Νερό το συστατικό της ζωής

Το νερό ως φυσικός πόρος

Το νερό είναι ένα από τα βασικά συστατικά της ζωής. Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται στα περίπου δύο τρίτα του από νερό, ανάλογα με το μέγεθος του σώματος και την ηλικία. Οι πιο πολλοί οργανισμοί στα βασίλεια των ζώων και των φυτών βασίζονται στο νερό για να πραγματοποιήσουν τις απαραίτητες βιοχημικές αντιδράσεις, προκειμένου να επιβιώσουν.
Εκτός από τις χρήσεις του νερού ως πόσιμο και για την καθαριότητα, οι άνθρωποι επίσης χρησιμοποιούν το νερό για άρδευση. Οι λίμνες, τα ποτάμια και οι θάλασσες αποτελούν τόπο διαμονής των ψαριών, τα οποία είναι άλλη μια πηγή τροφής για τους ανθρώπους.

Το νερό διαδραματίζει επιπλέον περιβαλλοντικό ρόλο. 

Επειδή μπορεί να απορροφήσει μεγάλες ποσότητες θερμότητας πριν αυξηθεί η θερμοκρασία του (θερμοχωρητικότητα), οι ωκεανοί της Γης ρυθμίζουν την θερμοκρασία του πλανήτη. 

Επιπλέον, οι ωκεανοί έχουν μεγάλη ικανότητα αποθήκευσης του CO2, γεγονός που έχει ζωτική σημασία στις μέρες μας, με την αλλαγή του κλίματος και την παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται από το φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Ακόμα κι αν υπάρχει πολύ νερό στον πλανήτη, πολύ λίγο είναι πραγματικά διαθέσιμο στους ανθρώπους. 

Περίπου 97% του συνόλου των υδάτων βρίσκεται στους ωκεανούς, το οποίο είναι υπερβολικά αλμυρό για πόσιμο. 

Από το υπόλοιπο 3%, τα δύο τρίτα βρίσκονται στους πάγους και τους παγετώνες, ή είναι κατεψυγμένα, αφήνοντας μόνο 1% που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τους ανθρώπους. Το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του πάγου στη Γη, περίπου το 90%, βρίσκεται στην Ανταρκτική, ενώ οι πάγοι της Γροιλανδίας περιέχουν το υπόλοιπο 10% της παγκόσμιας μάζας πάγου. Στη Γροιλανδία το μέσο πάχος πάγου είναι 1.500 μέτρα, αλλά μπορεί να μπορεί να φτάσει και τα 4.300 μέτρα.

Το νερό γίνεται όλο και πιο σπάνιο αγαθό, και υπάρχουν αρκετές προειδοποιήσεις ότι η επόμενη παγκόσμια σύγκρουση θα μπορούσε να γίνει για την κυριαρχία των υδάτινων πόρων.

Επειδή το νερό είναι τόσο πολύτιμο, είναι πολύ σημαντικό να γίνει σωστή διαχείριση, με την ελαχιστοποίηση των ζημιών και την αποφυγή της μόλυνσης του, διασφαλίζοντας ότι ο κύκλος του νερού θα συνεχίζεται.

Ο Κύκλος του Νερού

Ο υδρολογικός κύκλος, ή αλλιώς ο κύκλος του νερού, είναι η διαδρομή που κάνει το νερό από τον ουρανό, στην επιφάνεια της γης και κάτω από το έδαφος, πριν ανέβει και πάλι στην επιφάνεια και κινηθεί προς τον ουρανό.

 Το νερό της Γης είναι πάντα σε κίνηση και πάντα σε αλλαγή, από την υγρή μορφή στην αέρια ή σε πάγο ξανά και αντίστροφα. Ο κύκλος του νερού λειτουργεί εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια. Η ζωή στη Γη εξαρτάται απ’ αυτόν. Η Γη θα ήταν πολύ αφιλόξενο μέρος για τη ζωή χωρίς τον υδρολογικό κύκλο.

