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물의 순환

Water cycle
전지구 물 순환

수문학적 순환 또는 수문학적 순환으로도 알려진 물의 순환지구 표면 위, 아래에서의 물의 지속적인 움직임을 설명하는 생물 지구 화학적 순환이다.지구의 물의 질량은 시간이 지남에 따라 상당히 일정하게 유지되지만, 얼음, 담수, 염수(염수)대기주요 저장소로 분할되는 것은 광범위한 기후 변수에 따라 가변적이다.물은 증발, 응결, 강수, 침윤, 지표 유출 및 지하 흐름의 물리적 과정에 의해 에서 바다로, 또는 바다에서 대기로 한 저수지에서 다른 저수지로 이동한다.그렇게 함으로써, 물은 다양한 형태를 거친다: 액체, 고체 그리고 증기.

물의 순환은 에너지의 교환을 수반하며, 이것은 온도 변화를 이끈다.물이 증발할 때, 그것은 주변의 에너지를 흡수하고 환경을 냉각시킨다.응축되면 에너지를 방출하고 환경을 따뜻하게 한다.이러한 열 교환은 기후에 영향을 미칩니다.

순환의 증발 단계는 물을 정화시켜 땅에 담수를 보충한다.액체 상태의 물과 얼음의 흐름은 전 세계로 광물을 운반한다.그것은 또한 침식과 침전포함한 과정을 통해 지구의 지질학적 특징을 재구성하는 데 관여한다.물의 순환은 또한 지구상의 대부분의 생명체와 생태계를 유지하기 위해 필수적이다.

묘사

물의 순환을 이끄는 태양은 바다와 바다의 물을 데운다.물은 수증기로서 공기 중으로 증발한다.일부 얼음과 눈은 수증기로 직접 승화한다.증발 증산은 식물에서 증발하여 흙에서 증발하는 이다.분자
2
HO는 대기의 주요 성분인 질소(N
2
)와 산소(O
2
)보다 분자량이 작기 때문에 밀도가 낮다.
밀도의 큰 차이로 인해 부력은 습한 공기를 더 높게 만듭니다.고도가 높아지면 공기압이 감소하고 온도가 떨어집니다(기체 법칙 참조).낮은 온도는 수증기가 공기보다 무겁고 상승 기류에 의해 지지되지 않는 한 떨어지는 작은 액체 물방울로 응축되게 합니다.대기 중 넓은 영역에 걸쳐 이러한 물방울의 엄청난 농도는 구름으로 보이는 반면, 지면 근처의 응결은 안개라고 불립니다.

대기 순환은 수증기를 지구로 이동시킨다; 구름 입자는 충돌하고 자라며 강수량으로 대기 상층부에서 떨어진다.일부 강수량은 눈, 우박, 진눈깨비로 내려 수천 년 동안 얼어붙은 물을 저장할 수 있는 만년설빙하에 쌓일 수 있다.대부분의 물은 비가 다시 바다나 육지로 내리면서 지표면 유출로 땅 위를 흐른다.이 유출물의 일부는 강으로 흘러들어가고, 흐름은 물을 바다로 이동한다.지하수(지하수)에서 나오는 유출수와 물은 호수에 담수로 저장될 수 있다.모든 유출물이 강으로 흘러드는 것은 아니다; 많은 유출물이 침투하면서 땅속으로 스며든다.어떤 물은 땅속 깊숙이 침투하여 대수층을 보충하는데, 이것은 오랜 시간 동안 담수를 저장할 수 있다.일부 침투는 지표면 근처에 남아 지하수 방류로 지표수(및 바다)로 다시 스며들 수 있습니다.일부 지하수는 지표면에서 틈새를 발견하여 민물샘으로 떠오른다.하천 계곡과 범람원에서는 종종 저압대의 지표수와 지하수 사이에 지속적인 물 교환이 있다.시간이 흐르면서, 물은 물의 순환을 계속하기 위해 바다로 돌아간다.

심층수 재활용

깊은 물의 순환(지질학적 물의 순환이라고도 함)은 지구의 맨틀과 섭입대와 화산 활동을 통해 물을 교환하는 것으로, 수문 [2]순환의 행성 표면 위 및 표면에서 물의 순환과 구별됩니다.

깊은 물의 재활용 과정은 중간 해양 능선에서 방출되는 물에 의해 균형을 이루는 해양 판을 전도함으로써 맨틀로 물이 들어가는 것을 포함합니다.[2]이것은 지구 내부와 외기권 사이의 장기적인 물 교환과 수성 [3]광물에 결합된 물의 운송에 대한 이해의 중심 개념이다.

