THUỶ QUYỂN
1. Khái niệm
Thuỷ quyển là lớp nước trên Trái đất, bao gồm nước trong các biển, các đại dương, nước ở lục địa (nước trên mặt, nước dưới đất) và hơi nước trong khí quyển.
2. Tuần hoàn của nước trên Trái đất
Nước có mối quan hệ chặt chẽ về mặt động lực với các quyển khác trong lớp vỏ địa lí. Mối liên hệ này được thực hiện nhờ các quá trình tuần hoàn của nước dưới dạng tác động trực tiếp của bức xạ Mặt trời, nước sẽ bốc hơi từ các bề mặt nước (biển, đại dương, sông hồ) các sinh vật cũng thoát hơi, lượng hơi nước này đi vào khí quyển, khi gặp điều kiện thuận lợi về nhiệt độ và các yếu tố khác, hơi nước sẽ ngưng tụ thành mây hoặc các giọt nước và dưới tác động trọng lực nó lại rơi xuống bề mặt Trái đất. Khi nước rơi xuống đất, một phần sẽ bốc hơi trở lại không khí, một phần tạo thành dòng chảy và một phần ngấm xuống đất thành nước ngầm. Dòng nước ngầm này lại cung cấp nước cho sông, suối và chảy ra biển, đại dương. Từ bề mặt Trái đất (biển, đại dương, sông, hồ, cây cối) nước lại bốc hơi và hình thành một vòng tuần hoàn mới.
Có thể chia vòng tuần hoàn nước thành 2 loại:
Tuần hoàn nhỏ: chu trình vận chuyển của nước chỉ có 2 giai đoạn là bốc hơi và rơi tại chỗ.
Tuần hoàn lớn: chu trình vận chuyển của nước có 3 giai đoạn: bốc hơi, nước rơi, dòng chảy hoặc có 4 giai đoạn bốc hơi, nước rơi, ngầm và dòng chảy. Đặc trưng nhất của vòng tuần hoàn này là bốc hơi ở một chỗ nhưng lại rơi ở chỗ khác, hơi nước di chuyển theo gió dưới dạng mây.
Tuần hoàn của nước có ý nghĩa rất lớn đối với thiên nhiên cũng như đối với đời sống con người. Quá trình tuần hoàn của nước có thể làm thay đổi đời sống con người và nhiều thành phần khác trong lớp vỏ địa lí, trong cơ thể con người.
3. Thành phần và sự phân bố của thuỷ quyển
3.1. Thành phần của thuỷ quyển
Thuỷ quyển có thành phần tương đối phức tạp. Chiếm 96% trọng lượng của thuỷ quyển là nước (trong đó nước mặn chiếm 97%, còn nước ngọt 3%), đồng thời đó cũng là thành phần quan trọng nhất của thuỷ quyển, 4% còn lại là các chất hoà tan, trong đó chủ yếu là các ion. Ngoài ra, trong nước còn có rất nhiều chất rắn như: bùn, cát, các chất hữu cơ, tỷ lệ của các chất này rất nhỏ.
Thành phần của nước sông và nước biển rất khác nhau. Độ mặn trung bình của nước biển là 35 các hợp chất của Clo và Nat-tri chiếm ưu thế (88%) trong khi đó độ mặn trung bình của nước sông là 0,15 chủ yếu là các loại muối Cac-bo-nat. Hàng năm các con sông đem ra biển 4,5 tỷ tấn vật liệu hoà tan và 32,5 tỷ tấn vật liệu lơ lửng.
Về thành phần hoá học nước, phần quan trọng nhất của thuỷ quyển là hợp chất của hi-đrô (chiếm 11,11%) và o-xy (88,89%). Nước là vật chất duy nhất của Trái đất có thể thấy ở 3 trạng thái: lỏng, rắn và hơi tuỳ theo điều kiện nhiệt độ và có thể dễ dàng chuyển hoá từ trạng thái này sang trạng thái khác nhưng nước ở thể lỏng là chủ yếu.
3.2. Sự phân bố của nước trên Trái đất
Nước có ở khắp mọi nơi trên Trái đất, trong tất cả các hợp phần của lớp vỏ địa lí. Tuyệt đại bộ phận nước trên Trái đất nằm trong thuỷ quyển, chiếm tỷ lệ 98,28% trọng lượng nước. Ngoài ra trong các lớp đất đá, nước cũng có một khối lượng khá lớn gọi là nước ngầm. Trong khí quyển nước tồn tại dưới dạng hơi nước có ý nghĩa rất quan trọng trong hệ tuần hoàn nước.
