Den hydrologiska cykeln håller jordens färskvattenförsörjning i rörelse. Hur saker fungerar Vatten - vi dricker det, vi badar i den, och vi leker i den. Vatten ger oss liv, men för mycket eller för lite kan också ta bort livet. Det är det vanligaste ämnet på jorden, men alltför ofta är det inte en droppe att dricka. Vattens extraordinära egenskaper ger liv åt denna planet, som annars kan vara karga och livlösa. Till exempel, vatten expanderar faktiskt när det fryser, blir mindre tät. Om isen inte flyter på vatten, vår planet skulle vara en helt annan plats idag. Is skulle sjunka till botten av sjöar och floder, där solen inte skulle kunna smälta den på våren, en nödvändig process för att göra moln och regn, som fortsätter flödet av cykeln. Detta skulle hända varje år tills, så småningom, det fanns inget annat än is och en obebodd ödemark.
Vatten finns i tre tillstånd - fast, vätska och gas - som utgör jordens hydrologisk cykel , mer känd som vattencykeln. I denna cykel, färskt vatten kommer till jorden som regn, snöblandat regn, snö och hagel, ös ner över hav och land dag och natt. Vattnet som träffar land rinner ut i större vattendrag, som sjöar och floder, eller det sipprar under jorden och blir grundvatten, näring våra grödor i processen. När solen kommer ut igen, det värmer upp vattnet och gör ånga, som reser sig och kondenserar till moln, som samlas, bli tung med vatten och faller tillbaka till jorden som regn.
Denna cykel har pågått sedan världen började och har gjort livet på jorden möjligt. Faktiskt, det finns inte mer och inte mindre vatten i världen idag än det var när dinosaurierna fanns. Tänk på jordens vattencykel som den ultimata återvinningsmetoden. Inte konstigt att hydrologer är så fascinerade av det.
Gå till nästa sida för att läsa om de olika vetenskapsgrenarna som hydrologer använder för att studera jordens vattencykel.
Känner du dig lite uttorkad?Medan cirka 70 procent av jordens yta är täckt med vatten, 97 procent av vattnet är salt havsvatten, som är olämplig som livsmedel. Av de 3 procent som är färskvatten, 2 procent är frusna till glaciärer, lämnar bara 1 procent av hela världens vattenförsörjning lämpligt att dricka. Tänk på det nästa gång du tar en riktigt lång dusch.
Innehåll
Leonard Malczynski, en hydrolog, mjukvaruingenjör och ekonom med Sandia National Laboratories, skapar modeller som använder systemdynamik för att hjälpa vattenplanerare att förutsäga hur olika faktorer kan förändra användningen av konsumenter. Andy Nelson/Christian Science Monitor/Getty Images Hydrologi är studiet av vattenflödet genom den hydrologiska cykeln, och Hydrologer är de personer som utför forskningen. Medan de flesta inte tänker så mycket på vatten, hydrologer undersöker varje aspekt av det - varifrån det kommer och i vilka mängder, vart det tar vägen, hur det kommer dit och vad som händer med det i processen.
Att göra detta, de använder mycket matte och några riktigt coola prylar, och de blir till och med lite blöta ibland. Resultaten är häpnadsväckande. Hydrologer hjälper konstruktörer och ingenjörer att bygga dammar och vallar för att skydda städer från översvämningar, spåra föroreningar och hitta nya vattenkällor - de hjälper till och med att spåra vatten
i rymden.
Eftersom vatten finns överallt och är så viktigt för nästan allt vi gör, hydrologer spänner över nästan alla grenar av vetenskapen, från fysik och geologi till astronomi och ekologi. Det finns så många sätt att studera jordens vatten; här är bara några.
Rumslig hydrologi är studien av rörelsen av jordens vatten genom den hydrologiska cykeln med hjälp av en rumslig databas utvecklad i ett geografiskt informationssystem (GIS). Det betyder att de försöker koppla ihop det varierande utrymmet som är landet med den varierande tid och flöde som är vattnet
[källa:Purdue University].