Υπάρχουν πέντε βασικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια του κύκλου του νερού:

1. Ξεκινώντας με τα σύννεφα, το νερό φθάνει στην επιφάνεια της Γης με τη μορφή των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων (βροχή, χιόνι ή πάγος/χιονόνερο, χαλάζι).
2. Το νερό που φθάνει στην επιφάνεια της Γης απορροφάται από το έδαφος (υπόγεια νερά) και προχωράει προς τα υπόγεια στρώματα του εδάφους (κατείσδυση ή διήθηση), ή ρέει υπόγεια, συναντώντας τα ποτάμια και φθάνοντας τελικά στις λίμνες ή τον ωκεανό.
3. Όταν το έδαφος είναι κορεσμένο με νερό, το περίσσιο νερό ρέει δεν μπορεί να απορροφηθεί και ρέει στις πλαγιές (απορροή), σχηματίζοντας ρέματα και ποτάμια, που τελικά φθάνουν σε μια λίμνη ή στον ωκεανό.
4. Τα νερά στο έδαφος στη συνέχεια θα πρέπει τραβιούνται προς τα πάνω στην επιφάνεια από το ριζικό σύστημα της βλάστησης, και μετατρέπονται από νερό σε υδρατμούς. Από τα φυτά διαφεύγουν μέσω των κυτταρικών μεμβρανών και τους πόρους των φύλλων (διαπνοή). Ένας άλλος τρόπος για το νερό να επανέλθει στην ατμόσφαιρα είναι μέσω της εξάτμισης. Οι υψηλές θερμοκρασίες, οι ισχυροί άνεμοι και η χαμηλή ατμοσφαιρική υγρασία, όλα συμβάλλουν στην εξάτμιση του νερού από τα υδάτινα σώματα (ποτάμια, λίμνες, ωκεανοί).
5. Τέλος, οι ατμοσφαιρικοί ατμοί σχηματίζουν σύννεφα (συμπύκνωση) και όταν επιτευχθεί μια ορισμένη πυκνότητα, το νερό πέφτει στη Γη σε μορφή βροχής.

Αποθήκευση γλυκού νερού: Γλυκό νερό στην επιφάνεια της Γης

Ένα μέρος του υδρολογικού κύκλου, που είναι προφανώς ζωτικής σημασίας για τη ζωή πάνω στη Γη, είναι το γλυκό νερό που βρίσκεται στην επιφάνεια του εδάφους. 

Το επιφανειακό νερό περιλαμβάνει:

• υδατορεύματα (ποτάμια, ρέματα ή ρυάκια)
• λίμνες, 
• ταμιευτήρες (τεχνητές λίμνες)  
• υγρότοπους γλυκού νερού (έλη)

Η ποσότητα του νερού στα ποτάμια και τις λίμνες αλλάζει συνεχώς λόγω της μεταβολής των εισροών (όπως των κατακρημνισμάτων και των παροχών των πηγών) και των εκροών (όπως της εξάτμισης και της διήθησης προς τους υπόγειους υδροφορείς).

Η ποσότητα και η θέση του επιφανειακού νερού, αλλάζει στο χρόνο και το χώρο, ως αποτέλεσμα είτε φυσικών είτε ανθρωπογενών διεργασιών.
Το επιφανειακό νερό επιτρέπει τη συνέχιση της ζωής

Όπως φαίνεται και από αυτή τη φωτογραφία του Δέλτα του Νείλου η ζωή μπορεί να ανθίσει και μέσα στην έρημο, αρκεί να υπάρχει παροχή επιφανειακού (ή υπόγειου) νερού. Το νερό στηρίζει ουσιαστικά τη ζωή στη Γη.

