Siklus hidrologi atau siklus air adalah proses sirkulasi air antara komponen berbeda yang membentuk hidrosfer. Ini adalah siklus biogeokimia di mana ada intervensi minimal dari reaksi kimia, karena air hanya bergerak dari satu tempat ke tempat lain, atau mengubah keadaan fisiknya.

Air bumi sebagian besar ditemukan dalam bentuk cair, di lautan dan samudra, sebagai air tanah, atau di danau, sungai, dan sungai di permukaan benua. Fraksi kedua, karena kepentingannya, adalah air yang terakumulasi sebagai es di lapisan es Antartika dan Greenland, dengan sedikit partisipasi gletser gunung dengan garis lintang tinggi dan sedang, dan bongkahan es. Akhirnya, sebagian kecil air adalah Hadir di atmosfer dalam kondisi gas (seperti uap) atau dalam kondisi cair, membentuk awan. Fraksi atmosfer ini sangat penting untuk pertukaran antar kompartemen untuk sirkulasi horizontal air, sehingga pasokan air permanen dijamin ke daerah permukaan benua yang jauh dari endapan utama.

Air di hddrosfer berasal dari degasifikasi mantel, di mana ia memiliki keberadaan yang signifikan, oleh proses vulkanisme. Sebagian dari air dapat disatukan kembali ke dalam mantel dengan sedimen samudera, yang merupakan bagiannya, ketika ini menyertai litosfer di subduksi.

Pengertian

Siklus hidrologi adalah sistem kontinyu di mana air bersirkulasi melalui vegetasi, di atmosfer, di dalam tanah, di darat, dan di air permukaan seperti sungai dan lautan. Matahari dan gaya gravitasi memberikan energi untuk mendorong siklus yang menyediakan air murni bersih, di permukaan bumi. Jumlah total air di bumi adalah diperkirakan 1,36 miliar kilometer kubik. Air ini, 97,2 persen ditemukan di lautan bumi. Topi es dan gletser mengandung 2,15 persen air bumi.

Sisanya, 0,65 persen, dibagi di antara sungai-sungai (0,0001 persen), air tawar dan danau garam (0.017 persen), air tanah (0,61 persen), kelembaban tanah (0,005 persen), atmosfer (0,001 persen), dan biosfer dan air tanah di bawah 4.000 meter (0,0169 persen). Sedangkan persentase air tampaknya kecil untuk penampungan air tersebut, total volume air yang terkandung dalam masing-masing sangat besar.

Air ada di Bumi dalam tiga keadaan: padat (es atau salju), cair, dan gas (uap air). Lautan, sungai, awan dan hujan terus berubah: air permukaan menguap, endapan air awan, hujan merembes ke tanah, dll. Namun, jumlah total air di planet ini tidak berubah. Sirkulasi dan konservasi air di Bumi disebut siklus hidrologi, atau siklus air.

Siklus hidrologi dibagi menjadi dua siklus: siklus internal dan siklus eksternal. Siklus internal terdiri dari yang berikut: air yang berasal dari magmatik, terbentuk oleh reaksi kimia di dalam bumi, keluar melalui gunung berapi dan mata air hidrotermal dan bercampur dengan air eksternal. Itu berakhir ketika air laut memasuki zona subduksi ke mantel.

Ketika terbentuk, sekitar empat ribu lima ratus juta tahun yang lalu, Bumi sudah memiliki uap air di dalamnya. Awalnya, itu adalah bola besar dalam fusi konstan dengan ratusan gunung berapi aktif di permukaannya. Magma, diisi dengan gas dengan uap air, muncul ke permukaan berkat letusan konstan. Kemudian Bumi mendingin, uap air mengembun dan jatuh kembali ke tanah dalam bentuk hujan.

Siklus hidrologi dimulai dengan penguapan air dari permukaan. Saat naik, udara yang dilembabkan mendingin dan uap berubah menjadi air: itu adalah kondensasi. Tetes bergabung dan membentuk awan. Kemudian mereka jatuh di bawah beratnya sendiri: itu adalah presipitasi. Jika sangat dingin di atmosfer, air akan jatuh seperti salju atau hujan es. Jika lebih hangat, hujan akan turun.

Bagian dari air yang mencapai permukaan bumi akan digunakan oleh makhluk hidup; Lainnya akan berjalan melalui medan sampai mencapai sungai, danau, atau laut. Fenomena ini dikenal sebagai limpasan. Persentase lain dari air akan meresap melalui tanah membentuk akuifer atau lapisan air tanah, yang dikenal sebagai tabel air. Proses ini adalah infiltrasi. Dari kolom air, kadang-kadang, air tumbuh di permukaan dalam bentuk sumber, membentuk aliran atau sungai. Cepat atau lambat, semua air ini akan kembali ke atmosfer lagi, terutama karena penguapan.