지구 [2]해수면에 영향을 미칠 수 있는 메커니즘 중 하나로 심층수 재활용의 불균형이 제시되었다.

과정

물의 움직임과 상변화를 일으키는 과정
강수량
지구 표면에 떨어지는 응축 수증기.대부분의 강수량은 로서 발생하지만 눈, 우박, 안개 방울, 그루펠, [4]진눈깨비포함된다.매년 약 505,000km3(121,000cumi)의 물이 강우량으로 떨어지며,[5][6] 이 중 3983,000km(95,000cumi)가 바다 위로 내린다.육지에 내리는 비는 연간 107,000km3(26,000cumi)의 물을 포함하고 있으며3 눈은 1,000km(240cumi)[6]에 불과하다.지구 강수량의 78%는 [7]바다에서 발생한다.
침강미네랄 하이드레이션
바닷물은 균열과 기공을 통해 해양 암석권으로 침투하고 지각과 맨틀의 미네랄과 반응하여 결정 [8]구조에 물을 저장하는 수성 광물(예: 뱀)을 형성합니다.물은 전도성 슬래브의 수성 광물을 통해 깊은 맨틀로 운반된다.섭입하는 동안, 스펜틴과 같은 슬래브에 있는 일련의 광물들은 슬래브 지열 내에서 다양한 압력으로 안정될 수 있고, 상당한 양의 물을 지구 [9]내부로 운반할 수 있습니다.플레이트가 가라앉고 가열될 때 방출된 유체는 지진성을 유발하고 전도된 플레이트 내부와 오버헤드 맨틀 웨지에서 용융을 유도할 수 있습니다.이런 유형의 용융은 휘발성 물질을 선택적으로 집중시켜 위판 안으로 운반합니다.만약 폭발이 일어나면, 그 순환은 휘발성 물질을 바다와[10] 대기로 돌려보낸다.
캐노피 가로채기
식물 잎에 의해 가로채진 강수는 결국 땅으로 떨어지기 보다는 대기로 다시 증발한다.
눈이 녹다
눈이 녹아서 생긴 유출물.
결선투표
물이 육지를 가로질러 이동하는 다양한 방법들.여기에는 지표면 유출과 채널 유출이 모두 포함됩니다.물이 흐를 때, 물은 땅으로 스며들거나, 공기 중으로 증발하거나, 호수나 저수지에 저장되거나, 농업이나 다른 사람의 사용을 위해 추출될 수 있다.
침투
지면에서 지상으로의 물의 흐름.일단 침투하면 물은 토양 수분이나 지하수가 [11]된다.하지만, 물의 안정 동위원소를 사용한 최근의 세계적인 연구는 모든 토양 수분이 지하수 충전이나 식물 [12]증식에 동등하게 이용 가능한 것은 아니라는 것을 보여준다.
지표면 하류
지하, 바도스 존과 대수층에서의 물의 흐름.지표면 아래 물은 표면으로 되돌아오거나(예: 스프링 또는 펌프를 통해) 최종적으로 바다로 스며들 수 있다.물은 중력이나 중력에 의한 압력에 의해 침투한 곳보다 낮은 고도에서 지표면으로 돌아옵니다.지하수는 천천히 이동하는 경향이 있고 천천히 보충되기 때문에 수천 년 동안 대수층에 머물 수 있다.
증발
물이 땅이나 수역에서 수면 [13]위로 이동할 때 액체에서 기체로 변환됩니다.증발을 위한 에너지의 원천은 주로 태양 복사이다.증발은 종종 암묵적으로 식물로부터의 증산을 포함하지만, 그것들은 함께 구체적으로 증발 증산이라고 불립니다.연간 총 증발량은 물의 약 5053,000km(121,000cumi)에 달하며, 이 중 4343,000km(104,000cumi)는 [5]바다에서 증발한다.지구 증발의 86%는 바다에서 [7]발생한다.
승화
액체 [14]상태를 통과하면 고체 물(눈 또는 얼음)에서 수증기로 직접 변화합니다.
퇴적
이것은 수증기가 얼음으로 직접 바뀌는 것을 말한다.
이류
대기를 [15]통과하는 물의 움직임.이류가 없으면 바다 위로 증발한 물은 육지로 침전될 수 없다.
응축
수증기의 공기 안에 액체 수분을 물방울들에 대한 변환, 구름과 안개를 생성한다.[16]
증산
수증기의 식물과 흙에서 대기에 방출하는 것이.
Percolation
중력의 영향을 받은 토양과 바위 수직에서 물 흐른다.
판 구조론
물은 해양 지각의 삭감을 통해 맨틀에 들어간다.표면에 화산 활동을 통해 물은 돌아온다.

