كيف تسبب الطاقة دورة المياة

الماء ضروري للحفاظ على الحياة على الأرض ويساعد في ربط الأرض والمحيطات والغلاف الجوي في نظام متكامل. يشمل دورة المياه هطول الأمطار والتبخر والتجميد والصهر والتكثيف ، وهي عملية عالمية لا تنتهي تتمثل في دوران المياه من السحب إلى الأرض والمحيط والعودة مرة أخرى إلى السحب. تتصل دورة المياه هذه ارتباطا وثيقا بتبادل الطاقة بين الغلاف الجوي والمحيطات والأراضي ، والتي تحدد مناخ الأرض وتسبب الكثير من التقلبات المناخية الطبيعية .

دورة المياه

تصف دورة الماء الحركة المستمرة للمياه بين البحيرات والأنهار والمحيطات والغلاف الجوي. خلال هذه الدورة، يمكن أن يكون الماء في صورة صلبة (جليد) أو سائلة (ماء) أو غازية (بخار). قد يكون من الصعب تصور ذلك، ولكن الماء الذي تشربه اليوم هو نفس الماء الذي استخدمته الحضارات القديمة وحتى الديناصورات، وذلك لأن دورة الماء تعيد تدوير إمدادات المياه من الأرض باستمرار .

الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة على الأرض وتسهم في دورة الماء. توفر الشمس ما يحتاجه كل شيء تقريبا على الأرض، سواء كانت طاقة أو حرارة. تحدث الحرارة تبخر الماء السائل والمجمد ليتحول إلى بخار الماء، الذي يرتفع في السماء ويشكل السحب والغيوم التي تتحرك فوق الكرة الأرضية وتتساقط كأمطار وثلوج. هذه العملية جزء أساسي من دورة الماء.

الطاقة الشمسية ودورة المياه

توضح الدورة الهيدرولوجية رحلة الماء من سطح الأرض إلى الغلاف الجوي وعودتها مرة أخرى، وهذا النظام الذي يستخدم الطاقة الشمسية هو عبارة عن تبادل مستمر للرطوبة بين المحيطات والغلاف الجوي والأرض.

الشمس تتغذى على الطاقة وتسبب دورة الماء، حيث يتم تبخر الماء من المحيطات والأنهار والبحيرات وحتى البرك. يعني “التبخر” أن الماء يتحول من سائل إلى غاز، أو “بخار”، ثم يرتفع إلى الغلاف الجوي. شكل آخر من أشكال التبخر هو “التنبيب”، ويحدث عندما ينتقل الماء من خلال مسام النباتات والحيوانات إلى الغلاف الجوي. يحدث التكثيف عندما يتكاثف بخار الماء حوله ويتمسك بجزيئات صغيرة من الهواء. عندما يصبح الهواء رطبا، تصبح القطرات التي تشكل السحب أكبر وأكبر. في النهاية، يعيد “التساقط” هذه القطرات إلى الأرض كمطر أو ثلج أو مطر ثلجي، ويمكن أن تبدأ الدورة مرة أخرى .

حتى في البيئة الصحراوية الجافة ، تحدث دورة الماء ، حيث تتساقط المناطق الداخلية في القارة القطبية الجنوبية حوالي 2 بوصة من الأمطار سنويا ، ثم تهب الرياح الثلوج من الأرض وتحملها في الغلاف الجوي كجزء من دورة الماء ، وتساعد الشمس أيضا على حدوث التبخر ، مما يتسبب في تحول الثلج مباشرة إلى بخار الماء.

كيف تسبب الطاقة دورة المياة

تتم إعادة تدوير إمدادات المياه من الأرض في عملية مستمرة تسمى دورة الماء أو الهيدرولوجية، وتنتقل جزيئات الماء باستمرار من موقع إلى آخر في هذه الدورة. تعتبر دورة المياه مهمة للطقس والمناخ وجميع أشكال الحياة علىالأرض في النهاية.

تدور دورة الماء بشكل رئيسي بفضل طاقة الشمس. تبدأ هذه الطاقة الشمسية بتبخير الماء من المحيطات والبحيرات والأنهار وحتى التربة. ينتقل الماء الآخر من النباتات إلى الغلاف الجوي عبر عملية التبخير. عندما يتحول الماء السائل إلى بخار أو يتكاثف، يشكل السحب والغيوم. في النهاية، تكتسب قطرات الماء كتلة كافية للعودة إلى الأرض على شكل هطول مثل المطر.

 بعد ذلك، يتحول الترسب إلى تدفق أو مياه جوفية، ويتجه إلى الخزانات السطحية، إن دورة المياه في الأساس هي نظام مغلق، وهذا يعني أن حجم الماء الحالي في الغلاف المائي هو نفس كمية الماء التي كانت موجودة دائمًا في نظام الأرض.

