Vận tải thủy.
USGS home page Institute of meteorology and hydrology

Ṿng tuần hoàn nước là ǵ? đó chính là sự tồn tại và vận động của nước trên mặt đất, trong ḷng đất và trong bầu khí quyển của trái đất. Nước trái đất 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. Ṿng tuần hoàn nước đă 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 thể sống được nếu không có nước.

Sơ lược về ṿng tuần hoàn nước

Sơ đồ tuần hoàn nước.

Sự ngưng tụ hơi nước Bốc hơi Nước đại dương Sự thoát hơi Nước khí quyển Nước băng và tuyết Ḍng chảy mặt Giáng thủy Ḍng chảy tuyết tan Ḍng chảy trong sông Thấm Suối Lượng trữ nước ngọt Lưu lượng nước ngầm Sự phân phối nước trên toàn cầu

Ṿng tuần nước không có điểm bắt đầu nhưng chúng ta có thể bắt đầu từ các đại dương. Mặt trời điều khiển ṿng tuần hoàn nước bằng việc làm nóng nước trên những đại dương, làm bốc hơi nước vào trong không khí. Những ḍng khí bốc lên đem theo hơi nước vào trong khí quyển, gặp nơi có nhiệt độ thấp hơn hơi nước bị ngưng tụ thành những đám mây. Những ḍng không khí di chuyển những đám mây khắp toàn cầu, những phân tử mây va chạm vào nhau, kết hợp với nhau, gia tăng kích cỡ và rơi xuống thành giáng thủy (mưa). Giáng thuỷ dưới dạng tuyết được tích lại thành những núi tuyết và băng hà có thể giữ nước đóng băng hàng ngh́n năm. Trong những vùng khí hậu ấm áp hơn, khi mùa xuân đến, tuyết tan và chảy thành ḍng trên mặt đất, đôi khi tạo thành lũ. Phần lớn lượng giáng thuỷ rơi trên các đại dương; hoặc rơi trên mặt đất và nhờ trọng lực trở thành ḍng chảy mặt. Một phần ḍng chảy mặt chảy vào trong sông theo những thung lũng sông trong khu vực, với ḍng chảy chính trong sông chảy ra đại dương. Ḍng chảy mặt, và nước thấm được tích luỹ và được trữ trong những hồ nước ngọt. Mặc dù vậy, không phải tất cả ḍng chảy mặt đều chảy vào các sông. Một lượng lớn nước thấm xuống dưới đất. Một lượng nhỏ nước được giữ lại ở lớp đất sát mặt và được thấm ngược trở lại vào nước mặt (và đại đương) dưới dạng ḍng chảy ngầm. Một phần nước ngầm chảy ra thành các ḍng suối nước ngọt. Nước ngầm tầng nông được rễ cây hấp thụ rồi thoát hơi qua lá cây. Một lượng nước tiếp tục thấm vào lớp đất dưới sâu hơn và bổ sung cho tầng nước ngầm sâu để tái tạo nước ngầm (đá sát mặt bảo hoà), nơi mà một lượng nước ngọt khổng lồ được trữ lại trong một thời gian dài. Tuy nhiên, lượng nước này vẫn luân chuyển theo thời gian, có thể quay trở lại đại dương, nơi mà ṿng tuần hoàn nước "kết thúc" … và lại bắt đầu.

Biểu đồ với kích thước một trang in Biểu đồ với kích thước một trang in.

Những thành phần của ṿng tuần hoàn nước

USGS (Cục Địa Chất Mỹ) đă định nghĩa 15 thành phần của ṿng tuần hoàn nước như sau:


Nước trong các đại dương

Đại dương là kho chứa nước

H́nh ảnh của một đại dương. Một lượng nước khổng lồ được trữ trong các đại dương trong một thời gian dài hơn là được luân chuyển qua ṿng tuần hoàn nước. 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 ṿng tuần hoàn nước.

Trong những thời kỳ khí hậu lạnh hơn nhiều đỉnh núi băng và những ḍng sông băng được h́nh thành, một lượng nước trái đất khá lớn được tích lại dưới dạng băng làm giảm bớt lượng nước trong những thành phần khác của ṿng tuần hoàn nước. Điều này th́ ngược lại trong thời kỳ ấm. Cuối thời kỳ băng hà những sông băng bao phủ 1/3 bề mặt trái đất, và mực nước các đại dương th́ thấp hơn ngày nay khoảng 122 m (400 feet). Cách đây khoảng 3 triệu năm, khi trái đất ấm hơn, mực nước của các đại dương có thể đă cao hơn hiện nay khoảng 50 m (165 feet).