Το γλυκό νερό είναι σχετικά σπάνιο στην επιφάνεια της Γης. Μόνο το 3% του νερού του πλανήτη είναι γλυκό ενώ όλες οι λίμνες και τα έλη μαζί περιέχουν μόνο το 0,29% του γλυκού αυτού νερού. Το 20% του συνολικού γλυκού νερού των λιμνών και ελών βρίσκεται σε μία λίμνη, τη λίμνη Βαϊκάλη στην Ασία. Άλλο ένα 20% βρίσκεται αποθηκευμένο στις Μεγάλες Λίμνες (Huron, Michigan, και Superior) στις ΗΠΑ. Τα ποτάμια περιέχουν μόνο το 0.006% του συνολικού γλυκού νερού του πλανήτη.

Διήθηση: Η προς τα κάτω κίνηση του νερού από την επιφάνεια προς τα εδαφικά στρώματα και τα πετρώματα
Το υπόγειο νερό ξεκινά ως κατακρήμνισμα. Παντού στον κόσμο, τμήμα του νερού που πέφτει ως βροχή ή χιόνι, διηθείται μέσα στο έδαφος. Η ποσότητα του νερού που διηθείται εξαρτάται από έναν αριθμό παραγόντων. 

Η διήθηση των κατακρημνισμάτων που πέφτουν πάνω στους πάγους της Γροιλανδίας μπορεί να είναι πολύ μικρή, ενώ αντίθετα, σ’ αυτή τη φωτογραφία του υδατορεύματος που χάνεται μέσα σε μια σπηλιά, στη Georgia των ΗΠΑ, όλο το νερό γίνεται κατευθείαν υπόγειο νερό!

Τμήμα του νερού που διηθείται μένει κοντά στην επιφάνεια του εδάφους και μπορεί να καταλήξει τελικά σε ένα υδατόρευμα. Ένα άλλο τμήμα του νερού, μπορεί να διηθηθεί πιο βαθιά και να τροφοδοτήσει υπόγειους υδροφορείς. Αν οι υδροφορείς είναι κοντά στην επιφάνεια και αρκετά πορώδεις, ώστε να επιτρέπουν τη γρήγορη κίνηση του νερού, μπορεί να φτιαχτούν πηγάδια και να αντληθεί νερό για διάφορες ανάγκες. Το νερό μπορεί να ταξιδέψει μεγάλες αποστάσεις ή να μείνει αποθηκευμένο υπόγεια για μεγάλα χρονικά διαστήματα πριν επανέλθει στην επιφάνεια μπαίνοντας σε ποτάμια ή τη θάλασσα.

Υπόγειο νερό

Καθώς το νερό διηθείται προς το υπέδαφος, σχηματίζει συνήθως μια ακόρεστη και μια κορεσμένη ζώνη. Στην ακόρεστη ζώνη υπάρχει νερό αλλά και αέρας στα κενά (πόρους) του εδαφικού σχηματισμού, δηλαδή τα κενά αυτά δεν είναι τελείως γεμάτα με νερό. Το άνω μέρος της ακόρεστης ζώνης είναι η εδαφική ζώνη. Η εδαφική ζώνη έχει κενά που δημιουργούνται από τις ρίζες των φυτών, τα οποία επιτρέπουν στο νερό να διηθηθεί. Το νερό στην ανώτερη αυτή ζώνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τα φυτά. Κάτω από την ακόρεστη ζώνη βρίσκεται η κορεσμένη, στην οποία το νερό γεμίζει όλους τους πόρους του εδάφους.

Αποθήκευση υπόγειου νερού: Νερό που βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια της Γης για μεγάλα χρονικά διαστήματα

Εκτός από τις καθημερινά ορατές ποσότητες νερού, υπάρχουν και τεράστιες μη ορατές ποσότητες νερού – νερού που βρίσκεται και κινείται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν το νερό αυτό εδώ και χιλιάδες χρόνια και συνεχίζουν και σήμερα να το χρησιμοποιούν κυρίως για ύδρευση και άρδευση. Η ζωή στη Γη βασίζεται στο υπόγειο νερό όπως και στο επιφανειακό.