دورة المياه لا تقوم بإعادة توزيع المياه حول الأرض فحسب ، بل تمتص أيضًا الطاقة الشمسية وتعيد توزيعها بين المواقع المختلفة على الأرض ،  يحدث التسخين الكامن في الغلاف الجوي للأرض كطاقة ، بشكل رئيسي من الشمس ، تتسبب في تحويل الماء السائل إلى مرحلة أخرى ، عند حدوث ذلك ، يمتص الماء السائل الطاقة ، مما يؤدي إلى تبخرها وتكوين بخار الماء.

 يتم استيعاب كميات كبيرة من الطاقة الشمسية عن طريق عملية التبخر التي تحدث بسبب التسخين الكامن، وبعد ذلك يتم نقل الطاقة إلى الغلاف الجوي عندما يتكثف بخار الماء أثناء تكون الغيوم، ويتم استخدام الإشعاع الشمسي الوارد لدفع عملية التبخر .

تترك الطاقة سطح الأرض من خلال ثلاث عمليات: من بين عمليات التبخر والتكثف والحمل الحراري وانبعاث الأشعة تحت الحمراء الحرارية، يتم توليد 25 في المائة من طاقة الأرض عن طريق التبخر والتكثف. وهناك خمسة في المائة إضافية تترك السطح عن طريق الحمل الحراري. 

أهمية المحيط في دورة المياه

يلعب المحيط دورًا رئيسيًا في هذه الدورة الحيوية من الماء ، يحتوي المحيط على 97٪ من إجمالي المياه على الكوكب ، تحدث 78٪ من الأمطار العالمية فوق المحيطات ، وهي مصدر 86٪ من التبخر العالمي ، إلى جانب التأثير على كمية بخار الماء في الغلاف الجوي وبالتالي هطول الأمطار ، فإن التبخر من سطح البحر مهم في حركة الحرارة في النظام المناخي ، يتبخر الماء من سطح المحيط ، في الغالب في البحار شبه الاستوائية الدافئة الخالية من الغيوم.

هذا يؤدي إلى تبريد سطح المحيط، وتخفف الكمية الكبيرة من الحرارة التي يمتصها المحيط جزئيا من تأثير زيادة ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى في الاحتباس الحراري، يتكاثف بخار الماء المحمل في الغلاف الجوي مثل السحب ويهطل كأمطار بعيدا عن مكان تبخره، ويؤدي بخار الماء المتكاثف إلى إطلاق حرارة كامنة، وهذا يحرك العديد من دورات الغلاف الجوي في المناطق المدارية، يعد إطلاق الحرارة الكامنة جزءا هاما من التوازن الحراري للأرض، ويجمع بين دورات الطاقة والمياه في كوكب الأرض.

مراحل دورة المياه الاربعة

يمكن تحويل نوع من الطاقة إلى نوع آخر من الطاقة، مثل تحويل الطاقة الحركية إلى الطاقة الكهربائية، أو تحويل الطاقة الكامنة إلى الطاقة الحركية.

التبخر

مع ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض بسبب تسخين الشمس، يرتفع مستوى حرارة المياه في الأنهار والبحيرات والمحيطات، ويتبخر بعض الماء إلى الغلاف الجوي ليتحول إلى بخار. كما تفقد النباتات الماء أيضًا في الغلاف الجوي من خلال أوراقها في عملية تسمى النتح.

التكثيف

عندما يرتفع بخار الماء ويتحول إلى سائل مجددًا، يشكل السحب، ويتم تحريك الغيوم حول الأرض بواسطة التيارات العالية في السماء، ويُعرف هذا العملية باسم التكثيف.

هطول الأمطار

عندما تصبح قطرات الماء في السحب كبيرة جدًا وثقيلة إلى درجة أن الهواء لم يعد قادرًا علىتحملها، فإنها تتراجع إلى الأرض، وهذا ما يسمى هطول الأمطار، وبهذه الطريقة نحصل على الأمطار أو الثلوج أو الأمطار المتجمدة .

الجمع

يتم جمع المياه المتساقطة من الأنهار والبحيرات والمحيطات، وتصبح جاهزة للبدء في دورة جديدة. ويتوقف مصير هذه المسطحات المائية على موقع تماسها بالأرض

• قد تتحطم مباشرة في النهر أو البحيرة أو المحيط .
• قد تهبط جزيئات الماء على الغطاء النباتي ثم تتبخر مرة أخرى في الهواء، أو تمتصها جذور النباتات .
• في المناطق الباردة، قد يتراكم على الأرض المواد الثلجية مثل الثلج أو الجليد أو الأنهار الجليدية، وعندما يذوب هذا الماء المتجمد، فإنه يمكن أن يتسبب في تشبع التربة بالماء أو التسرب إلى الأنهار أو البحيرات أو المحيطات .