Sự luân chuyển trong các đại dương

Có những ḍng chảy trong đại dương di chuyển một khối lượng lớn nước khắp thế giới. Những sự di chuyển này có ảnh hưởng lớn đến ṿng tuần hoàn nước và khí hậu. Ḍng Gulf Stream được biết đến nhiều như là một ḍng biển nóng trong vùng Đại Tây Dương, vận chuyển nước từ vùng Vịnh Mexico ngang qua Đại Tây Dương hướng đến nước Anh. Với tốc độ 60 dặm (97 km) một ngày, ḍng Gulf Strem đem theo một lượng nước nhiều bằng 100 lần tất cả các sông trên trái đất. Xuất phát từ những vùng khí hậu ấm, ḍng Gulf mang theo nước ấm hơn đến Bắc Đại Tây Dương, làm ảnh hưởng đến khí hậu của một vài vùng, như phía tây nước Anh.


Bốc hơi: nước chuyển từ thể lỏng sang thể khí hay hơi

Bốc hơi và nguyên nhân xuất hiện của nó

Ẩnh tŕnh bày quá tŕnh bốc hơi từ hồ. Bốc hơi nước là một quá tŕnh nước chuyển từ thể lỏng sang thể hơi hoặc khí. Bốc hơi nước là đoạn đường đầu tiên trong ṿng 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% c̣n lại do thoát hơi của cây.

Nhiệt (năng lượng) là nhân tố cần thiết cho bốc hơi xuất hiện. Năng lượng được sử dụng để bẻ găy những 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 không khí đạt 100%, tức là ở trạng thái băo hoà hơi nước, bốc hơi không thể tiếp tục diễn ra. Quá tŕnh bốc hơi nước tiêu thụ nhiệt năng từ môi trường, đó là nguyên nhân tại sao nước bốc hơi từ da làm bạn mát.

Bốc hơi nước điều khiển chu tŕnh tuần hoàn nước

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 được bao phủ bởi các đại dương) cung cấp những cơ hội lớn cho quá tŕnh bốc hơi diễn ra. Trên phạm vi toàn cầu lượng nước bốc hơi cũng bằng với lượng giáng thủy. Mặc dù vậy, tỉ lệ giữa lượng nước bốc hơi và lượng giáng thuỷ biến đổi theo vùng địa lư. 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 rơi ngay trên đại dương qua quá tŕnh giáng thrủy. Chỉ khoảng 10% của nước bốc hơi từ các đại dương được vận chuyển vào đất liền và rơi xuống thành giáng thuỷ. Khi bốc hơi, một phân tử nước tồn tại trong khí quyển khoảng 10 ngày.


Nước khí quyển: Nước được trữ trong khí quyển dưới dạng hơi, như những đám mây và độ ẩm

Trong khí quyển chứa đầy nước

Ảnh của những đám mây. Mặc dù khí quyển không là kho chứa khổng lồ của nước, 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 nh́n thấy được của nước khí quyển, nhưng thậm chí trong không khí trong cũng chứa đựng nước - những phần tử nước này quá nhỏ để có thể nh́n thấy được. 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: Đó là quá tŕnh nước chuyển từ thể hơi sang thể lỏng.

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

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

Sự ngưng tụ hơi nước trong không khí.

Thậm chí trên những bầu trời trong xanh không một gợn mây, th́ nước vẫn tồn tại dưới h́nh thức hơi nước và những giọt nước li ti không thể nh́n thấy được. Những phân tử nước kết hợp với những phân tử nhỏ bé của bụi, muối, khói trong khí quyển để h́nh 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 có thể phát triển và mưa có thể xăy ra.

Các đám mây h́nh thành trong khí quyển do không khí chứa hơi nước bốc lên cao và lạnh đi. Phần quan trọng của quá tŕnh này là không khí sát mặt đất ấm lên do bức xạ mặt trời. Nguyên nhân lớp khí quyển phía bên trên mặt đất lạnh đi là do áp lực không khí. Không khí có trọng lượng và tại mực nước biển trọng lượng của một cột không khí nén xuống trên đầu bạn khoảng 32kg 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 v́ 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.


Giáng thủy: Sự rơi của nước ra khỏi các đám mây, dưới thể lỏng hoặc rắn.

Giáng thủy là nước thoát ra khỏi những đám mây dưới các dạng mưa, mưa tuyết, mưa đá, tuyết. Nó là cách chính để nước khí quyển quay trở lại trái đất. Phần lớn lượng giáng thuỷ là mưa.

Các hạt mưa h́nh thành như thế nào?

Ảnh của một cơn băo. Những đám mây trên bầu trời chứa hơi nước và những hạt nhân mây nhỏ, các hạt nhân mây này quá nhỏ để có thể rơi xuống thành mưa, nhưng nó cũng đủ lớn để h́nh thành nên các đám mây có thể nh́n thấy được. Nước vẫn tiếp tục bốc hơi và ngưng tụ hơi nước trong bầu trời. Nếu bạn nh́n gần một đám mây, bạn có thể nh́n thấy những phần đang biến mất (đang bốc hơi) trong khi những phần khác đang phát triển (ngưng tụ). Phần lớn lượng nước được ngưng tụ trong các đám mây không rơi xuống thành giáng thuỷ. V́ để giáng thuỷ xảy ra, trước tiên những giọt nước nhỏ phải được ngưng tụ. Những phân tử nước có thể kết hợp với nhau thành những giọt nước lớn hơn và đủ nặng để rơi thành mưa. Cần tới hàng triệu hạt mây để h́nh thành chỉ một hạt mưa nhỏ.