Το αποθηκευμένο υπόγειο νερό ως μέρος του υδρολογικού κύκλου

Μεγάλες ποσότητες νερού βρίσκονται αποθηκευμένες κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Το νερό αυτό συνεχίζει να κινείται, αν και συνήθως με πολύ μικρή ταχύτητα, και συνεχίζει να αποτελεί μέρος του υδρολογικού κύκλου. 

Το περισσότερο υπόγειο νερό προέρχεται από διήθηση κατακρημνισμάτων. 

Τα ανώτερα στρώματα αποτελούν την ακόρεστη ζώνη όπου η ποσότητα του νερού αλλάζει με το χρόνο αλλά δεν γεμίζει πλήρως τους πόρους του εδάφους. Κάτω από τη ζώνη αυτή υπάρχει η κορεσμένη ζώνη όπου όλοι οι πόροι και οι ρωγμές των πετρωμάτων είναι γεμάτα νερό. Ο όρος υπόγειο νερό χρησιμοποιείται για να περιγράψει αυτή τη ζώνη. Ο χώρος αποθήκευσης του υπόγειου νερό αποδίδεται με τον όρο "υδροφορέας". Οι υδροφορείς ή τα υδροφόρα στρώματα, είναι τεράστιες αποθήκες νερού της Γης και η ζωή εκατομμυρίων ανθρώπων σε όλο τον κόσμο εξαρτάται καθημερινά από αυτούς.
Υπόγειο νερό και υδροφόρος ορίζοντας

Η παραπάνω φωτογραφία δείχνει ένα απλό πείραμα που μπορεί να κάνει κανείς σε μια παραλία εύκολα (αν και ίσως του πάρει μια ώρα κάτω απ’ τον καυτό ήλιο), σκάβοντας μια τρύπα στην άμμο. Είναι ένας παραστατικός τρόπος να παρουσιάσει κανείς το πως μετά από ένα συγκεκριμένο βάθος, το έδαφος, αν είναι αρκετά πορώδες ώστε να κρατά νερό, είναι κορεσμένο με νερό. Η επιφάνεια της λιμνούλας με το νερό μέσα στη τρύπα είναι ο υδροφόρος ορίζοντας, που στη περίπτωση αυτή είναι η προέκταση της επιφάνειας της θάλασσας. Μια και εδώ η στάθμη της θάλασσας αλλάζει λόγω της παλίρροιας, η στάθμη του νερού στη τρύπα ανεβοκατεβαίνει μαζί της. Αν υποθέσουμε ότι με ένα δοχείο προσπαθούσαμε να αδειάσουμε νερό από την τρύπα, αυτή θα ξαναγέμιζε σχεδόν αμέσως γιατί η άμμος είναι πολύ υδροπερατή, δηλαδή το νερό ρέει εύκολα μέσα στα κενά της.

Έτσι λοιπόν, η τρύπα μοιάζει με πηγάδι που δίνει πρόσβαση στο υπόγειο γλυκό νερό. Τα πηγάδια παλιότερα ήταν μικρού βάθους και για να βγάλουν νερό από αυτά χρησιμοποιούσαν κουβάδες. Σήμερα, η τεχνολογία επιτρέπει το άνοιγμα πηγαδιών, ακριβέστερα γεωτρήσεων, σε πολύ μεγαλύτερα βάθη, π.χ. εκατοντάδων μέτρων, που φτάνουν στα βαθύτερα υδροφόρα στρώματα. Η βασική ιδέα είναι όμως η ίδια με τη τρύπα στην άμμο – πρόσβαση σε νερό στην κορεσμένη ζώνη όπου οι πόροι των πετρωμάτων είναι γεμάτοι με νερό.

