Nước tồn tại và vận động liên tục trên mặt đất, trong lòng đất và trong bầu khí quyển. Nước luôn vận động và chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, từ thể lỏng sang thể hơi rồi thể rắn và ngược lại. Vòng tuần hoàn nước đã và đang diễn ra từ hàng tỉ năm và tất cả cuộc sống trên Trái Đất đều phụ thuộc vào nó, Trái Đất chắc hẳn sẽ là một nơi không có sự sống được nếu không có nước.

Sơ lược

Nước tuần hoàn theo một vòng khép kín, không có điểm bắt đầu và kết thúc. Hãy thử bắt đầu từ các đại dương.

Dưới sức nóng của Mật trời, nước bốc hơi vào trong không khí. Những dòng khí bốc lên đem theo hơi nước, gặp nơi có nhiệt độ thấp hơn, hơi nước bị ngưng tụ thành những đám mây và di chuyển khắp toàn cầu.

Những đám mây va chạm vào nhau, kết hợp với nhau, gia tăng kích cỡ và rơi xuống (giáng thủy) dưới dạng mưa, tuyết. Tuyết được tích lại thành những núi tuyết và băng hà, có thể giữ nước đóng băng hàng nghìn năm. Khi mùa xuân đến, tuyết tan và chảy thành dòng trên mặt đất, đôi khi tạo thành lũ.

Phần lớn lượng mưa rơi trên các đại dương và trên mặt đất. Một phần chảy trên mặt đất thành suối, thành sông và đổ về đại dương. Một phần được tích tụ thành những hồ nước ngọt. Một lượng lớn nước thấm xuống dưới đất tạo thành dòng chảy ngầm. Một phần nước ngầm chảy ra thành các dòng suối nước ngọt. Nước ngầm tầng nông được rễ cây hấp thụ rồi thoát hơi qua lá cây.

Nước tiếp tục thấm vào tầng đất sâu hơn bổ sung và tái tạo kho dự trữ nước ngọt khổng lồ. Tuy nhiên, lượng nước này vẫn luân chuyển theo thời gian, có thể quay trở lại đại dương, nơi bắt đầu một vòng tuần hoàn mới.

Các phần của vòng tuần hoàn

Cục Địa chất Hoa Kỳ đã định nghĩa 15 thành phần của vòng tuần hoàn nước như sau:

Nước biển

Ước tính có khoảng 1.338.000.000 km³ nước được trữ trong đại dương, chiếm khoảng 96,5%, và đại dương cũng cung cấp khoảng 90% lượng nước bốc hơi vào trong vòng tuần hoàn nước.

Trong Kỷ băng hà, nhiều đỉnh núi băng và những dòng sông băng được hình thành, bao phủ 1/3 bề mặt trái đất, làm cho mực nước các đại dương thấp hơn ngày nay khoảng 122 m (400 feet). Cách đây khoảng 3 triệu năm, khi trái đất ấm hơn, băng tan làm mực nước của các đại dương có thể đã cao hơn hiện nay khoảng 50 m (165 feet).

Mước trong đại dương cũng không đứng yên. Những dòng chảy trong lòng đại dương di chuyển một khối lượng lớn nước đi khắp thế giới, ảnh hưởng lớn đến vòng tuần hoàn nước và khí hậu. Với vận tốc 97 km một ngày, dòng Gulf (có một lượng nước nhiều gấp 100 lần tất cả các sông trên trái đất) vận chuyển hàng tỷ khối nước ấm từ vịnh Mexico lên đến Bắc Đại Tây Dương,

Bốc hơi

Bốc hơi nước là một quá trình nước chuyển từ thể lỏng sang thể hơi hoặc khí. Bốc hơi nước là đoạn đường đầu tiên trong vòng tuần hoàn mà nước chuyển từ thể lỏng thành hơi nước trong khí quyển. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng các đại dương, biển, hồ và sông cung cấp gần 90% độ ẩm của khí quyển qua bốc hơi, với 10% còn lại do thoát hơi của cây.