Lượng mưa biến đổi theo không gian và thời gian

Lượng giáng thủy phân bố không đều trên thế gíơi, trong một nước hoặc thậm chí trong một thành phố. Ví dụ, tại Atlanta, Georgia, Mỹ, một trận mưa giông mùa hè có thể sản sinh ra một lớp nước mưa dày 2,5 cm hoặc nhiều hơn trên một con đường, trong khi đó ở một vùng khác cách đó vài km th́ vẫn khô ráo. Nhưng, tổng lượng mưa một tháng tại Georgia thường nhiều hơn tổng lượng mưa năm tại Las Vegas, Nevada. Kỷ lục thế giới về lượng mưa năm trung b́nh thuộc về Mt. Waialeale, Hawaii với lượng mưa trung b́nh là 1.140 cm. Đặc biệt, tại Arica là 1.630 cm trong mười hai tháng (nghĩa là gần 5 cm mỗi ngày). Tương phản với lượng nước mưa dồi dào tại Arica, ở Chile đă từng không có mưa trong 14 năm.

Bản đồ dưới đây tŕnh bày lượng giáng thuỷ trung b́nh hàng năm theo mm và inch trên toàn cầu. Vùng màu xanh nhạt là sa mạc. Bạn cũng có thể biết vùng sa mạc Sahara ở Châu Phi, nhưng bạn có nghĩ rằng nhiều phần của đảo băng và Nam cực là sa mạc không?

Bản đồ thế giới tŕnh bày
lượng giáng thuỷ trung b́nh hàng năm..


Lượng nước trữ dưới dạng băng và tuyết: Nước ngọt được trữ trong những sông băng, những cánh đồng băng và những cánh đồng tuyết.

Những đỉnh núi băng trên thế gíơi

Ảnh vệ tinh của Greenland tŕnh bày những
đỉnh núi băng. Nước được giử lâu dài trong băng, tuyết, và các sông băng là một thành phần của ṿng tuần hoàn nước toàn cầu. Vùng Nam cực chiếm 90% tổng lượng băng của trái đất, các đỉnh núi băng ở Greenland chiếm 10% tổng lượng băng toàn cầu.

Băng và sông băng đến và đi

Trên phạm vi toàn cầu, khí hậu luôn luôn thay đổi một cách chậm chạp mà con người khó nhận biết. Đă từng có những thời kỳ ấm thuộc kỷ khủng long cách đây 100 triệu năm, và những thời kỳ lạnh, như kỷ băng hà cuối cùng cách đây 20.000 năm. Trong kỷ băng hà cuối cùng này nhiều nơi của bắc bán cầu bị bao phủ trong băng và những ḍng sông băng. Gần hết Canada, nhiều vùng phía Bắc Châu Á và Châu Âu, một vài vùng ở nước Mỹ cũng bị những ḍng sông băng bao phủ.

Bản đồ thế giới tŕnh bày những vùng sông băng tồn tại cách đây 20.000 năm

Một vài sự thật về các ḍng sông băng và những đỉnh núi băng


Ḍng chảy tuyết tan vào các sông: ḍng chảy mặt từ tuyết và băng chảy theo nước mặt.:

Ảnh tuyết tan,  Yosemite, California. Photo - David Gay. Nếu bạn sống ở Florida hoặc French Riviera bạn thức giấc mỗi ngày và không thể không tự hỏi tuyết tan tham gia như thế nào vào chu tŕnh nước. Nhưng, trên toàn bộ thế giới ḍng chảy tuyết là phần chính của sự luân chuyển nước toàn cầu. Trong thời kỳ mùa xuân ở những vùng khí hậu lạnh hơn, nhiều ḍng chảy mặt và ḍng chảy sông ng̣i xuất phát từ tuyết và băng. Bên cạnh việc gây ra lũ lụt, tuyết tan nhanh có thể gây ra sạt lở đất và ḍng chảy bùn đá.

Để hiểu được ḍng tuyết tan ảnh hưởng như thế nào đến ḍng chảy sông ng̣i có thể dựa vào biểu đồ đường quá tŕnh lưu lượng trung b́nh ngày trong 4 năm của sông North Fork American tại đập North Fork ở California. Các đỉnh cao trong biểu đồ phần lớn là do ḍng tuyết tan. So sánh các giá trị nhận thấy ḍng chảy ngày trung b́nh nhỏ nhất trong tháng 3/2000 là 1.200 feet khối trên giây, trong khi đó lưu lượng trong tháng 8 là 55 - 75 feet khối trên giây.

