zón. Nejznámější je Pacifický ohňový kruh, který se nachází nad subdukčními zónami. Jsou zde častá zemětřesení, které mají většinou za důsledek tsunami.

Atlantský oceán zaujímá prostor mezi Afrikou, Evropou a Amerikou. Je to druhý největší oceán. Pokrývá 20 % zemského povrchu. Do Atlantiku přitéká voda z asi čtyřikrát většího území než je tomu u Tichého nebo Indického oceánu. Objem Atlantiku je i s objemem přilehlých moří 354,7 mil. km³. Průměrná hloubka je 3 926 m nepočítaje moře. Středem Atlantského oceánu se táhne největší podmořský středooceánský hřbet - Středoatlantický hřbet. Okrajové části oceánu jsou pevninského původu.

Čtěte také: Fosfor v přírodě

Indický oceán je třetí největší oceán na Zemi. Nachází se mezi východním pobřežím Afriky, jižní částí Asie, západním pobřežím Austrálie a Antarktidou. Má rozlohu 73,556 milionu km², což představuje přibližně 20 % povrchu světového oceánu a 14,9 % rozlohy Země. Obsahuje 292,131 milionu km³ vody. Je nejteplejším světovým oceánem. Velká část jeho plochy se nachází v tropickém nebo subtropickém podnebním pásu. Je zde i monzunové podnebí.

Jižní oceán (resp. nicméně mezi námořníky má tento pojem dlouhou tradici. Celková rozloha oceánu byla ustanovena na 20 327 000 km², což ho řadí jako 4. největší oceán na Zemi (tedy 2. nejmenší). Prvenství zaujímá jako nejhlubší oceán s průměrnou hloubkou 4500 metrů. Severní hranice byla určena přibližně 60. rovnoběžkou a jižní hranicí Antarktidy.

Severní ledový oceán je nejmenší světový oceán (14 mil. km²). Má rovněž nejmenší průměrnou hloubku (1328 m). Rozkládá se kolem severního zemského pólu. Je zde trvale zamrzlá hladina Severního ledového oceánu.

Pevninská voda

Pevninská voda v kapalném skupenství se na povrchu Země označuje jako povrchová voda. Pod zemským povrchem může být uložena různě hluboko a může mít různý původ. Počátek většiny řek je v prameništi, kdy se podzemní voda dostává na povrch. Řeka může mít svůj počátek ve vřesovišti nebo jezeru. Území, ze kterého vodní tok sbírá vodu, se nazývá povodí. Hřbetnice nad údolím toku vymezuje tzv. Do vodního toku se voda dostává povrchově nebo podzemně.

Povrchový tok je rozdělen do tří částí. Poměr erozivní a kumulační činnosti toku je různý. Horní tok je typický korytem ve tvaru písmene V. Sklon údolnice je značný a proto tok řeky je rychlý s výraznou hloubkovou erozivní činností. Jsou zde četné splavy a vodopády. Ve středním toku se vyrovnává hloubková i boční eroze. Dolní část řeky je široká s mělkým korytem. Údolní niva je formována říční činností. Řeka vytváří meandry a ramena.

Jezera jsou přírodní vodní nádrže, která vznikla vyhloubením nebo přehrazením toku. Nejčastěji jsou členěna podle geneze.

Za mokřady považujeme trvale zamokřená území s bohatými zásobami vody, kde srážky převažují nad výparem nebo kde je znesnadněn tok vody. Bažiny jsou oblasti bez odtoku vody, vzniklé vykácením porostu, táním permafrostu nebo říční záplavou. Rašeliniště jsou zamokřené oblasti, které zarůstají mechem a rašeliníkem. Nacházejí se v horských oblastech jako jezerní pánve nebo prameniště. Slatiniště jsou nížinná rašeliniště, nacházející se na kyselejších půdách. Jsou dotována vodou z řek nebo podzemní vodou.

Do této kategorie patří rybníky a přehrady. Rybníky byly budovány k chovu ryb nebo pohánění vodních mlýnů. Ryb zadržují vodu v krajině. Těmito rybníky protéká řeka, potok nebo umělý kanál. Pramenité rybníky mají akumulační účel. Voda v nich je čistá a chladná. Poslední a nejméně rozšířené jsou rybníky nebeské, které jsou zásobovány pouze vodními srážkami.