3.2.1. Nước trên bề mặt lục địa
Nước trên bề mặt lục địa chiếm gần 1,75% tổng lượng nước chung, bao gồm ở các sông ngòi, ao hồ, đầm lầy và băng hà. Trong đó, nước sông ngòi đóng vai trò quan trọng.
3.2.1.1. Sông ngòi
Sông là dòng nước thường xuyên có kích thước tương đối lớn chảy trong dòng sông do chính nó tạo nên.
- Nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy của sông:
Độ dốc lòng sông: nước sông chảy nhanh hay chậm, là tuỳ thuộc vào độ dốc của lòng sông, nghĩa là tuỳ độ chênh của mặt nước. Độ chênh của mặt nước càng lớn thì tốc độ dòng chảy càng cao.
Chiều rộng lòng sông: nước sông chảy nhanh hay chậm còn tuỳ thuộc vào bề ngang của lòng sông rộng hay hẹp. Ở khúc sông rộng nước chảy chậm, đến khúc hẹp nước chảy nhanh hơn.
- Một số nhân tố ảnh hưởng tới chế độ chảy của nước sông
Trong một năm, lưu lượng của sông có thể thay đổi tuỳ theo tháng, mùa mưa mực nước dâng cao thì lưu lượng lớn, mùa khô mực nước hạ thấp lưu lượng nhỏ. Lưu lượng của dòng sông thay đổi trong năm làm thành chế độ chảy của sông, chế độ chảy của sông phụ thuộc vào các nhân tố.
+ Chế độ mưa, băng tuyết và nước ngầm.
Ở vùng khí hậu nóng hoặc những nơi có địa hình thấp của khí hậu ôn đới, nguồn tiếp nước chủ yếu là nước mưa nên chế độ nước sông của từng nơi phụ thuộc vào chế độ mưa của nơi đó. Ở những nơi đất đá thấm nước nhiều, nước ngầm có vai trò đáng kể trong việc điều hoà chế độ nước của sông.
Ở miền ôn đới lạnh và miền núi cao, nước sông chủ yếu do băng tuyết tan cung cấp. Mùa xuân đến, khi nhiệt độ lên cao, băng tuyết tan, sông được cung cấp nước nên mùa xuân là mùa lũ.
+ Địa thế, thực vật và hồ đầm.
Địa thế: ở miền núi nước sông chảy nhanh hơn ở đồng bằng.
Thực vật: khi nước mưa rơi xuống, một lượng nước khá lớn được giữ lại ở tán cây, phần còn lại khi rơi xuống mặt đất, một phần bị lớp thảm mùn giữ lại, một phần len lỏi qua các rễ cây thấm xuống đất tạo nên những mạch ngầm, điều hoà dòng chảy cho sông ngòi, giảm lũ lụt.
Hồ, đầm: cũng có tác dụng điều hoà chế độ nước sông. Khi nước sông lên, một phần chảy vào hồ đầm; khi nước xuống thì nước ở hồ đầm lại chảy ra làm cho nước sông đỡ cạn.
- Các đại lượng đo dòng chảy sông ngòi
Vận tốc trung bình: để tính vận tốc trung bình, người ta đo tốc độ nước chảy ở giữa sông, ở hai bên bờ và ở đáy. Tốc độ nước chảy ở hai bên bờ và ở đáy sông bao giờ cũng nhỏ hơn tốc độ nước chảy ở giữa sông. Để có tốc độ nước chảy trung bình người ta cộng tốc độ của cả ba lần đo rồi chia cho ba.
Lưu lượng nước chảy của một con sông là lượng nước chảy qua mặt cắt ngang (trạm đo) của dòng sông ở một nơi nào đó trong một đơn vị thời gian.
Công thức chung để tính lưu lượng là: Q=S*V (m3/s)
Trong đó: Q là lượng chảy
S là diện tích mặt cắt lòng sông có nước tính bằng m2
V là vận tốc trung bình của nước chảy trong lòng sông (m/s)
Để tính được S, người ta đo chiều ngang của lòng sông có nước rồi chia ra một số đoạn bằng nhau.