Biểu đồ biểu diễn ḍng tuyết tan
ảnh hưởng đến ḍng chảy sông ng̣i như
thế nào. North Fork American River at North Fork Dam in California,USA.

Ḍng chảy từ tuyết tan biến đổi theo mùa và theo năm. So sánh các đỉnh lũ giữa trận lũ lớn trong năm 2000 và trận lũ nhỏ hơn nhiều trong năm 2001, giống như có một trận hạn hán lớn ảnh hưởng đến California trong năm 2001. Nhưng sự thiếu hụt nước là do nước được trữ trong băng vào mùa đông ảnh hưởng đến tổng lượng nước các tháng c̣n lại của năm. Sự thiếu hụt nước cũng ảnh hưởng đến lượng nước trong các hồ tại hạ lưu, và sự thiếu hụt nước ở các hồ lại ảnh hưởng đến lượng nước tưới và nước cấp thành phố.


Ḍng chảy mặt: ḍng chảy mặt từ mưa chảy trên bề mặt đất vào những sông gần nhất.

Ḍng chảy mặt là ḍng chảy từ mưa trên lưu vực.

Nhiều người chỉ nghĩ đơn giản rằng mưa rơi, chảy tràn trên mặt đất (ḍng chảy mặt) và chảy vào sông, sau đó đổ ra các đại dương. Đó là sự đơn giản hoá, bởi v́ các sông c̣n nhậnvà mất nước do thấm. Tuy nhiên, lượng lớn nước trong sông là do ḍng chảy trực tiếp trên mặt đất cung cấp và được định nghĩa là ḍng chảy mặt.

H́nh biểu diễn ḍng chảy mang cát bùntừ một con đường chảy vào một lạch nhỏ trong một trận mưa. Thông thường, một phần nước mưa rơi thấm ngay vào đất, nhưng khi đất đạt tới trạng thái băo hoà hay không thấm, th́ bắt đầu chảy theo sườn dốc thành ḍng chảy. Trong một trận mưa lớn, bạn có thể nh́n thấy các ḍng nước nhỏ chảy xuôi sườn dốc. Nước sẽ chảy theo những kênh trên mặt đất trước khi chảy vào trong các sông lớn. H́nh vẽ biểu diễn ḍng chảy mặt (ḍng chảy ra từ con đường) chảy vào một con lạch nhỏ như thế nào. Trong trường hợp này ḍng chảy mặt chảy trên những vùng đất trống và lắng đọng bùn cát vào trong sông (không tốt cho chất lượng nước). Ḍng chảy mặt chảy vào sông, lại bắt đầu hành tŕnh quay trở về đại dương.

Cũng giống như tất cả các thành phần khác trong ṿng tuần hoàn nước, quan hệ giữa mưa và ḍng chảy cũng biến đổi theo thời gian và không gian. Những trận mưa tương tự nhau xuất hiện trong vùng rừng rậm Amazon và trong vùng sa mạc tây bắc nước Mỹ sẽ sản sinh những ḍng chảy mặt khác nhau. Ḍng chảy mặt bị chi phối bởi các nhân tố khí tượng địa vật lư và địa h́nh. Chỉ khoảng 1/3 lượng nước mưa rơi trên bề mặt đất chảy vào sông suối và quay trở lại đại dương.  2/3 c̣n lại bị bốc thoát hơi hoặc thấm vào nước ngầm. Ḍng chảy nước mặt cũng c̣n được sử dụng cho con người trong các mục đích dùng nước.


Ḍng chảy sông ng̣i: Sự di chuyển của nước trong ḷng dẫn tự nhiên, như sông

Cục Địa chất Mỹ định nghĩa "ḍng chảy" là lượng nước chảy trong sông, suối, hoặc lạch nước.

Tầm quan trọng của sông ng̣i

H́nh ảnh con người đang chơi đùa trên
một con sông. Sông ng̣i rất quan trong không chỉ đối với con người mà đối với cuộc sống khắp mọi nơi. Sông ng̣i không chỉ là một nơi rộng lớn cho con người và những con vật của họ hoạt động, con người c̣n sử dụng nước sông cho nhu cầu nước uống và nước tưới, sản xuất ra điện, làm sạch chất thải (xử lư nước thải), giao thông thuỷ, và kiếm thức ăn. Sông ng̣i c̣n là môi trường sống chính cho tất cả các loài động và thực vật nước. Sông ng̣i bổ sung cho tầng ngậm nước ngầm dưới mặt đất qua ḷng sông, và tất nhiên cả đại dương.