Aspek yang perlu diperhatikan dalam siklus hidrologi adalah perannya dalam pengangkutan zat: Hujan yang turun melarutkan dan menarik garam ke laut, di mana mereka terkonsentrasi dan mengendap. Sedimen yang terbentuk memasuki siklus geologi diagenetik. Secara keseluruhan siklus hidrologi dapat dianggap sebagai operasi pencucian pada skala planet.

Tahapan

Siklus air memiliki interaksi konstan dengan ekosistem karena makhluk hidup bergantung padanya untuk bertahan hidup, dan pada gilirannya membantunya berfungsi. Untuk bagiannya, siklus hidrologi menghadirkan ketergantungan tertentu pada atmosfer yang sedikit tercemar dan pada tingkat kemurnian air untuk pengembangan konvensionalnya, dan jika tidak, siklus tersebut akan terhambat oleh perubahan waktu penguapan dan kondensasi.

1. Evaporasi

Siklus hidrologi dimulai dengan penguapan. Evaporasi terjadi ketika matahari memanaskan permukaan perairan sungai, danau, kolam, laut dan samudera. Air kemudian berubah menjadi uap dan naik ke atmosfer, di mana fase selanjutnya akan terjadi: kondensasi.

Penguapan atau evaporasi adalah proses dimana cairan atau padat berubah menjadi gas. Panas menyebabkan molekul air menjadi semakin bersemangat dan bergerak lebih cepat, yang akan melemahkan kekuatan kimia yang mengikat mereka bersama-sama. Akhirnya, dengan naiknya suhu, molekul air bergerak dari permukaan laut ke udara di atasnya. Tingkat penguapan dipengaruhi oleh radiasi, temperatur, kelembaban, dan kecepatan angin.

Setiap tahun sekitar 320.000 kilometer kubik air menguap dari lautan ini. Diperkirakan bahwa tambahan 60.000 kilometer kubik air menguap dari sungai, dan danau atau terjadi oleh tanaman setiap tahun. Sebanyak sekitar 380.000 kilometer kubik air evapotranspirasi dari permukaan bumi setiap tahun.

2. Kondensasi

Tahap selanjutnya dari siklus hidrologi adalah kondensasi. Selama fase ini, uap air yang telah naik ke atmosfer berkat penguapan, berkonsentrasi dalam tetes yang akan membentuk awan dan kabut. Sesampai di sana, air akan kembali ke keadaan cairnya, yang membawa kita ke langkah berikutnya: presipitasi.

Angin dapat mengangkut udara sarat kelembaban dalam jarak yang cukup jauh. Jumlah udara yang mengandung uap air dapat terus tergantung pada suhu: Semakin tinggi suhu, semakin banyak uap air dapat teruskan. Saat udara naik dan mengalami pendinginan pada ketinggian yang lebih tinggi, uap di dalamnya mengembun membentuk tetesan air. Kondensasi dibantu oleh debu kecil dan partikel lain di atmosfer. Saat tetesan bertabrakan dan menyatu, hujan mulai terbentuk, dan curah hujan dimulai.

Kebanyakan curah hujan adalah hasil dari tiga faktor penyebab: curah hujan frontal, atau pencabutan massa udara di atas cuaca bergerak; curah hujan konveksional terkait dengan pemanasan yang tidak merata permukaan bumi, menyebabkan massa udara hangat akan naik; dan curah hujan orografis, yang dihasilkan dari massa udara yang bergerak dipaksa untuk bergerak ke atas melalui pegunungan, dan mengalami pendinginan udara saat naik.

Setiap tahun, sekitar 284.000 kilometer kubik curah hujan jatuh pada lautan di dunia. Air ini telah menyelesaikan siklus dan siap untuk memulai siklus baru. Sekitar 96.000 kilometer kubik curah hujan jatuh pada permukaan tanah setiap tahun. Curah hujan ini mengikuti sejumlah jalur yang berbeda dalam siklus hidrologi. Diperkirakan 60.000 kilometer kubik menguap dari permukaan danau atau sungai atau terjadi langsung kembali ke atmosfer. Sisanya, sekitar 36.000 kilometer kubik, dicegat oleh struktur manusia atau vegetasi, infiltrat tanah atau batuan dasar, atau menjadi limpasan permukaan.

3. Presipitasi

Presipitasi adalah langkah ketiga dalam siklus hidrologi. Ini terjadi ketika air yang terkondensasi dari atmosfer turun ke permukaan dalam bentuk tetes-tetes kecil.