Ở các điểm A B, C, D... người ta đo độ sâu của lòng sông. Như vậy, mặt cắt của lòng sông có nước đã được chia thành một số hình thang và hai hình tam giác. Tổng diện tích của các hình này là diện tích của mặt cắt lòng sông có nước.
Để có được lượng chảy trung bình của sông trong một ngày người ta đo lượng chảy của sông bốn lần trong một ngày (cách nhau 6h) cộng lại rồi lấy trung bình.
3.2.1.2. Hồ, đầm
- Hồ là vùng đất kín có diện tích to nhỏ khác nhau. Hồ được hình thành từ nhiều nguồn gốc khác nhau.
Hồ được hình thành từ một khúc uốn của sông gọi là hồ móng ngựa như hồ Tây ở Hà Nội.
Hồ được hình thành do băng hà di chuyển qua bào mòn mặt đất, đào sâu những chỗ đất, đá mềm để lại những hồ nước lớn gọi là hồ băng hà như các hồ ở Phần Lan, Ca-na-đa.
Ở những nơi trũng của miền núi, nước tụ lại trước khi chảy ra sông cũng thành hồ. Có khi hồ được hình thành ở miệng núi lửa gọi là hồ miệng núi lửa.
Hồ được hình thành do những vụ sụt đất như các hồ ở đông châu Phi gọi là hồ kiến tạo.
Ở các hoang mạc, gió tạo thành các cồn cát cao, chân cồn cát một số nơi trũng, nước tụ lại thành hồ, các dạng hồ này thường nông.
Hồ được hình thành do quá trình cải tạo các sông hoặc xây dựng các công trình thuỷ điện của con người như: hồ Hoà Bình, hồ Trị An được gọi là hồ nhân tạo.
Dựa vào tính chất của nước người ta chia ra hồ nước ngọt và hồ nước mặn. Hồ nước ngọt là loại hồ thường gặp, hồ nước mặn thường ít gặp hơn. Có thể là di tích của biển, đại dương bị cô lập giữa lục địa, cũng có thể trước đây là hồ nước ngọt nhưng vì khí hậu khô hạn nên nước hồ cạn dần và tỷ lệ muối khoáng trong nước tăng lên.
- Trong quá trình phát triển, hồ sẽ cạn dần, thực vật phát triển, hồ trở thành đầm lầy.
3.2.1.3. Băng tuyết
Băng tuyết được hình thành trong quá trình tích tụ nước do nhiệt độ thấp và bị nén chặt của một khối lượng lớn tuyết trên núi cao. Các khối băng này di chuyển từ cao xuống thấp dọc theo sườn núi hoặc thung lũng ở các miền núi cao có băng tuyết. Băng hà có ở hầu khắp các châu lục (trừ Ôtx-trây-lia).
3.2.2. Nước dưới đất (nước ngầm)
Trên lục địa, lượng nước ngầm nhiều hơn tất cả nước sông, hồ, đầm, băng tuyết cộng lại (chiếm 30% lượng nước ngọt dự trữ của toàn bộ Trái đất). Nước ngầm luôn luôn di chuyển theo trọng lượng từ nơi cao xuống nơi thấp, tạo thành các mạch nước ngầm có chứa một lượng khoáng chất hoà tan (các chất muối, chất hữu cơ, và khí) có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ, làm cho nó có tính chất, màu sắc và mùi vị khác nhau.
Đại bộ phận nước ngầm là do nước trên bề mặt đất thấm xuống, nước ngầm phụ thuộc vào:
Nguồn cung cấp nước (nước mưa, nước băng, tuyết tan) và lượng bốc hơi nhiều hay ít.
Địa hình: mặt đất dốc, nước mưa chảy đi nhanh nên thấm ít, mặt đất bằng phẳng nước thấm nhiều.
Cấu tạo của đất đá: nếu kích thước các hạt đá đất lớn sẽ tạo thành khe hở rộng, nước thấm nhiều, ngược lại hạt nhỏ tạo khe nhỏ thấm ít.
Lớp phủ thực vật: ở nơi có nhiều cây, nước theo thân cây và rễ cây thấm xuống nhiều hơn ở vùng ít cây cối.
3.2.3. Nước trong các biển và đại dương
3.2.3.1. Một số đặc điểm của nước biển và đại dương
- Thành phần và tỷ trọng của nước biển:
Nước biển có chứa các chất muối, khí (ôxi, ni-tơ, cac-bô-nic) và chất hữu cơ có nguồn gốc động, thực vật.