Lưu vực sông và sông ng̣i

Một điều rất quan trọng khi nghiên cứu về sông ng̣i là phải xem xét các lưu vực sông. Lưu vực sông là ǵ? Nếu bạn đang đứng trên mặt đất ngay bây giờ, hăy nh́n xuống. Bạn và tất cả mọi người đang đứng trên một lưu vực sông. Một lưu vực sông là vùng mà tại đó tất cả nước rơi và tiêu thoát chảy theo cùng một ḍng. Lưu vực sông có thể chỉ nhỏ bằng một vết chân trên bùn hoặc đủ rộng để bao phủ toàn bộ vùng thoát nước vào trong sông Mississippi ở đó nước chảy vào Vịnh Mexico. Các lưu vực nhỏ hơn được chứa trong những lưu vực lớn hơn. Các lưu vực sông rất quan trọng v́ ḍng chảy và chất lượng nước của một con sông chịu tác động của nhiều thứ, có ảnh hưởng của con người hay không có ảnh hưởng của con người, xuất hiện trong những vùng phía trên mặt cắt cửa ra của lưu vực.

Ḍng chảy sông ng̣i luôn luôn biến đổi

Ảnh một ḍng sông chảy trong thành phố
trong mùa cạn và mùa lũ. Ḍng chảy sông ng̣i luôn thay đổi từng ngày thậm chí từng phút. Tất nhiên, mưa tác động chính tới ḍng chảy trên các lưu vực. Mưa rơi làm tăng mực nước sông, và mực nước sông có thể tăng ngay cả khi mưa ở rất xa trên lưu vực sông. Ghi nhớ rằng nước mưa rơi trên lưu vực cuối cùng phải chảy ra ở mặt cắt cuối lưu vực. Độ lớn của sông phụ thuộc vào độ lớn của lưu vực. Sông lớn có lưu vực sông rộng, sông nhỏ có lưu vực sông nhỏ hơn. Tương tự như vậy, sông có kích thước khác nhau tác động khác nhau lượng mưa rơi. Trong các sông lớn mực nước lên xuống chậm hơn các sông nhỏ. Trong lưu vực nhỏ, mực nước sông có thể lên xuống tính theo phút và giờ. Những sông rộng có thể mất vài ngày để biến đổi mực nước lên xuống và thời gian lũ lên có thể kéo dài vài ngày.

Dung tích nước ngọt: Lượng nước ngọt tồn tại trên mặt đất.

Nước ngọt trên mặt đất, một thành phần của chu tŕnh nước, yếu tố cần thiết cho mọi sự sống trên trái đất. Nước mặt bao gồm nước trong các ḍng sông, ao, hồ, hồ nhân tạo, và các đầm lầy nước ngọt.

Lượng nước trong các sông và hồ luôn luôn thay đổi phụ thuộc vào lưu lượng vào và ra. Ḍng chảy vào từ mưa, ḍng chảy tràn trên mặt đất, lượng nước ngầm dưới đất, và lượng nước gia nhập từ các sông nhánh. Ḍng chảy ra khỏi các hồ và sông bao gồm lượng bốc hơi và dung tích nước bổ sung cho nước ngầm. Con người cũng sử dụng nước mặt cho các nhu cầu thiết yếu của ḿnh. Lượng và vị trí của nước mặt thay đổi theo thời gian và không gian, một cách tự nhiên hay dưới sự tác động của con người.

Nước mặt duy tŕ sự sống

Ảnh vệ tinh những ánh đèn đêm ở
vùng Nam Âu và Bắc Phi. Trong ảnh vùng châu thổ sông Nile ở Ai cập, cuộc sống có thể sinh sôi tại những vùng sa mạc nếu được cung cấp đủ lượng nước (mặt hoặc ngầm). Nước trên mặt đất thực sự giúp duy tŕ cuộc sống. Nước ngầm tồn tại thông qua sự di chuyển của nước mặt vào trong tầng nước ngầm dưới mặt đất. Nước ngọt trên bề mặt trái đất tương đối khan hiếm. Chỉ khoảng 3% của tổng lượng nước trái đất là nước ngọt, các hồ nước ngọt và các đầm (nước) ngọt chiếm 0,29% tổng lượng nước ngọt trên trái đất, hồ BaiKal ở Châu Á chiếm 20% tổng lượng nước ngọt trên trái đất, Hồ Lớn (Huron, MichiGan, và Superior) cũng chiếm 20% tổng lượng nước ngọt trên trái đất. Các sông chỉ chiếm khoảng 0,006% tổng lượng nước ngọt trên trái đất. Ta có thể nhận thấy rằng nước ngọt, yếu tố cần thiết cho sự tồn tại cuộc sống trên trái đất, chỉ chiếm một phần cực nhỏ "một giọt nước trong biển cả mênh mông" của tổng lượng nước trên trái đất.


Sự thấm: Sự di chuyển của nước từ mặt đất vào trong ḷng đất hay các khe nứt của đá.