Namun, di wilayah terdingin di planet ini, air berubah dari cairan menjadi padat (solidifikasi) dan mengendap seperti salju atau hujan es. Selanjutnya, ketika pencairan terjadi, air akan kembali ke keadaan cair dalam proses yang dikenal sebagai peleburan.

4. Infiltrasi

Tahap keempat dari siklus hidrologi adalah infiltrasi. Infiltrasi adalah proses di mana air yang telah jatuh di permukaan bumi sebagai akibat dari curah hujan menembus tanah. Satu bagian dieksploitasi oleh alam dan makhluk hidup, sementara yang lain dimasukkan ke dalam air tanah.

Di kota-kota, jumlah air yang tertahan oleh struktur manusia mungkin mendekati 100 persen. Namun, banyak air perkotaan dikumpulkan dalam saluran air kotor atau saluran air yang mengarah ke sistem drainase permukaan atau tersebar di permukaan tanah untuk menyusup lapisan tanah.

Kehilangan intersepsi dari vegetasi tergantung pada kapasitas intersepsi (kemampuan vegetasi untuk mengumpulkan dan mempertahankan curah hujan yang jatuh), kecepatan angin (semakin tinggi kecepatan angin, semakin besar tingkat penguapan), dan durasi hujan (kehilangan intersepsi akan berkurang dengan durasi hujan, kanopi vegetatif akan menjadi jenuh dengan air setelah jangka waktu tertentu). Hutan berdaun lebar mungkin menahan 15 sampai 25 persen dari curah hujan tahunan, dan rumput dapat menahan 15 sampai 20 persen dari curah hujan selama musim tanam.

5. Limpasan

Limpasan adalah tahap akhir dari siklus hidrologi. Fase ini mencakup pergerakan air melalui permukaan, berkat lereng dan kecelakaan medan, untuk memasuki kembali sungai, danau, laguna, laut, dan lautan, yang merupakan kembalinya ke awal siklus.

Transpirasi

Tanaman terus mengeluarkan kelembaban tanah dan menyerahkannya ke atmosfer melalui proses yang disebut transpirasi. Embun ditarik ke dalam akar kecil tanaman melalui tekanan osmotik. Air bergerak melalui tanaman pada daun, di mana ini dilewatkan ke atmosfer melalui bukaan daun, atau stomata.

Tumbuhan ini menggunakan kurang dari 1 persen dari kelembaban tanah pada metabolisme; dengan demikian, transpirasi bertanggung jawab untuk sebagian besar kehilangan uap air dari tanah dalam siklus hidrologi. Sebagai contoh, sebuah pohon oak dapat terjadi 151.200 liter per tahun.

Arus darat dan Infiltrasi

Ketika jumlah curah hujan lebih besar dari kemampuan bumi untuk menyerapnya, kelebihan air mulai berjalan, sebuah proses yang disebut aliran darat. Aliran darat dimulai hanya jika tingkat curah hujan melebihi kapasitas infiltrasi tanah. Infiltrasi terjadi ketika air tenggelam ke permukaan tanah atau ke fraktur batuan; jumlahnya bervariasi sesuai dengan karakteristik tanah atau batuan dan sifat penutup vegetatif.
Tanah berpasir memiliki tungkat infiltrasi lebih tinggi dari tanah liat atau batu. Batuan berpori memiliki tingkat infiltrasi nol, dan semua curah hujan yang mencapai menjadi limpasan. Kehadiran vegetasi menghambat aliran permukaan dan meningkatkan potensi infiltrasi terjadi.

Infiltrasi air pada tanah atau batuan dengan dua gaya: gaya kapiler dan gaya gravitasi. Gaya kapiler adalah kecenderungan air di bawah permukaan untuk menuruni permukaan partikel tanah atau sedimen. Gaya kapiler bertanggung jawab atas kelembaban tanah beberapa inci di bawah permukaan tanah.

Air yang terus bergerak ke bawah di bawah gaya gravitasi melalui pori-pori, retakan, dan celah batuan sedimen atau akhirnya akan memasuki zona kejenuhan air. Ini sumber air bawah tanah yang disebut akuifer-batu atau lapisan tanah yang berpori dan permeabel cukup untuk menampung dan transportasi air. Bagian atas akuifer ini, atau zona jenuh, adalah muka air.

Air ini bergerak perlahan menuju titik di mana ia dibuang ke danau, mata air, atau sungai. Tanah yang menambah aliran sungai disebut aliran dasar. Aliran dasar sungai memungkinkan akan terus mengalir selama kekeringan dan musim dingin. Tanah dapat mengalir langsung ke lautan di sepanjang garis pantai.