Nhiệt lượng là nhân tố cần thiết cho nước bốc hơi. Nhiệt năng bẻ gãy liên kết giữa các phân tử nước, nó là nguyên nhân tại sao nước có thể dễ dàng bốc hơi tại điểm sôi (212°F, 100°C) nhưng bốc hơi rất chậm tại điểm đóng băng. Khi độ ẩm tương đối trong không khí đạt 100%, tức là ở trạng thái bão hoà hơi nước, bốc hơi không thể tiếp tục diễn ra. Quá trình bốc hơi nước tiêu thụ nhiệt năng từ môi trường làm cho khí hậu mát mẻ

Bốc hơi nước từ các đại dương là cách chính để nước được luân chuyển vào trong khí quyển. Diện tích rất lớn của các đại dương (trên 70% diện tích bề mặt của Trái Đất) tạo thuận lợi cho quá trình bốc hơi diễn ra nhanh hơn. Trên phạm vi toàn cầu, lượng nước bốc hơi luôn bằng với lượng mưa/ tuyết nhưng tỉ lệ này biến đổi theo vùng địa lý.

Thông thường trên các đại dương lượng bốc hơi nhiều hơn lượng giáng thủy, trong khi đó trên mặt đất, lượng giáng thủy vượt quá lượng bốc hơi. Phần lớn lượng nước bốc hơi từ các đại dương lại mưa ngay xuống đại dương. Chỉ khoảng 10% của nước bốc hơi từ các đại dương được vận chuyển vào đất liền. Khi bốc hơi, một phân tử nước tồn tại trong khí quyển khoảng 10 ngày.

Nước khí quyển

Mặc dù khí quyển không là kho chứa khổng lồ, nhưng nó là một “siêu xa lộ” để luân chuyển nước khắp toàn cầu. Trong khí quyển luôn luôn có nước: những đám mây là một dạng nhìn thấy được của nước trong khí quyển. Thể tích nước trong khí quyển tại bất kỳ thời điểm nào vào khoảng 12.900 km³. Nếu tất cả lượng nước khí quyển rơi xuống cùng một lúc, nó có thể bao phủ khắp bề mặt trái đất với độ dày 2,5 cm.

Sự ngưng tụ hơi nước

Sự ngưng tụ hơi nước là quá trình hơi nước trong không khí được chuyển sang thể nước lỏng. Ngưng tụ hơi nước rất quan trọng đối với chu trình tuần hoàn nước bởi vì nó hình thành nên các đám mây. Những đám mây này có thể tạo ra mưa, là cách chính để nước quay trở lại trái đất. Ngưng tụ hơi nước là quá trình ngược với bốc hơi nước.

Sự ngưng tụ hơi nước cũng là nguyên nhân của hiện tượng sương, hoặc nước trên mắt kính khi ta đi từ một phòng lạnh đi ra ngoài trong một ngày nóng, ẩm ướt, còn trong một ngày lạnh nước có thể nhỏ giọt bên ngoài cốc uống nước hay có nước ở phía bên trong cửa sổ.

Thậm chí trên những bầu trời trong xanh không một gợn mây, thì nước vẫn tồn tại dưới hình thức hơi nước và những giọt nước li ti không thể nhìn thấy được. Những phân tử nước kết hợp với những phân tử nhỏ bé của bụi, muối, khói trong khí quyển để hình thành nên các hạt nhân mây (giọt mây nhỏ, đám mây nhỏ), nó gia tăng khối lượng và phát triển thành những đám mây. Khi những giọt nước kết hợp với nhau, gia tăng về kích thước, những đám mây nặng dần lên và mưa có thể xãy ra.

Các đám mây hình thành trong khí quyển do không khí chứa hơi nước bốc lên cao và lạnh đi. Nguyên lý của quá trình này là không khí sát mặt đất ấm lên do bức xạ mặt trời trong khi lớp khí quyển phía bên trên mặt đất lạnh đi là do áp suất không khí giảm. (Không khí có trọng lượng và tại mực nước biển trọng lượng của một cột không khí nén xuống trên đầu bạn khoảng 32 kg trên mỗi inch vuông, áp lực này, được gọi là khí áp, nó là kết quả của mật độ không khí trong cột không khí phía trên. Càng lên cao càng ít không khí phía bên trên, và vì thế càng ít áp lực. Khí áp thấp hơn và mật độ không khí giảm theo độ cao. Điều này làm cho không khí trở nên lạnh hơn).