Nước ngầm bắt đầu khi có mưa

H́nh ảnh ḍng sông biến mất trong một hang
ở vùng Nam Georgia, Mỹ.Bất cứ nơi nào trên thế giới, một phần lượng nước mưa và tuyết đều thấm xuống lớp đất và đá dưới bề mặt. Lượng thấm bao nhiêu phụ thuộc vào một số các nhân tố. Trên đỉnh băng của Greenland lượng nước mưa thấm xuống là rất nhỏ, ngược lại, một ḍng sông chảy vào trong hang động ở vùng Georgia, Mỹ, cho thấy sông cũng có thể chảy trực tiếp vào trong nước ngầm.

Một phần lượng nước thấm xuống sẽ được giữ lại trong những tầng đất nông, ở đó nó có thể chảy vào sông nhờ thấm qua bờ sông. Một phần nước thấm xuống sâu hơn, bổ sung cho các tầng nước ngầm. Nếu tầng nước ngầm nông hoặc đủ độ rỗng để cho phép nước chảy tự do qua nó, con người có thể khoan các giếng trong tầng nước ngầm này và sử dụng nước cho những mục đích của ḿnh. Nước ngầm có thể di chuyển được những khoảng cách dài hoặc được trữ lại trong tầng nước ngầm trong một thời gian dài trước khi quay trở lại bề mặt hoặc qua thấm vào các thuỷ vực khác, như thấm vào các sông và đại dương.

Nước sát mặt

Sơ đồ biểu diễn nước
mưa thấm vào tầng nước ngầm băo hoà như thế nào. Khi nước mưa thấm vào trong tầng đất sát mặt, nó h́nh thành vùng không băo hoà và vùng băo hoà. Trong vùng không băo hoà, nước tồn tại trong các lỗ rỗng của lớp đá bên dưới mặt đất, nhưng tầng đất chưa đạt tới trạng thái băo hoà. Phần phía trên của tầng không băo hoà là vùng đất. Vùng đất này có không gian phân bố được tạo ra từ rễ cây trồng, nước mưa có thể thấm vào tầng này. Cây trồng sử dụng nước trong tầng đất này. Bên dưới vùng không băo hoà là vùng băo hoà, ở đây nước chứa đầy trong các khe rỗng giữa các phần tử đất và đá. Có thể khoan giếng trong vùng này và bơm nước lên.


Lưu lượng nước ngầm: Sự chuyển động của nước ngầm ra khỏi mặt đất.

Picture of ground water discharging at a high rate in Idaho, USA. Bạn nh́n thấy nước xung quanh bạn mỗi ngày như các hồ, các sông, băng, mưa và tuyết. Nhưng lượng nước mà bạn không thể nh́n thấy được - nước ngầm (nước tồn tại và di chuyển trong ḷng đất) - lại chiếm một lượng rất lớn. Nước ngầm đóng góp lớn cho ḍng chảy sông ng̣i của nhiều con sông. Con người đă sử dụng nước ngầm từ hàng ngàn năm nay và vẫn đang tiếp tục sử dụng nó hàng ngày, phần lớn cho nhu cầu nước uống và nước tưới. Cuộc sống trên trái đất phụ thuộc vào nước ngầm cũng giống như là nước bề mặt.

Nước ngầm chảy bên dưới mặt đất.

Sơ đồ biểu diễn lượng giáng thuỷ thấm và di chuyển trong đất như thế nào.Một phần lượng mưa rơi trên mặt đất và thấm vào trong đất trở thành nước ngầm. Phần nước chảy sát mặt sẽ lộ ra rất nhanh khi chảy vào trong ḷng sông, nhưng do trọng lực, một phần lượng nước tiếp tục thấm sâu vào trong đất.

Trong sơ đồ này, hướng và tốc độ di chuyển nước ngầm được tính thông qua các đặc trưng của tầng nước ngầm và lớp cản nước (ở đây nước khó chảy qua). Sự chuyển động của nước bên dưới mặt đất phụ thuộc vào độ thấm (nước thấm khó khăn hay dễ dàng) và khe rỗng của đá bên dưới mặt đất (số các khe hở trong vật liệu). Nếu các lớp đá cho phép nước chảy qua nó tương đối tự do th́ nước ngầm có thể di chuyển được những khoảng cách đáng kể trong thời gian vài ngày. Nhưng nước ngầm cũng có thể thấm sâu hơn vào các tầng nước ngầm sâu ở đó nó sẽ mất hàng ngàn năm để di chuyển trở lại vào môi trường.


Các suối: đó là nơi nước ngầm chảy lên bề mặt đất.

Suối là ǵ?

Ảnh của một con suối tự nhiên ở
  Missouri, MỹMột tầng nước ngầm liên tục được bổ sung nước đến khi nước chảy tràn trên mặt đất, kết quả là h́nh thành các con suối. Các con suối có thể rất nhỏ, chỉ có nước chảy khi có một trận mưa đáng kể, đến các ḍng suối lớn chảy với hàng trăm triệu gallon nước mỗi ngày.