Podzemní voda

Podzemní voda se do horninového prostředí dostává vsakováním, sněhu, nebo korytem z řek a potoků či jezer. Voda prostupuje přes volné póry a pukliny. Pokud voda prostupuje přes volné póry mezi jednotlivými zrny, závisí propustnost horniny na velikosti zrn a množství tmelu, který zrna spojuje. Čím je velikost pórů větší, tím je hornina propustnější. Pokud voda proniká mezi póry mluvíme o průlinové propustnosti. Propustnost hornin závisí na mineralogickém složení hornin, ale také na jejich rozpukání a konsolidaci.

Některé horniny jsou nepropustné a voda jimi nemůže protékat. Pokud jsou ovšem tyto horniny porušené puklinovými systémy, může voda proudit těmito volnými prostory. Pak mluvíme o puklinové propustnosti. Některé horniny podléhají chemickému zvětrávání. Pukliny, kterými protéká voda se začnou rozšiřovat až vzniknou krasové dutiny. Podle množství vody, které proteče neporušenou horninou rozlišujeme horniny propustné, málo propustné a nepropustné.

Podle původu rozlišujeme několik druhů podzemních vod:

• vody atmosférické (srážkové)
• vody juvenilní
• vody vadózní
• vody fosilní

Atmosférická voda (srážková) vsakuje do horninového prostředí. Voda se pohybuje v horninovém prostředí a vytváří tzv. hladinu podzemní vody (HPV). Ta se ustálí ve stejné výšce hladinu vody ve všech spojených studních. Pokud je HPV ohraničena nepropustnou vrstvou horniny, vznikají tlakové vody, jako vody artézské.

Juvenilní voda vystupuje k povrchu Země při vulkanických procesech, po hlubinných zlomových strukturách. Vzniká za vysokých tlaků a teplot slučováním vodíku z magmatu s kyslíkem atmosférického původu. Je součástí je prvotní zemská voda.

Vadózní voda vzniká průsakem srážkové vody do velkých hloubek podél hlubokých prasklin a zlomů. Fosilní voda je po dlouhá geologická období uzavřena v podzemních rezervoárech mezi nepropustnými vrstvami.

Vlastnosti mořské vody

Barva mořské vody je ovlivněna množstvím pohlcených a odražených slunečních paprsků. Zdánlivá barva vody je vyvolána odrazem světla, oblohy, mraků a charakteru příměsí. Zelená barva vody je způsobena příměsí fytoplanktonu. V některých případech má barva vody až načervenalá. Žlutohnědá barva je vyvolána minerálními příměsemi splavenými z kontinentů. Obecně platí, že čím je koncentrace příměsí vyšší, tím je odstín sytější. Čistá mořská voda má modrou barvu. Barvu vody ovlivňuje i hloubka oceánů a moří. Okrajové části moří mírného pásu mají barvu zelenohnědou.

Salinita je množství solí rozpuštěných v mořské vodě a udává se v gramech na jeden kilogram vody (‰). Salinita je ovlivněna pohybem mořské vody. Nejvyšší salinita je v oblastech obratníků (více kolem Raka). Je to způsobeno vysokou teplotou a tím pádem i vysokým výparem. Nejslanější vůbec je Mrtvé moře - 245-280 ‰. Nejnižší salinita je v oblastech poblíž kontinentů a malý výpar (Baltské moře - 2-25 ‰). Salinita je proměnlivá jen se zeměpisnou šířkou, ale také s hloubkou. V hloubce kolem 1 km je salinita již konstantní.

Teplota oceánů ovlivňuje teploty na Zemi. Způsobuje proudění vzduchu v atmosféře. Oceán přijímá více tepelné energie než přilehlé pevniny. Díky promíchání vody, se voda ohřeje do větší hloubky. U pevniny dopadá sluneční záření a povrch se neprohřeje tak hluboko, jako je tomu u oceánů. Oceány a pevniny fungují i obráceně. Pevnina se v noci rychleji ochlazuje a ohřívá chladnějšího vzduchu. Teplota vody se mění i s hloubkou. Horní vrstva vody (do 200m) je ovlivněna sezónními změnami. Do 200m pod hladinou teplota klesá pomalu. Hlubinná voda je ovlivněna vydávaným teplem. Průměrná teplota vody oceánů je 17°C. 50% plochy oceánu má průměrnou teplotu na hladině vyšší než 20°C. Vlivem dopadajícího slunečního záření, mění se teplota při hladině se zeměpisnou šířkou. Teplota se zvyšuje směrem k rovníku. V polárních oblastech je moře chladnější. Teplota okrajových a vnitřních moří je závislá na geografické pozici a propojením s oceánem. Nejchladnější vůbec jsou polární moře. Mořská voda zamrzá při -2°C (záleží na salinitě mořské vody).