Hydrogeologi , eller grundvattenhydrologi , spårar flödet av vatten genom jorden och in i underjordiska system. Hydrogeologer hjälpa till att hitta underjordiska vattenkällor (akviferer) som vi kan använda för dricksvatten. De övervakar dessa, samt flödet av vatten till underjordiska platser för att avgöra hur mycket som tas ut. De räknar också ut hur vatten rinner genom jorden. Det här kan låta tråkigt, men om du är en bonde som behöver rätt mängd jordfuktighet för att odla dina grödor, det är viktig information. Hydrogeologer hjälper till med bevattningsprocesser och övervakar föroreningar som sipprar ner genom jorden i våra brunnar.
Vadose zon hydrologi är en delmängd av hydrogeologi som fokuserar på jordlagret direkt ovanför en akvifer, kallade vadose -zonen. Denna zon är viktig eftersom den fungerar som ett sista filter och luftningsanordning innan regn blir grundvatten, som ibland tas direkt från marken genom brunnar och används utan reningsmetoder. Om vadosezonen är ohälsosam, så är mycket av vårt dricksvatten.
Hydraulik har inget att göra med att få din bil att göra riktigt coola knep (tja, det gör det, bara inte i detta sammanhang). Detta är studiet av det fysiska flödet av vatten. Hydrauliker använder matematisk modellering för att spåra flödet av vatten från en källa till en annan. Huvudsyftet med detta är att inte spåra vattnet utan föroreningar i det. Till exempel, om en fabrik dumpar industriavfall i en flod, det kommer att flöda nedströms och så småningom spridas i havet. Vem vet var det kommer att hamna? De som studerar hydraulik gör det.
Hydrometeorologi , också känd som hydroklimatologi , använder meteorologiska instrument för att räkna ut hur mycket regn som kommer och i vilka specifika områden. Detta är användbart av många skäl - inte bara så att du vet när du ska ta ditt paraply när du lämnar huset. Hydrometeorologi kan hjälpa till att avgöra hur mycket vatten som når ett område under ett visst år. Detta hjälper till med byggandet av översvämningsanordningar och
bevattningssystem.
I en form av vetenskap som kallas dendrohydrologi , dendrohydrologer använda trädringar för att bestämma historiska nederbörd och torka, strömflöde, avrinning, och mycket mer. Att känna till denna information kan hjälpa regioner utan tillförlitliga historiska register att förutsäga den hydrologiska framtiden.
Om världens vattenförsörjning innehåller samma mängd vatten idag som i början, hur är det då möjligt att slösa vatten? Kommer det inte bara att komma tillbaka? Varför slåss människor om vatten? Ta reda på på
nästa sida.
Hydrologi i det militäraHydrologer gör inte bara saker som att kontrollera översvämningar och vattenföroreningar. NASA har ett hydrologiprogram som kartlägger haven från yttre rymden. Andra program runt om i USA utarbetar hydrologiska rapporter om konsekvenserna för ett områdes vattenförsörjning om ett massförstörelsevapen användes i regionen. Dessa rapporter kan användas för att rensa nedfallet från en attack, eller, å andra sidan, de kan indikera ett sätt att ta bort en nations vattenförsörjning [källa:Global Security].
Hydrologer söker ständigt efter sätt att förbättra vattenreningsverk. Flip Chalfant/Getty Images Medan jorden fortfarande har samma mängd vatten som den alltid har haft, efterfrågan på vatten är större än någonsin. Befolkningen fortsätter att växa, och alla måste matas och kläs med material som måste odlas med vatten. Samma människor behöver bo i hus byggda med stål, virke, eller andra olika byggmaterial - igen, dessa material tar en stor mängd vatten att tillverka eller växa. Självklart, människor måste också bada och tvätta sina kläder och gå på toaletten ... allt detta
tar vatten.
Vill du veta den riktiga kickern? Vatten faller inte jämnt över hela jorden. Ett ställe kan få för mycket regn, orsakar översvämningar och förödelse, medan en annan kan få väldigt lite, orsakar en torka. När vattnet har gått ner i avloppet, det tar ett tag innan det bearbetas tillbaka till något som kan användas igen. Om det inte finns tillräckligt med nederbörd för ditt område och befolkningen använder för mycket vatten, reservnivåerna sjunker snabbare än de kan fyllas på.
