Tiểu luận Vòng tuần hoàn nước

MỤC LỤC


Chương I. Đại cương về nước
1. Khái quát về sự hình thành nước trên Trái Đất
Học thuyết khoa học về quá trình xuất hiện của nước và sự sống trên hành tinh Trái
Đất được nhiều nhà khoa học công nhận nhất là thuyết về sự sống bắt đầu từ những dạng vật
thể vô cùng cô đọng, có tỷ trọng cực lớn tồn tại trong khoảng thời gian cách xa hiện nay như
vô tận - thuyết Vụ Nổ lớn (Big Bang). 10 tỷ năm sau vụ nổ lớn, Ngân Hà được hình thành
trong đó có Mặt trời và Trái Đất của chúng ta. Khoảng 4,4 – 4,5 tỷ năm trước đây đã có Trái
Đất với lớp vỏ cứng nằm cách Mặt Trời 150 triệu km. Từ khoảng thời gian đó Trái Đất dã
có rất nhiều thay đổi, bầu khí quyển của Trái Đất dần hình hành với lượng hơi nước dày
đặc. Hơi nước trong bầu khí quyển tạo thành mây và sinh ra mưa kéo dài hàng triệu năm.
Đây chính là nguồn gốc sinh ra các đại dương và nước trên Trái Đất. Nước có mặt làm cho
sự sống dần hình thành, cách đây 3 tỷ năm sự sống đầu tiên xuất hiện ở biển có dạng như vi
khuẩn và tảo ngày nay.

2. Đặc tính và các dạng tồn tại của nước
2.1. Đặc tính của nước
Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H 2O. Phân tử
nước bao gồm hai nguyên tử hiđrô và một nguyên tử ôxy. Về mặt hình học thì phân tử nước
có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi
so với góc lý tưởng của hình tứ diện. Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picômét.
Hai đặc tính quan trọng nhất của nước:
- Có cấu trúc nguyên tử hữu cực bất đối xứng do ôxy có độ âm điện cao hơn hiđrô.
- Có hoạt tính ion mạnh do H+ và OH- : về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính,
có thể phản ứng như một axit hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt
(OH-) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H3O+).
Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có tính
ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hòa tan của nước đóng
vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xẩy ra trong dung

dịch nước.
2
2


2.2. Các dạng tồn tại của nước
Nước tồn tại ở 3 dạng: rắn, lỏng và hơi. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước
đã được Anders Celsius dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể, nhiệt độ
nóng chảy của nước là 0 độ Celcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100 độ Celcius.
Nước đóng băng tạo thành thể rắn được gọi là nước đá. Nước đã hóa hơi được gọi là hơi
nước. Nước có nhiệt độ sôi tương đối cao nhờ liên kết hiđrô giữa các phân tử nước. Tỷ
trọng: 1 kg/lít, nhiệt dung riêng: 1 cal/gamoC.

3. Vai trò của nước
Nước tham gia vào mọi quá trình xảy ra trên Trái Đất như địa mạo, địa hóa, xói mòn
làm cho trên bể mặt Trái Đất hình thành nên các sông suối, đồng bằng,…Nước trong khí
quyển được coi là lớp áo giáp bảo vệ Trái Đất khỏi bị giá lạnh và điều hòa khí hậu, bởi vì
nước có khả năng lưu giữ và ổn nhiệt tốt hơn mặt đất và không khí.
Nước có ý nghĩa đặc biệt đối với mọi quá trình sinh học, là thành phần chính của mọi
cơ thể sống. Trung bình trong một cơ thể sồng, nước chiểm 80% trọng lượng cơ thể. Trong
các động vật bậc cao, nước chiếm 60-70%; ở các sinh vật biển như sứa và một số loài tảo,
nước chiếm tỷ lệ rất cao (khoảng 98% trọng lượng cơ thể). Những vi khuẩn ở trạng thái bào
tử hoặc sinh khí lơ lửng mà bền vững thì hàm lượng nước chỉ là 50%. Đối với con người,
nước chiếm 70% trọng lượng cơ thể. Trong cơ thể sinh vật, nước đóng vai trò như một dung
môi để thực hiện quá trình trao đổi chất và năng lượng. Ngoài thiên nhiên, thủy sinh vật
sống trong nước coi nước như là giá thể để cư trú, di chuyển và tìm kiếm thức ăn. Nước là
tấm vỏ bọc bảo vệ rất an toàn cho thủy sinh vật tránh các thay đổi đột ngột của thời tiết khắc
nghiệt trên cạn hoặc các tia bức xạ nguy hiểm từ vũ trụ và Mặt Trời.
Tóm lại nước có mặt ở tất cả các quyển của Trái Đất như khí quyển, thủy quyển, địa
quyển, sinh quyển. Nước đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển của tự nhiên