Các con suối có thể h́nh thành trong bất kỳ loại đá nào, nhưng phần lớn chúng h́nh thành trong các loại đá vôi và đolomit, dễ dàng rạn nứt và hoà tan do mưa axit. Khi đá bị phá huỷ và hoà tan, các khoảng trống h́nh thành cho phép nước chảy qua. Nếu ḍng chảy theo phương ngang, nó có thể chảy tới mặt đất, h́nh thành các con suối.

Nước suối không phải bao giờ cũng sạch.

Ảnh của một con suối có màu nâu với hàm lượng sắt cao tại Colorado, Mỹ. Nước từ các suối thường sạch. Tuy nhiên, nước trong một vài con suối có thể có màu trà. Ảnh trên biểu diễn một con suối tự nhiên trong vùng Tây Nam Colorado. Nước suối có màu đỏ của sắt do nước ngầm tiếp xúc với khoáng sản trong ḷng đất. Tại bang Florida, Mỹ, nhiều nguồn nước mặt chứa các axit ta-nanh tự nhiên từ các chất hữu cơ ở trong đất đá làm cho nước suối có mầu. Lưu lượng của nước màu trong các suối chỉ ra rằng nước đang chảy nhanh trong các kênh dẫn rộng trong tầng nước ngầm mà không được lọc qua các vùng đá vôi.

Các suối nước nóng

Ảnh tắm suối nước nóng tự nhiên
ở Greenland. Các suối nước nóng vẫn chỉ là suối thông thường nhưng nước tại đó ấm, một vài chỗ c̣n nóng như các con suối bùn đang sôi sùng sục ở Công Viên Quốc Gia Yellowstone, Wyoming, Mỹ. Nhiều suối nước nóng xuất hiện ở những vùng gần núi lửa hoạt động, được bổ sung nước nóng do tiếp xúc với đá nóng sâu dưới bề mặt đất. Càng dưới sâu các tảng đá càng nóng hơn, và nếu nước dưới sâu bề mặt đất chảy tới một khe nứt rộng nó có thể tạo ra một ḍng chảy lên lớp đất trên mặt, và tạo ra một suối nước nóng. Các suối nước ấm nổi tiếng vùng Georgia và suối nước nóng vùng Arkansas là các loại điển h́nh. Quả đúng vậy, các suối nước ấm xuất hiện trên khắp thế giới và ngay cả trong các vùng băng trôi, những người dân hạnh phúc vùng Greenlanders có thể nói với bạn điều này.


Thoát hơi: là quá tŕnh hơi nước thoát ra từ các cây trồng vào khí quyển.

hơi và thoát hơi qua lá

Ảnh lá cây. Thoát hơi là quá tŕnh nước được vận chuyển từ các rễ cây đến các lỗ nhỏ bên dưới bề mặt lá, ở đây nước chuyển sang trạng thái hơi và thoát vào khí quyển. Do đó, thoát hơi thực chất là bốc hơi của nước từ lá cây. Lượng nước bốc thoát hơi từ cây trồng ước tính chiếm khoảng 10% của hàm lượng nước trong khí quyển.

Thoát hơi thực vật là một quá tŕnh không nh́n thấy được, khi nước đang bốc hơi trên bề mặt các lá cây, bạn không thể đi ra ngoài và nh́n thấy các lá cây đang bốc thoát hơi. Trong mùa phát triển của cây trồng, một lá cây sẽ bốc thoát hơi nước nhiều lần hơn trọng lượng của chính nó. Một mẫu Anh trồng ngô có thể bốc thoát hơi được khoảng 11.400 - 15.100 lít nước/ngày, và một cây sồi lớn có thể bốc hơi được 151.000 lít nước/năm.

Các nhân tố khí quyển tác động đến bốc thoát hơi nước

Lượng nước bốc thoát hơi từ cây cối biến đổi lớn theo thời gian và không gian. Một số nhân tố tác động đến tốc độ bốc thoát hơi nước:


Lượng trữ nước ngầm: Lượng nước tồn tại bên dưới bề mặt đất trong một thời gian rất dài.

Nước ngầm là một thành phần của ṿng tuần hoàn nước.

H́nh vẽ bên dưới tŕnh bày lượng
nước thấm vào trong đất được
trữ trong các tầng nước ngầm như thế
nào. Một lượng lớn nước được trữ trong đất. Nước này vẫn tiếp tục chuyển động, có thể rất chậm, và nó vẫn là một phần của ṿng tuần hoàn nước. Phần lớn nước ngầm là do mưa và lượng nước thấm từ lớp đất mặt. Tầng đất phía trên là vùng không băo hoà, trong tầng này lượng nước thay đổi theo thời gian, mà không  làm băo hoà tầng đất. Bên dưới lớp đất này là vùng băo hoà, tất cả các khe nứt, các ống mao dẫn, và các khoảng trống giữa các phân tử đá được lấp đầy nước. Thuật ngữ "nước ngầm" được dùng để mô tả cho khu vực này. Một thuật ngữ khác của nước ngầm là "bể nước ngầm". Bể nước ngầm là kho chứa nước ngầm khổng lồ và con người khắp nơi trên thế giới phụ thuộc vào nước ngầm trong cuộc sống hàng ngày.