Ketika kapasitas infiltrasi permukaan bumi terlampaui, aliran darat dimulai. Luas, lembaran tipis air beberapa tebal milimeter disebut sheet flow.

Setelah mengalir beberapa meter, sheet flow memecah menjadi benang arus yang mengalir dalam saluran kecil yang disebut parit. Beberapa parit yang menyatu menjadi selokan dan, akhirnya, ke sungai. Beberapa kehilangan penguapan terjadi dari permukaan sungai, tapi banyak air dikembalikan ke lautan, sehingga menyelesaikan siklus hidrologi.

Waktu Tinggal

Waktu tinggal mengacu pada berapa lama sebuah molekul air akan tetap berada di berbagai komponen siklus hidrologi. Rata-rata lama waktu yang molekul air tetap di atmosfer sekitar satu minggu. Dua minggu adalah waktu tinggal rata-rata untuk sebuah molekul air di sungai, dan sepuluh tahun di sebuah danau.

Ini akan mengambil empat ribu tahun untuk semua molekul air di lautan untuk didaur ulang. Tanah mungkin memerlukan beberapa minggu sampai ribuan tahun untuk bergerak melalui siklus. Periode waktu ini menunjukkan bahwa setiap molekul air telah didaur ulang jutaan kali.

Peranan siklus hidrologi

Siklus hidrologi sangat penting untuk pemeliharaan kehidupan di Bumi dan untuk keberlanjutan semua ekosistem darat. Ini juga menentukan variasi iklim dan mengganggu di tingkat sungai, danau, laut dan samudera.

Manusia memiliki tanggung jawab untuk melestarikan berfungsinya siklus air, karena tindakan manusia telah menyebabkan perubahan iklim dan kontaminasi di biosfer, menempatkan distribusi air dan kehidupan di Bumi dalam bahaya.

Dampak

Air, ketika melalui siklus hidrologi, mengangkut padatan dan gas dalam larutan. Karbon, nitrogen, dan belerang, semua elemen penting bagi organisme hidup, ada yang mudah menguap (beberapa sebagai senyawa) dan larut, dan karenanya, dapat bergerak melalui atmosfer dan menyelesaikan siklus lengkap, mirip dengan siklus air dan yang lain hanya larut sehingga mereka hanya melalui bagian siklus di mana air tetap cair.

Hujan yang jatuh di permukaan tanah mengandung gas dan padatan tertentu dalam larutan. Air yang melewati zona kelembaban tak jenuh dari tanah mengumpulkan karbon dioksida dari udara dan tanah, sehingga meningkatkan keasaman. Air asam ini, ketika bersentuhan dengan partikel tanah atau batuan dasar, melarutkan beberapa garam mineral. Jika tanah dikeringkan dengan baik, aliran keluar air tanah akhir mungkin mengandung sejumlah besar padatan terlarut, yang pada akhirnya akan melaut.

Di beberapa daerah, sistem drainase memiliki jalan keluar terakhir di laut pedalaman, dan bukan di lautan, mereka adalah apa yang disebut cekungan endorheik. Dalam kasus seperti itu, laut pedalaman ini akan beradaptasi dengan sendirinya untuk menjaga keseimbangan air di daerah drainase dan penyimpanan di dalamnya akan meningkat atau berkurang, tergantung pada apakah limpasan lebih besar atau kurang dari penguapan darinya. Karena air yang diuapkan tidak mengandung padatan terlarut, ia tetap berada di laut pedalaman dan kadar garamnya secara bertahap meningkat.

Salinisasi tanah dengan penguapan

Jika air tanah bergerak ke atas, karena efek kapiler, dan menguap di permukaan, garam terlarut juga dapat naik di tanah dan berkonsentrasi di permukaan, di mana biasanya terlihat dalam kasus ini lapisan keputihan. diproduksi oleh akumulasi garam.

Ketika air irigasi ditambahkan, air dipindahkan, tetapi garam yang ada di dalamnya tetap berada di tanah. Jika sistem drainase memadai, dan jumlah air berlebih yang disediakan, seperti yang sering terjadi dalam praktik irigasi permukaan, dan kadang-kadang dengan irigasi sprinkler, garam-garam ini akan larut dan dibawa ke dalam sistem drainase. Jika sistem drainase gagal, atau jumlah air yang disuplai tidak mencukupi untuk mencuci garam, mereka akan menumpuk di tanah sedemikian rupa sehingga tanah dapat kehilangan produktivitasnya. Ini akan menjadi, menurut beberapa ahli, alasan untuk penurunan peradaban Mesopotamia, diirigasi oleh sungai Tigris dan Efrat dengan sistem irigasi yang sangat baik, tetapi dengan kekurangan dalam drainase.