Ogół wód znajdujących się w przyrodzie nazywa się hydrosferą. Hydrosfera to wodna powłoka kuli ziemskiej. Obejmuje wody występujące w skorupie ziemskiej (wody podziemne i wilgoć glebową), na powierzchni litosfery (oceany i morza oraz wody powierzchniowe na lądach) i atmosfery (para wodna, chmury, mgły). Badaniem hydrosfery zajmuje się hydrografia i oceanografia.
Pochodzenie wody Ziemi stanowi przedmiot dyskusji naukowców. Dominują dwie hipotezy. Pierwsza zakłada, że woda powstała w wyniku wiązania się z tlenem w atmosferze wodoru, docierającego do Ziemi wraz z wiatrem słonecznym. Inni naukowcy uważają, że woda jest pochodzenia ziemskiego i powstała z odgazowania wody zawartej w skatach płaszcza Ziemi.
Woda jest powszechnie spotykanym składnikiem w atmosferze. Występuje ona w trzech stanach skupienia ciekłym, stałym i gazowym. Dzięki właściwości występowania w warunkach naturalnych w trzech stanach skupienia woda podlega stałemu krążeniu. Proces przechodzenia wody z jednej fazy do drugiej angażuje pewne ilości energii pod postacią tzw. ciepła utajonego. Niekiedy zachodzi w przyrodzie bezpośrednie przejście z fazy gazowej w stałą, lub stałej w gazową. Procesy te noszą nazwę resublimacji i sublimacji.
W tym przypadku ilość ciepła pobranego przez cząsteczki jest większa. Obieg wody nazywany jest także niekiedy obiegiem wilgoci. Stanowi on cykl krążenia wody w przyrodzie, na który składają się procesy związane z transportem oraz przemianami fazowymi wody. Woda w fazie stałej w atmosferze przybiera najczęściej postać kryształków lodowych, bądź płatków śniegu w chmurach. Te elementy spadające na powierzchnię Ziemi tworzą pokrywę śnieżną, bądź zasilają lodowce. W glebie woda w fazie stałej przybiera postać lodu.
Z ogólnej objętości 1390 mln km3 znajdującej się na powierzchni Ziemi prawie 1370 mln km3 znajduje się w morzach, ponad 20 mln km3 w śniegach i lodach. Niespełna pół miliona w rzekach, jeziorach, bagnach, oraz we wnętrzu skorupy ziemskiej. W tej ogromnej ilości wody znajdującej się w przestrzeni geograficznej tylko niewielka jej część krąży w sferze krajobrazowej i tworzy tzw. obieg wody w przyrodzie. Pewna ilość wody krąży stale pomiędzy atmosferą, hydrosferą a litosferą, przenosząc się z jednego środowiska do drugiego.
Podane wartości dotyczą wielkiego obiegu wody pomiędzy oceanami i morzami, lądem a atmosferą. Wartości te nie mogą być jednak dokładne, gdyż nie uwzględniają tzw. małego obiegu wody, tzn. wód retencyjnych zatrzymywanych czasowo w postaci pokrywy śnieżnej i lodowej, wody zatrzymanej w bagnach, mokradłach, jeziorach, w postaci wszelkiego rodzaju wód podziemnych oraz zatrzymanych przez rośliny. Retencja jest to zdolność do gromadzenia zasobów wodnych i przetrzymywania ich przez dłuższy czas w środowisku.
Zjawisko to może przyjmować różny charakter. Kiedy woda jest retencjonowana na powierzchni Ziemi zachodzi wtedy retencja powierzchniowa. Jeśli natomiast woda zatrzymuje się pod powierzchnią terenu w takim przypadku występuje retencja podziemna. Formą retencji są więc pokrywy śniegowe oraz wszelkie pokrywy lodowe na powierzchni ziemi. Zdolność zatrzymania wody przez dany obszar zależy głównie od rzeźby terenu, przepuszczalności podłoża, od pokrycia terenu szatą roślinną, a także od klimatu. Na powierzchni Ziemi tworzy on czasze lodowe okołobiegunowe, lodowce górskie, góry, pola lodowe, czy też pokrywę lodową. Woda w fazie ciekłej pokrywa 71 % powierzchni naszej planety. Gazowa faza wody, czyli para wodna występuje w największych ilościach w dolnych warstwach atmosfery, głównie przy jej styku z powierzchniami parującymi czyli oceanami, gruntem i szatą roślinną.
Całkowita ilość wody w przyrodzie nie zmienia się. Istnieje równowaga pomiędzy ilością wody, która paruje a ilością wody opadowej. Straty równoważone są przez zyski, natomiast ich zestawienie nazywa się bilansem wodnym.
Bilans wodny obszarów naturalnych można wyrazić następującym wzorem:
P = E + H
gdzie:
P - opady atmosferyczne, jedyne źródło wody dostarczanej do ekosystemu
E -parowanie wody z podłoża oraz oddychanie roślin
H – odpływ wody rzekami.