Hustota mořské vody závisí na teplotě, salinitě a tlaku. S rostoucí teplotou klesá hustota. Se vzrůstající salinitou či tlakem hustota narůstá. V polárních oblastech klesá teplota a vzrůstá hustota. Při salinitě 35‰ a teplotě 0°C je hustota 1,028 g/cm³, ale při teplotě 20°C je hustota 1,024 g/cm³. Hustota je v oceánech proměnlivá. Její snižování kromě rostoucí teploty způsobují srážky, tání ledu a říční přítoky. Změna hustoty společně se změnou teploty vody vyvolávají konvekční proudění mořské vody v oceánech - tzv. termohalinní systém. V polárních oblastech klesají a pomalu se pohybují k rovníku.

Pohyb mořské vody

Oceánské vody jsou neustále v pohybu v důsledku atmosférických vlivů, slapových jevů a geodynamických vlivů. Pohyb mořské vody dělíme na horizontální (mořské proudy) a vertikální (vzestupné proudy) směru. Nejvýznamnější je atlantický výměník. Voda proudí na sever, kde se ochlazuje, dochází k výpar a zvětšuje se i její salinita. Ochlazená a slaná voda se vrací středním patrem vodního sloupce směrem od Antarktidy. Teplo je odejmuto, voda zvětší svoji hustotu a klesá do hloubky. Takto vznikají hlubokomořské proudy. Mořské proudy ovlivňují podnebí v různých polohách a předávají si energii. Vlny vznikají v důsledku atmosférických vlivů. Těleso se houpe se na vlnách, ale není unášen dále, nýbrž setrvává na místě. Jedná se o přenosu energie bez přenosu hmoty. Tsunami vznikají v důsledku geodynamických vlivů.

Vlny vzniklé geodynamickými vlivy jsou označovány za TSUNAMI. Rychlost tsunami závisí na hloubce. V hlubokém oceánu se nemusíme všimnout. Z pohledu pozorovatele na břehu se tsunami jeví spíše jako náhlá záplava než vodní stěna. Podmořské zemětřesení budí tsunami při pronikání přes překážky. Rychlost se snižuje a vlna se zvyšuje v závislosti na profilu mořského dna u pobřeží. Přestože se vlnová délka zkrátí třeba stokrát, stále má vlnovou délku v řádu kilometrů.

Slapové jevy jsou způsobeny gravitační silou Měsíce a Slunce. Zvýšení hladiny se označuje jako příliv, snížení jako odliv. Měsíc a Slunce deformují jak povrch Země, tak hladinu oceánů. Měsíc tedy slapové jevy ovlivňuje nejvíce. Slapová vlna je nejvíce patrná na přivrácené straně Země, a naopak slaběji na odvrácené straně. Během jednoho dne projde daným poledníkem, tj. každých 12 hodin 25 minut a 14 sekund - mluvíme o půldenním dmutí. Skočné dmutí vzniká pokud Měsíc, Země a Slunce stojí v jedné řadě. Síly se sčítají a slapové jevy jsou velmi výrazné. Hluché dmutí vzniká pokud Měsíc, Země a Slunce svírají pravý úhel. Na volném moři se výška hladiny mění asi o 0,8 metru. V zálivech, kde je příliv zúžen, se výška přílivu zvětšuje, kde hladina stoupá až o 20 metrů.