물의 순환 이러한 과정들에서 많은 것을 포함한다.

체류시간

저수지 거주번 평균[17]
저장고 평균 체류 시간
남극 대륙 2만년
넘쳐나는 3,200년
빙하 20~100년
계절 눈 덮개 2 ~ 6개월
토양 수분 1~2개월
지하수: 얕음 100~200년
지하수: 깊이 만 년
호수(호수 유지 시간 참조) 50~100년
2 ~ 6개월
대기. 9일

수문학적 사이클 내의 저장소의 체류 시간은 물 분자가 저장소에서 보내는 평균 시간입니다(인접참조).그것은 그 저수지의 평균 수명에 대한 척도이다.

지하수는 떠나기 전에 지구 표면 아래에서 10,000년 이상을 보낼 수 있다.특히 오래된 지하수는 화석수라고 불린다.토양에 저장된 물은 지구에 얇게 퍼지고 증발, 증산, 하천 흐름 또는 지하수 재충전에 의해 쉽게 손실되기 때문에 매우 잠깐 동안 그곳에 남아 있다.증발 후 대기 중 체류 시간은 응축되어 지구로 강수량이 되기 약 9일 전이다.

남극 대륙과 그린란드 등 주요 빙상은 매우 오랫동안 얼음을 저장합니다.남극 대륙의 얼음은 평균 거주 기간이 더 [18]짧지만 현재로부터 80만 년 전으로 확실히 거슬러 올라갑니다.

수문학에서는 두 가지 방법으로 [citation needed]체류시간을 추정할 수 있다.보다 일반적인 방법은 질량 보존 원칙( 균형)에 의존하며, 주어진 저수지의 물의 양이 대략 일정하다고 가정한다.이 방법을 사용하면 저수지의 부피를 저수지에 물이 들어오거나 나가는 속도로 나누어 체류 시간을 추정할 수 있다.이는 개념적으로 물이 나오지 않을 경우 저장소가 빈 상태에서 채워지는 데 걸리는 시간(또는 물이 들어가지 않을 경우 저장소가 완전히 비워지는 데 걸리는 시간)과 동일합니다.

지하수 연대 측정으로 인기를 끌고 있는 거주 시간을 추정하는 다른 방법은 동위원소 기술을 사용하는 것이다.이것은 동위원소 수문학의 하위 분야에서 행해진다.

시간 경과에 따른 변화

연 평균 일사에 의해 강제되는 균일한 "슬랩-오션" 하한 경계(열 용량이 작은 포화 표면)를 가진 대기 GCM(GFDL의 AM2.1)의 아쿠아 행성 버전에서 시뮬레이션한 위도의 함수로서의 시간 평균 강수 및 증발.
연간 평균 증발량을 위도 경도에 따른 강수량을 뺀 글로벌 지도

물의 순환은 수권 전체에 걸쳐 물의 움직임을 이끄는 과정을 설명합니다.하지만, 실제로 순환을 통해 이동하는 것보다 훨씬 더 많은 물이 장기간에 걸쳐 "저장"되어 있습니다.지구상에 있는 대부분의 물의 저장고는 바다이다.세계 물 공급량 3억3천250만 mi3(13억8천600만 km3) 중 약 3억2천100만 mi3(13억3천800만 km3)가 바다에 저장되어 있는 것으로 추정되고 있다.또한 바다는 물의 [19]순환으로 들어가는 증발수의 약 90%를 공급하는 것으로 추정된다.

추운 기후 기간 동안, 더 많은 만년설과 빙하가 형성되고, 세계 물 공급의 충분한 양이 얼음으로 축적되어 물 순환의 다른 부분의 양을 감소시킨다.따뜻한 시기에는 그 반대입니다.지난 빙하기 동안, 빙하는 지구 육지의 거의 3분의 1을 덮었고, 그 결과 바다는 오늘날보다 약 122m(400피트) 낮았다.약 125,000년 전 마지막 지구 온난화 기간 동안, 바다는 지금보다 약 5.5미터(18피트) 더 높았다.약 3백만 년 전만 해도 바다는 50미터까지 [19]높아졌을 것이다.