Εκφόρτιση υπόγειου νερού: η έξοδος του νερού από το υπέδαφος

Το υπόγειο νερό ρέει υπόγεια

Όπως προαναφέρθηκε, τμήμα των κατακρημνισμάτων διηθείται και μετατρέπεται σε υπόγειο νερό. Από το νερό που εισχωρεί στο έδαφος, ένα μέρος κινείται κοντά στην επιφάνεια και ξαναβγαίνει γρήγορα με τη μορφή απορροής προς τα υδατορεύματα, υπό την επίδραση της βαρύτητας. Όμως ένα άλλο μεγάλο μέρος συνεχίζει τη πορεία του προς βαθύτερα στρώματα. Όπως δείχνει το διάγραμμα, η κατεύθυνση και η ταχύτητα του υπόγειου νερού καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά των υδροφορέων και των στρωμάτων περιορισμού (υπεδάφια στρώματα, τα οποία διαπερνά το νερό πολύ δύσκολα ή σχεδόν καθόλου). Η υπόγεια κίνηση του νερού εξαρτάται από τη διαπερατότητα (πόσο εύκολο ή δύσκολο είναι στο νερό να κινηθεί) και από το πορώδες (την ποσότητα των κενών μέσα στο υλικό) των στρώσεων. Αν το υπεδάφιο στρώμα επιτρέπει στο νερό να κινείται σχετικά γρήγορα, αυτό μπορεί να διανύσει μεγάλες αποστάσεις στη διάρκεια μερικών ημερών. Μπορεί όμως επίσης να βυθιστεί προς βαθιούς υδροφορείς και να κάνει χιλιάδες χρόνια μέχρι να ξαναβγεί στην επιφάνεια.

Πηγές: Σημεία όπου το υπόγειο νερό βγαίνει στην επιφάνεια

Τι είναι μια πηγή;

Όταν ένας υδροφορέας γεμίζει τόσο ώστε το νερό να υπερχειλίσει προς την επιφάνεια του εδάφους, δημιουργούνται πηγές. Το μέγεθος τους κυμαίνεται από μικρές πηγές που ενεργοποιούνται μόνο μετά από δυνατές βροχές, μέχρι τεράστιες πηγές που λειτουργούν σε μόνιμη βάση και βγάζουν χιλιάδες κυβικά μέτρα νερού ανά ημέρα.

Περιοχή Επτά πηγές, Ρόδος

Πηγές μπορούν να δημιουργηθούν σε κάθε τύπου πέτρωμα, αλλά είναι συνηθέστερες σε ασβεστόλιθο και δολομίτη οι οποίοι διαλύονται από το νερό, ιδιαίτερα όταν έχουν ρωγμές. Αυτά τα πετρώματα έχουν μεγάλη διαπερατότητα και απορροφούν μεγάλες ποσότητες κατακρημνισμάτων, οπότε αυξάνεται η πιθανότητα εμφάνισης πηγών, μέσω των οποίων εξέρχεται στην επιφάνεια το νερό που είχε εισχωρήσει στα πετρώματα.
Το νερό των πηγών δεν είναι πάντα διαυγές

Το νερό των πηγών είναι συνήθως διαυγές. Υπάρχουν όμως πηγές, των οποίων το νερό έχει το "χρώμα του τσαγιού", όπως αυτή η πηγή στο Colorado των ΗΠΑ. Το κόκκινο χρώμα προκαλείται από το γεγονός ότι το υπόγειο νερό έρχεται σε επαφή με ορυκτά, όπως ο σίδηρος. Η παρουσία χρώματος στο νερό των πηγών μπορεί να δείχνει ότι το νερό περνά γρήγορα μέσα από μεγάλες υπόγειες διόδους, χωρίς να φιλτράρεται αρκετά από τα πετρώματα ώστε να φύγει το χρώμα
περισσότερα στοιχεία για τις πηγές εδώ:http://www.geo.auth.gr

πηγή:http://www.seos-project.eu
           http://water.usgs.gov/edu