Woda zostaje odprowadzona z danego terenu można go podzielić na odpływ powierzchniowy a więc wodę, która spływa po powierzchni ziemi np. do rzek, oraz odpływ podziemny czyli wodę, która wsiąka w podłoże a następnie przemieszcza się w warstwach skalnych
Na poszczególnych obszarach lądowych kuli ziemskiej jest jednak różna relacja pomiędzy ilością wody przybywającej a ubywającej. Gdy wody więcej przybywa niż ubywa, to na danym obszarze jest bilans dodatni, w sytuacji odwrotnej bilans jest ujemny. Zależy to w głównej mierze od klimatu. Bardziej obfite opady zwiększają dopływ wody, ale też powodują jej zwiększony odpływ. Na terenach o dużej ilości opadów bilans jest dodatni. Wysoka temperatura powietrza powoduje intensywne parowanie, sprzyjając istnieniu obszarów o niedoborze wody i tworzeniu się pustyń. Stromość stoków górskich powoduje zwiększenie spadku rzek i tym samym zwiększenie i przyspieszenie odpływu, który często jest większy od ilości wody przybywającej w postaci dużych opadów. W dużym stopniu bilans jest regulowany przez roślinność, która zatrzymuje nadmiar wody.
Bilans wodny
|
Dodatni |
Ujemny 
|
|---|---|
|
w ciągu roku hydrologicznego więcej wody przybywa niż ubywa |
w ciągu roku hydrologicznego więcej wody ubywa niż przybywa |
|
|
Do obszarów o ujemnym bilansie wodnym należy zaliczyć: pustynne i sawannowe obszary Afryki, środkową Azję, Półwysep Arabski, zachodnią i środkową Australię, rejony górskie u wybrzeży Ameryki Północnej i Południowej. Taki stan obserwujemy na obszarach równikowych. Bilans ujemny występuje wówczas, kiedy więcej wody ubywa, niż przybywa no. Na Saharze, pustyni Gobi czy na pustyniach Australii.
Wody oceaniczne i powierzchniowe na lądach, a także zawarte w glebie, parują, dostarczając parę wodną atmosferze. Dostarcza jej również proces oddychania (transpiracji) roślin, wybuchy wulkanów. Para wodna w atmosferze przemieszcza się wraz z ruchami powietrza. Ulega ona kondensacji i skropleniu. Powstają chmury złożone z kropel wody i/lub kryształków lodu. Z niektórych chmur powstają opady. W postaci deszczu, śniegu, gradu lub osadu woda powraca na powierzchnię Ziemi.
Tu część wód opadowych bezpośrednio zasila oceany i lądowe zbiorniki wodne, część spływa po powierzchni lądów (spływ powierzchniowy), docierając za pośrednictwem rzek do oceanów lub kończąc swój bieg w obszarze bezodpływowym, a część wsiąka, dostarczając wilgoci glebie i zasilając wody podziemne. Z kolei przemieszczające się wody podziemne (spływ podziemny), zwykle za pośrednictwem źródeł zasilają wody powierzchniowe.
Intensywność poszczególnych elementów obiegu związana jest z dopływem ciepłą, cyrkulacją atmosferyczną, oraz z charakterem podłoża. Parowanie jest to proces polegający na oderwaniu się cząsteczek pary wodnej od powierzchni cieczy, wilgotnych powierzchni ciał stałych., oraz przenikaniu tych cząsteczek do otoczenia. Pewna część z nich powraca jednak na powierzchnię parującą. Kiedy liczba cząsteczek uchodzących jest większa, niż powracających wtedy powietrze jest nienasycone parą wodną. Jeżeli jednak ilość tych cząsteczek jest wyrównana następuje stan nasycenia parą wodną.
Przy dalszym zwiększaniu zawartości pary wodnej w powietrzu następuje przesycenie nią powietrza. W stanie tym bardzo często następuje kondensacja pary wodnej, czyli przejścia wody ze stanu gazowego w ciekły. Jak już wcześniej zaznaczono intensywność procesu parowania zależy od temperatury otoczenia i ciała parującego, a także od wilgotności powietrza i ciśnienia atmosferycznego. Wzrost temperatury i prędkości wiatru przyspiesza parowanie. Wilgotne otoczenie i wysokie ciśnienie osłabiają proces parowania. Pomiary parowania bezpośrednio z powierzchni gruntu są dosyć trudne.
Przyrząd do mierzenia intensywności parowania z powierzchni wodnych to ewaporometr. Podczas procesu parowania cząsteczki pary wodnej czerpią energię z otoczenia, bądź wykorzystują zapas energii własnej. Zawartość pary wodnej w suchych rejonach może być ona tak mała, że aż trudna do pomiaru. Zawartość pary wodnej w powietrzu, a więc jego wilgotność zależy od warunków fizyczno- geograficznych danego miejsca, pory roku, pory dnia, a także od charakteru pogody.
W ujęciu ogólnego bilansu Ziemi ilość wody zasilającej opadami jest średnio równa ilości wody parującej. Na ziemi istnieją obszary dodatniego, bądź ujemnego bilansu hydrologicznego, które zaburzają ogólny bilans wodny. Nadmiar, bądź niedobór wody jest wyrównany przez cyrkulacje wód, oraz przez cyrkulację atmosferyczną.
Obieg wody w przyrodzie