Trong nước biển, nhiều nhất là các muối khoáng, trung bình mỗi kg nước biển có 35g muối khoáng. Trong đó 77,8 % là muối Nat-tri-clo-rua (tức muối ăn).
Tỷ lệ muối hay độ muối trung bình của nước biển là 35 nhưng độ muối cũng luôn thay đổi tuỳ thuộc vào tương quan giữa độ bốc hơi của lượng mưa và lượng nước sông từ các lục địa đổ ra. Biển Đỏ có độ muối lên đến 43% trong khi biển Ban Tích có độ muối thấp nhất có nơi chỉ có 3,5%0.
Độ muối của đại dương thay đổi theo vĩ độ.
- Dọc theo xích đạo, độ muối là 34,5%0
- Vùng chí tuyến, độ muối lên tới 36,8%0
- Gần 2 cực, độ muối chỉ có 34%0
Nước biển có tỷ trọng lớn hơn nước ngọt, độ muối càng cao thì tỷ trọng của nước biển càng lớn. Tuy nhiên, xuống tới một độ sâu nhất định thì độ muối ở mọi nơi đều đồng nhất, nên tỷ trọng cũng dần dần đồng nhất.
- Nhiệt độ nước biển:
Nhiệt độ nước biển giảm dần theo độ sâu từ độ sâu hơn 3000m (ở bất kỳ vĩ độ nào) nhiệt độ nước biển cũng gần như không thay đổi (từ 0o đến + 4o C). Sở dĩ như vậy là vì ở độ sâu này, nước biển ở mọi nơi đều là nước từ các địa cực lắng xuống và trôi đến.
Nhiệt độ nước biển thay đổi tuỳ theo mùa trong năm. Do ảnh hưởng của nhiệt độ không khí nên nhiệt độ nước biển cũng thay đổi theo các mùa trong năm, mùa hạ nước biển cao hơn mùa đông.
Nhiệt độ nước biển giảm dần từ vĩ độ thấp lên vĩ độ cao. Ngoài ra nhiệt độ nước biển còn thay đổi do ảnh hưởng của các dòng biển.
3.2.1.2. Sự chuyển động của nước biển
- Sóng biển:
Sóng biển là một hình thức dao động của nước biển theo chiều thẳng đứng, quanh vị trí cân bằng nhưng lại cho người ta cảm giác là nước luôn chuyển động theo chiều ngang từ ngoài khơi xô vào bờ.
Nguyên nhân chủ yếu tạo nên sóng là gió. Gió càng mạnh thì sóng càng to, mặt biển càng nhấp nhô, những giọt nước tung tóe ra tạo thành bọt trắng, đó là sóng bạc đầu.
Động đất, núi lửa dưới đáy biển cũng sinh ra sóng, sóng này có chiều cao khoảng 20 - 40m, truyền theo chiều ngang với tốc độ có thể lên tới 400 - 800 km/h gọi là sóng thần.
- Thuỷ triều:
Thuỷ triều là hiện tượng chuyển động lên xuống thường xuyên và có chu kỳ của các khối nước trong các biển và đại dương.
Nguyên nhân chủ yếu hình thành thuỷ triều là do lực hấp dẫn giữa Trái đất và Mặt trăng.
Khi Mặt trời, Mặt trăng và Trái đất cùng nằm trên một đường thẳng thì dao động thuỷ triều lớn nhất. Còn khi Mặt trăng, Mặt trời và Trái đất nằm vuông góc với nhau thì dao động thuỷ triều nhỏ nhất.
Có các loại triều : bán nhật triều, nhật triều và tạp triều.
- Dòng biển:
Trong các biển và đại duơng có những dòng nước chảy giống như dòng sông mà hai bên bờ là nước biển gọi là dòng biển.
Nguyên nhân chủ yếu sinh ra dòng biển là sức gió, đặc biệt là các loại gió thổi thường xuyên và lâu dài theo một hướng nhất định (như Tín phong và Tây ôn đới) có thể đẩy nước biển thành dòng.
Có 2 loại dòng biển đó là dòng biển nóng và dòng biển lạnh:
+ Dòng biển nóng thường phát sinh ở hai bên bờ xích đạo rồi chảy về cực.
+ Dòng biển lạnh thường xuất phát ở vùng vĩ độ cao chảy về xích đạo.
Ở vùng khí hậu gió mùa thường xuất hiện các dòng biển đổi chiều theo mùa.
(ST)