Để t́m thấy nước, phải t́m bên dưới mực nước ngầm … tầng nước ngầm

Ảnh một hố khoan khổng lồ ở ven
bờ biển. Tôi hy vọng bạn đánh giá cao một giờ dưới cái nóng thiêu đốt của mặt trời của tôi để đào một cái hố tại một băi biển. Nó là cách tuyệt vời nhất để hiểu được khái niệm đất băo hoà nước tại một độ sâu nhất định nào đó, nếu sự thấm diễn ra vừa đủ để c̣n giữ lại nước. Mực nước trong hố là mực nước ngầm. Biển ở phía phải của hố, mực nước trong hố bằng với mực nước biển. Tất nhiên, mực nước trong hố đào cũng lên xuống từng phút theo sự lên xuống của thuỷ triều.

Hố này giống như một cái giếng đào để lấy nước ngầm. Nếu bức ảnh trên trông rơ nước ngọt, mọi người có thể lấy một cái xô và múc đầy nước. Nhưng bạn biết rằng tại một băi biển nếu bạn cầm một cái xô và cố gắng múc cạn nước trong hố, th́ ngay lập tức nó sẽ được bổ sung nước v́ cát cho phép nước thấm qua nó một cách rất dễ dàng, nghĩa là "giếng" của chúng ta có "năng suất cao". Để lấy nước ngọt, mọi người phải đào một cái giếng đủ sâu tới một tầng nước ngầm. Cái giếng này có thể phải sâu tới hàng trăm hoặc hàng ngàn feet. Nguyên lư lấy nước trong tầng băo hoà với các lỗ rỗng chứa đầy nước cũng tương tự như cái hố của chúng ta tại băi biển.


Sự phân phối của nước trên trái đất

Biểu đồ và bảng số liệu bên dưới giải thích một cách chi tiết nước trái đất có ở đâu. Chú ư rằng trong 1.386 triệu km3 tổng lượng nước trên trái đất th́ trên 96% là nước mặn. Và trong tổng lượng nước ngọt trên trái đất th́ 68% là băng và sông băng; 30% là nước ngầm; nguồn nước mặt như nước trong các sông hồ, chỉ chiếm khoảng 93.100 km3, bằng 1/150 của 1% của tổng lượng nước trên trái đất. Nhưng nước sông và hồ là nguồn nước chủ yếu mà con người sử dụng hàng ngày.

Biểu đồ phân bố nước trên trái đất.

Ứớc tính phân bố nước toàn cầu:
Nguồn nướcThể tích nước tính bằng km3Thể tích nước tính bằng dặm khốiPhần trăm của nước ngọtPhần trăm của tổng lượng nước
Đại dương, biển, và vịnh1.338.000.000321.000.000--96,5
Đỉnh núi băng, sông băng, và vùng tuyết phủ vĩnh cửu24.064.0005.773.00068,71,74
Nước ngầm23.400.0005.614.000--1,7
    Ngọt10.530.0002.526.00030,10,76
    Mặn12.870.0003.088.000--0,94
Độ ẩm đất16.5003.9590,050,001
Băng ch́m và băng tồn tại vĩnh cửu300.00071.9700,860,022
Các hồ176.40042.320--0,013
    Ngọt91.00021.8300,260,007
    Mặn85.40020.490--0,006
Khí quyển12.9003,0950,040,001
Nước đầm lầy11.4702.7520,030,0008
Sông2.1205090,0060,0002
Nước sinh học1.1202690,0030,0001
Tổng số1.386.000.000332.500.000-100
Nguồn: Gleick, P. H., 1996: Tài nguyên nước. Bách khoa từ điển về khí hậu và thời tiết. S.H Scheneide, Nhà xuất bản Đại học OXford, New york, quyển 2, trang 817 - 823.

Vietnamese translation by Assoc. Prof. Tran Thuc, Tran Van Phuc and Phung Thi Thu Trang, Institute of Meteorology and Hydrology, Vietnam

The Institute of Meteorology and Hydrology

Institute of Meteorology and Hydrology (IMH), Ha Noi, Viet Nam, was founded on 15 November 1976 under jurisdiction of the former Hydrometeorological Service of Viet Nam; and from November 2002 under the Ministry of Natural Resources and Environment (MONRE).

IMH is a functional organization for science under jurisdiction of the Ministry of Natural Resources and Environment with mandates for research and development of science and technology on meteorology, hydrology, oceanography, water resources and environment.


Water-cycle home Khoa học về nước của USGS Tài nguyên nước của USGS
Nhận xét? Liên hệ Howard Perlman
The URL for this page is http://water.usgs.gov/edu/watercyclevietnamese.html
Last Modified: Mar 17, 2014
USGS Privacy Statement | Disclaimer | Accessibility