Vliv člověka na koloběh vody

Koloběh vody v přírodě, vodní režim v krajině, zadržování vody, zpomalení odtoku vody - to vše jsou pojmy, jimž se věnuje v současnosti mimořádná pozornost. Problémem je nedostatek srážek, jejich nevyrovnaná distribuce v průběhu roku či naopak bleskové přívalové povodně. Na pomyslném začátku cesty vody českou krajinou stojí lesy - zejména horské lesy v povodích zde pramenících potoků a řek. Často se diskutuje o vztahu mezi dřevinnou skladbou lesů a odtokem vody z nich. Odpověď na tuto otázku dlouhodobě hledají odborníci z VÚLHM, v. v. i., Výzkumné stanice Opočno.

Tzv. „Vodní zákon“ ukládá vlastníkům pozemků zajistit, aby nedocházelo ke zhoršování odtokových poměrů, odnosu půdy erozní činnosti vody a dbát o zlepšování retenční schopnosti krajiny a o ochranu kvantity v tvorbě zdrojů. Vlastníci, resp. Intercepce je definována jako množství srážek, které nikdy nedopadnou na povrch půdy, ale jsou zachyceny vegetací a poté se vypaří zpět do atmosféry.

Velký význam pro zmírňování obou extrémních situací - povodní a sucha, mají zejména horské lesy a způsoby jejich obhospodařování. Horské lesy (5. - 9. lesní vegetační stupeň) zaujímají 50 % rozlohy lesů České republiky a plní zcela nezastupitelnou úlohu při formování vodního režimu nejen v horách, ale i v níže položené krajině. Oblast horního toku řeky Moravy si vědci vybrali z důvodů velmi pestrého zastoupeni všech aspektů ovlivňujících odtok (nadmořská výška, stanoviště, reliéf terénu, druhové a věkové zastoupení porostů). Důležitým předpokladem pro výzkum byl dostatek údajů a dat o lesnickém hospodaření v oblasti poskytnutých Lesy ČR, s. Určujícími druhy (edifikátory) lesních společenstev zájmového území jsou smrk ztepilý a buk lesní. U těchto dřevin také existuje nejvíce informací o jejich vlivu na vodní bilanci. Výjimku tvořily dřeviny jako olše zelená, borovice kleč a modřín evropský.

Modelové výpočty ukázaly nejen na význam druhové skladby ale i lokálních podmínek, zejména nadmořské výšky povodí. Při dosažení cílové druhové skladby a zachování současné věkové struktury porostů by na všech dílčích povodích došlo ke snížení sumy celkových zimních odtoků. Letní odtoky by naopak byly při dosažení cílové druhové skladby na většině povodí vyšší. Pro celé zájmové území (všechna dílčí povodí) při současné druhové skladbě činí celkový modelový roční odtok 111 629 300 m³ vody, při dosažení cílové druhové skladby by byl o 251 tis. m³ vyšší.

Přínosem publikace je zobrazení potenciální reakce odtoků z hodnocených dílčích povodí na změnu druhové skladby lesních porostů ze současné na cílovou skladbu. Na závěr dodává Ondřej Špulák, jeden z autorů: „Publikovaný soubor map pomůže uživatelům, Lesům České republiky, orgánům státní správy a ochrany přírody, při predikci vlivu lesnického hospodaření na odtoky vody z povodí. Získané poznatky a metody mohou být zároveň využívány při výuce na středních i vysokých školách lesnického, environmentálního a přírodovědného zaměření, včetně využití studenty při vypracovávání kvalifikačních prací a projektů.

Žáci samostatně přemýšlí, jaký vliv mohou mít lidé na plynulé putování kapiček mezi jednotlivými stanovišti, své dedukce sdílí a na závěr svá pozorování v kroužku diskutují. Žáci mají za úkol vrátit ke stanovištím koloběhové hry a představit si, jak tam kapičky putují. Mají lidé moc/možnost nějak změnit cestu některé kapičky? (Mladším žákům je lepší napomoci jednoduchým příkladem.) Žáci mohou ve skupinkách chvíli diskutovat a pak pojmenovat stanoviště, kde si myslí, že lze změnu udělat. Žáci popsali, jakým způsobem putuje voda v přírodě a kde ji může ovlivnit člověk.

tags: #koloběh #vody #v #přírodě #schema

Oblíbené příspěvky:

• Studium klimatu s Lucií Pokornou
• Zdroje znečištění ovzduší
• Zvuky přírody pro relaxaci a meditaci
• Ochrana přírody s NET4GAS
• Jarní příroda: zajímavosti