Hydrologer letar ständigt efter sätt att hitta mer vatten för att hålla jämna steg med nuvarande krav. Vattenreningsanläggningar tar det vatten som har använts för avfall och gör det om till färskt, lokalt vatten som kan förbrukas igen. Hydrologer letar inte bara efter sätt att förbättra dessa anläggningar, de försöker också hitta nya underjordiska vattenbrunnar och, kanske ännu viktigare, ta reda på hur man underhåller dessa leveranser med det ständigt växande hotet om föroreningar.
Föroreningar är industriavfall, utsläpp från bilar, avrinning av bekämpningsmedel och djuravfall från gårdar, och extra näringsämnen i marken som orsakar obalans. Dessa kan stöta på sjöar, floder och vattendrag; sippra in i grundvattnet; eller samlas i luften och faller tillbaka till marken som surt regn. Kartläggning av föroreningarnas förlopp genom miljöhydraulik är ett sätt som hydrologer hjälper till att lokalisera och rengöra
upp föroreningar.
Don Moseley, Direktör för experimentella projekt för Wal-Mart, visar upp den absorberande asfalten på parkeringsplatsen för en ny, mer miljövänlig experimentell Wal-Mart Super Store i Aurora, Colo. Thomas Cooper/Getty Images Ett annat sätt är genom innovationer som genomträngliga beläggningsmaterial. När regnet faller, den innehåller ibland föroreningar. På platser med mycket folk, som de flesta städer, det brukar också finnas mycket betong. Detta tvättar ut alla föroreningar på vägen och lägger dem i närmaste avlopp, avloppssystem eller flod, som flödar av vatten och inte har någon annanstans att gå. Betong är ogenomtränglig - det tillåter inte att vatten passerar genom det i marken. Detta utgör ett problem, eftersom filtrering av föroreningarna med stenar och sand är det första naturliga vattenfiltreringssystemet för vårt grundvatten.
Ett svar på detta problem kan vara permeabel betong. Denna yta låter vatten passera genom den, ungefär som jord. Det tar bort trycket från avloppssystemen i tätorter där allt vatten och avfall måste rinna ut under ett stort regn. Det hjälper också med översvämningskontroll samt föroreningskontroll. Kostnaderna, dock, är ibland oöverkomligt höga. Att gräva upp gator och byta ut betongen är ingen liten uppgift. Det bästa sättet att påbörja processen med genomsläpplig planering är att starta under planeringsfasen av ett projekt.
Detta är bara ett av många sätt hydrologer arbetar för att hålla vårt grundvatten säkert. Andra hydrologer undersöker föroreningsnivåer i snö, jord och till och med glaciärer.
På nästa sida, ta reda på hur hydrologer kan förutsäga, och ibland även förhindra, översvämningar.
Ett företag omges av översvämningsvatten från Mississippifloden i Foley, Mo. Joe Raedle/Getty Images Alla som någonsin har upplevt en översvämning eller känt någon som har förstått att översvämningar är allvarliga affärer. De kan ta ut hela samhällen och jämna ut hundratals år av historia på bara några sekunder.
Vissa översvämningar kan komma plötsligt - dessa kallas översvämningar eller kritiska översvämningar . Ibland behöver det inte ens regna någonstans i närheten för att en översvämning ska kunna inträffa. Översvämningar kan inträffa när det regnar kraftigt uppströms och vattnet rinner nedströms, får mer fart när det går. En annan typ av kritisk översvämning händer när någon slags översvämningsanordning, som en damm eller vall, går sönder och vattnet rinner ut.
Icke-kritiska översvämningar är översvämningar som händer långsamt, över en relativt lång tid. Dessa uppstår när det regnar kraftigt i flera dagar, och floder, sjöar och vattendrag sväller förbi sina normala gränser. Låt inte namnet lura dig-icke-kritiska översvämningar kan vara lika förödande som översvämningar om de inte är förberedda för, och de kan också leda till kritiska översvämningar.
Hydrologer arbetar ständigt med att förebygga och minska svårighetsgraden av översvämningar. Hydroklimatologer använd nederbördsdata och meteorologisk teknik för att bestämma den maximala nederbörden för ett område. De försöker sedan avgöra när översvämningar kan inträffa och hur mycket regn det skulle ta att översvämma ett område.