기후 변화


2007년 정부간 기후변화패널(IPCC) 요약에서 제시된 과학적 합의는 모든 [20]지역에서 강수량이 증가하는 것을 의미하는 것은 아니지만 21세기 내내 물의 순환이 계속 심화될 것이라는 것이다.아열대 육지(이미 비교적 건조한 지역)에서는 21세기 동안 강수량이 줄어들어 가뭄 발생 가능성이 높아질 것으로 예상된다.건조는 서브트로픽의 극방향 가장자리 부근(예: 지중해 분지, 남아프리카, 호주 남부, 미국 남서부)에서 가장 강할 것으로 예상된다.연간 강수량은 현재의 기후에서 습도가 높은 적도 부근에서 증가할 것으로 예상된다.이러한 대규모 패턴은 IPCC의 제4차 평가의 일환으로 여러 국제 연구 센터에서 실시된 거의 모든 기후 모델 시뮬레이션에서 나타난다.수문학적 변동성과 기후의 변화가 증가하는 것이 수문학적 주기, 물 가용성, 물 수요 및 지구, 지역,[21] 유역 및 지역 수준에서 물 할당에 의해 물 분야에 심각한 영향을 미쳤으며 앞으로도 계속 영향을 미칠 것이라는 충분한 증거가 있다.1950년부터 2000년까지의 표면 해양 염도를 바탕으로 2012년에 사이언스에 발표된 연구는 염분 지역이 염분이 많아지고 신선한 지역이 그 기간 [22]동안 더 신선해지면서 지구 물 순환이 심화될 것이라는 예측을 뒷받침한다.

기본적인 열역학 및 기후 모델에 따르면 건조한 지역은 온난화에 반응하여 건조해지고 습한 지역은 더 습해질 것입니다.강우 및 증발에 대한 희박한 표면 관측에서 이러한 장기적 반응을 감지하려는 노력은 여전히 모호하다.우리는 해양 염도 패턴이 물의 순환이 심해지는 식별 가능한 지문을 나타낸다는 것을 보여준다.우리가 50년간 관찰한 지구 표면 염도 변화는 지구 기후 모델의 변화와 결합되어 표면 온난화 1도당 8 ± 5%의 비율로 지구 물 순환이 심화되고 있다는 강력한 증거를 제시한다.이 비율은 현재 세대의 기후 모델에 의해 예측된 응답률의 두 배이며, 향후 2° ~ 3° 온난화 [23]세계에서 지구 물 순환이 상당히(16 ~ 24%) 강화될 것임을 시사한다.

2011년 6월에 발사된 SAC-D 위성 아쿠아리우스가 운반한 기구는 지구 해수면의 염도[22][24]측정했다.

빙하 퇴각은 또한 강수로부터 빙하에의 물의 공급이 녹고 승화로 인한 물의 손실을 따라가지 못하는 변화하는 물의 순환의 한 예이다.1850년 이후 빙하 퇴각[25]광범위했다.

차수 표면과 표면 유출의 관계

인간 활동

물의 순환을 바꾸는 인간의 활동은 다음과 같다.

기후에 미치는 영향

물의 순환은 태양 에너지로 구동된다.지구 증발의 86%는 바다에서 발생하며 증발 [26]냉각에 의해 온도가 낮아집니다.냉각이 없을 경우 증발 효과가 온실 효과에 미치는 영향은 67°C(153°F)의 표면 온도를 훨씬 더 높이고 행성을 [27]더 따뜻하게 만들 것이다.

대수층 강하 또는 과다 인출과 화석수의 펌핑은 수권 내 물의 총량을 증가시키며 해수면 [28]상승의 한 요인으로 간주되어 왔다.

생물 지구 화학적 순환에 미치는 영향

물의 순환 자체가 생물 지구 화학적 순환인 반면, 지구 위나 지하의 물의 흐름은 다른 생물 지구 화학적 [29]순환의 핵심 요소이다.유출은 육지에서 [30]물체침식된 침전물과 거의 모든 운송에 책임이 있다.바다의 염도는 육지에서 용해된 소금의 침식과 수송에서 나온다.호수의 문화적 부영양화는 주로 인에 기인하며, 비료농경지에 과도하게 적용된 후 육지와 하류로 운반된다.유출과 지하수 흐름 모두 육지에서 물체로 [31]질소를 운반하는 데 중요한 역할을 한다.미시시피강 출구에 있는 사지대는 비료에서 나온 질산염이 농경지에서 흘러나와 멕시코만으로 흘러내린 결과입니다.유출은 또한 침식된 암석과 [32]토양의 운반을 통해 탄소 순환의 한 부분을 담당한다.

지질학적 시간에 따른 느린 손실

행성 대기의 상층부에 있는 유체역학 바람은 수소 같은 가벼운 화학 원소가 대기권의 하한선인 엑소베이스로 올라가게 하는데, 여기서 기체는 탈출 속도에 도달할 수 있고, 다른 가스 입자에 영향을 미치지 않고 우주 공간으로 들어갈 수 있다.행성에서 우주로 가스 손실이 발생하는 것을 [33]행성풍이라고 한다.고온의 저층 대기를 가진 행성은 [34]수소의 손실을 가속화하는 습한 상층 대기를 만들 수 있다.

수문 순환 이론의 역사

부유 땅덩어리

고대에는 땅덩어리가 수역에 떠다니고, 하천의 물은 대부분 땅속에 기원이 있다고 널리 알려져 있었다.이 믿음의 예는 호메로스의 작품에서 찾을 수 있다.

히브리어 성경

고대 근동에서 히브리 학자들은 강이 바다로 흘러들어가더라도 바다가 결코 가득 찬 적이 없다는 것을 관찰했다.어떤 학자들은 이 시기에 물의 순환이 완전히 묘사되었다고 결론짓는다: "바람은 남쪽으로 가고, 북쪽으로 돌아간다; 바람은 끊임없이 돌고, 바람은 그것의 순환에 따라 다시 돌아온다.모든 강은 바다로 흘러들어가지만 바다는 가득하지 않다.강물이 나오는 곳으로 다시 돌아온다."(전서 1:6-7)[35]대부분의 학자들은 다윗과 밧세바의 아들인 솔로몬 왕의 시기를 가리키지만, 복음서의 날짜에 대해서는 동의하지 않는다. "3천년 전,[35] 그 시기는 기원전 [36]962년에서 922년 사이라는 것에 어느 정도 동의한다.또한 구름이 가득 찼을 때 지구에 비를 비우는 것도 관찰되었다(전 11:3).게다가 기원전 793-740년 동안 히브리 예언자 아모스는 물이 바다에서 나와 땅 위에 쏟아진다고 말했다.[37]

기원전 [36]7세기에서 2세기 사이의 성경에 따르면, "그가 [35]물방울을 작게 만들었기 때문에: 그들은 그 수증기에 따라 비를 내립니다; 구름은 인간을 많이 떨어뜨리고 증류시킵니다." (잡 36:27-28).

강수 및 침투

기원전 4세기 힌두 서사시 라마야나아디트아흐리데이암(태양신에게 바치는 찬가)에는 태양이 물을 데워 비로 내린다는 내용이 22절에 나온다.기원전 500년경, 그리스 학자들은 강물의 많은 부분이 비에 의한 것이라고 추측하고 있었다.비의 기원도 그때까지 알려져 있었다.그러나, 이러한 학자들은 땅을 통해 솟아오르는 물이 강에 크게 기여한다고 믿었다.이러한 생각의 예로는 아낙시만데르 (기원전 570년)와 콜로폰의[38] 크세노파네스 (기원전 530년)[39]가 있다.치니쯔(기원전 320년)와 루시춘추(기원전 239년) 같은 중국 학자들은 비슷한 [40]생각을 갖고 있었다.물의 순환이 닫힌 순환이라는 생각은 Clazomenae의 Anaxagoras (기원전 460년)와 Apolonia의 Diogenes (기원전 460년)의 작품에서 찾을 수 있다.플라톤 (기원전 390년)과 아리스토텔레스 (기원전 350년) 다 물의 순환의 일부로서 침투에 대해 추측했다.아리스토텔레스는 그의 저서 '기상학'에서 태양이 지구의 수력 순환에 영향을 미쳤다는 가설을 올바르게 세웠으며, "그것에 의해 [태양의] 가장 아름답고 달콤한 물은 매일 올라가고 수증기로 용해되어 다시 추위에 의해 응축되어 지구로 돌아오는 상층부로 올라갑니다."라고 썼다.구름에서 냉각되고 응축된 [41][42]수증기로 구성되었다.

강수량만

르네상스 시대까지는 강수량만으로는 완전한 물 순환을 위해 강을 공급하기에 부족했고, 바다에서 위로 밀려오는 지하수가 강물의 주요 원인이었다고 여겨졌다.영국의 바르톨로뮤는 레오나르도 다빈치와 아타나시우스 키르처(1644 CE)가 그랬듯이 이 견해를 가지고 있었다.

강우량만으로도 충분하다고 주장한 최초의 출판된 사상가는 버나드 팰리시(1580 CE)로, 그는 종종 물 순환의 현대 이론의 "발견자"로 여겨진다.Palissy의 이론은 일반적으로 Pierre Perrault의 연구에서 1674년까지 과학적으로 검증되지 않았다.그럼에도 불구하고, 이러한 믿음은 [43]19세기 초까지 주류 과학에서 받아들여지지 않았다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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