Med denna information, hydrologer arbetar med organisationer, som United States Federal Emergency Management Agency (FEMA), att hjälpa till att planera stadsutveckling och beredskap. Detta bygger på tanken att en stor översvämning inträffar en gång vart hundra år. En hydrologs mål är att ta reda på vad som är de värsta översvämningsmöjligheterna under hundra år och utforma den möjligheten för att minimera skadan och kostnaden för ombyggnad. Ibland, om kostnaden för att bygga en översvämningsanordning till ett hundraårig översvämningsstyrka är mycket mer än kostnaden för ombyggnad, ingenjörer kommer att bygga för möjligheten till en 25- eller 30-års översvämning- den värsta möjliga översvämning som kan hända var 25 till 30 år. Detta händer vanligtvis i avlägsna områden, som parker eller skogar, där det inte är många som kan
påverkas.
Hydrologernas arbete avgör var och hur man bygger inte bara översvämningsanordningar som vallar, dammar och kulvertar, men också var man ska placera hela städer och stadsdelar. Säkerhet är det viktigaste. Framgångsrik översvämningskontroll är inte alltid uppenbar, men misslyckade försök är alldeles för uppenbara.
Vissa hydrologer går till jordens ändar för att studera vattensystemet - vissa går ännu längre. Ta reda på hur långt vissa är villiga att gå på nästa sida.
Denna digitala karta visar risken för översvämningar i vissa delar av Storbritannien. Norwich Union producerar översvämningskartor med digital teknik, gör det möjligt att bedöma risken för enskilda hus nära översvämningsplaner. Norwich Union/Getty Images Vatten är överallt, men det är inte alltid man kan nå det. Hydrologer använder modeller, kartor och figurer för att hjälpa dem att skilja var vattnet är-underjordiska vattendrag och avlägsna glaciärer är ingen match för en välinformerad hydrolog.
Rymliga hydrologer använda GIS (globala gränssnittssystem) och GPS (globala positioneringssystem) för att hjälpa dem att kartlägga strömflöde, föroreningar och olika miljöproblem. Dessa kan se ut som allt från ett linjediagram till en fullskalig tredimensionell modell av en flod eller ett underjordiskt vattensystem. Dessa högteknologiska system använder sig av koordinater, mätningar och data för att generera detaljerade bilder av området.
Hydrologer kommer att gå ganska långt för att få information om vattnets rörelse. Fjärranalysatelliter kretsar kring jorden, ta bilder av haven och vad som händer i dem. Satelliterna producerar topografiska kartor över havet, som hjälper hydrologer att studera haven och deras rörelser som helhet. Det finns till och med ett verktyg för fjärranalys av korallrev. Rev är en stor ekologisk resurs, hjälper till att producera syre och behåller en miljöbalans för hela planeten. Att veta var dessa rev är och hur man studerar dem är mycket viktigt.
Denna bild från en NASA -satellit visar Bahamas kust, Florida och Kuba. Bankerna är grunda korallrev som reflekterar ljus genom havet, ger den en ljusblå färg. Stocktrek Images/Getty Images Parametrisk hydrologi är en mer teoretisk gren av hydrologi. Den använder datormodellering för att komma på relationer mellan händelser i den hydrologiska cykeln. Den använder sedan dessa relationer för att generera möjliga nya händelser.
Övergripande, hydrologer är en stor och mångsidig grupp. De är dedikerade till bevarande av jordens vatten på alla nödvändiga sätt. Hydrologer hjälper till att upprätthålla mänsklighetens försörjning genom att hjälpa till att reglera översvämningar, föroreningar och avlopp. Inte bara det, de får göra några riktigt fascinerande modeller. Hydrologi är en vetenskapsgren som alltid kommer att efterfrågas, särskilt när vår befolkning fortsätter att växa och efterfrågan på sötvatten ökar.
För att lära dig mer om vattnet runt omkring oss, följ länkarna på nästa sida. De kommer att ge dig mer information.
Vatten, Vatten överallt?Forskare har nyligen hittat rester av vatten i vulkaniskt glas som samlats upp från månen, fick dem att ifrågasätta hur månen blev till. En gammal idé var att en oseriös planet, ungefär lika stor som Mars, krossade i jorden, orsakar stora delar av vår planet att gå sönder. Dessa bitar kom ihop och bildade månen, även om det finns lätta atomer, som väte, kunde inte överleva. Att hitta vatten i klipporna skulle kunna ringa in för att ifrågasätta månens ålder och ursprung [källa:National Geographic].