và đời sống trên hành tinh chúng ta. Vì vậy, sự hiểu biết về nước, về tinh chất lý hóa học
cũng như sự tồn tại và vận động của vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên là cơ sở để giải
quyết các vấn đề xấu do nước gây ra.

4. Lượng nước và sự phân bố của nước trên Trái Đất
Toàn bộ nước trển Trái Đất vào khoảng 1.386 triệu km 3, trong đó có khoảng trên 96%
là ở đại dương và biển. Tuy nhiên do hàm lượng muối cao nên con người không thể dùng
3
3


được cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày. Trong phần nước còn lại, phần lớn đóng băng ở 2
cực và trong các tảng băng (chiếm khoảng 2% tổng lượng nước). Lượng nước này che phủ
gần 10% bề mặt Trái Đất hiện tại. Như vậy chỉ còn khoảng 0,6% nước ngọt, bao gồm cả
nước bề mặt và nước ngầm là có thể sử dụng được. Trong tổng số nước đó con người chỉ có
thể sử dụng được khoảng 0,3% dưới dạng nước ngọt phục vụ cho các mục đích khác nhau
của mình, ngoài ra nước còn được phân bố trong khí quyển dưới dạng hơi nước khoảng
0,001% tổng lượng nước.
Biểu đồ và bảng số liệu bên dưới giải thích một cách chi tiết nước trái đất có ở đâu.
Trong tổng lượng nước ngọt trên trái đất thì 68% là băng và sông băng; 30% là nước ngầm;
nguồn nước mặt như nước trong các sông hồ, chỉ chiếm khoảng 93.100 km 3, 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.

Hình 1. Biểu đồ sự phân bố nước trên Trái Đất

Nguồn nước

Bảng. Ước tính phân bố nước toàn cầu
Thể tích nước

Thể tích nước
Phần
tính bằng km3
tính bằng dặm
trăm của

Phần trăm
của tổng

4
4


khối mi3

nước
ngọt

lượng nước

Đại dương, biển,
1.338.000.000
321.000.000
-96,5
và vịnh
Đỉnh núi băng,
sông băng, và
24.064.000
5.773.000
68,7

1,74
vùng tuyết phủ
vĩnh cửu
Nước ngầm
23.400.000
5.614.000
-1,7
Ngọt
10.530.000
2.526.000
30,1
0,76
Mặn
12.870.000
3.088.000
-0,94
Độ ẩm đất
16.500
3.959
0,05
0,001
Băng chìm và
băng tồn tại vĩnh
300.000
71.970
0,86
0,022
cửu
Các hồ
176.400

42.320
-0,013
Ngọt
91.000
21.830
0,26
0,007
Mặn
85.400
20.490
-0,006
Khí quyển
12.900
3,095
0,04
0,001
Nước đầm lầy
11.470
2.752
0,03
0,0008
Sông
2.120
509
0,006
0,0002
Nước sinh học
1.120
269
0,003

0,0001
Tổng số
1.386.000.000
332.500.000
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.

5
5


Chương II. Vòng tuần hoàn nước
1. Sơ lược về vòng tuần hoàn nước
Vòng tuần hoàn nước là sự tồn tại và vận động của nước trên mặt đất, trong lòng 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. Vòng tuần hoàn
nước đã 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.

Hình 2. Sơ đồ tổng quan vòng tuần hoàn nước
(Nguồn USGS – Cục Địa Chất Mỹ)
Mặt trời điều khiển vòng tuần hoàn nước bằng việc làm nóng nước trên những đại
dương, làm bốc hơi nước vào trong không khí. Những dòng 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 dòng 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 nghìn năm. Trong một số vùng khí hậu ấm áp hơn khi mùa xuân đến, tuyết
6

6


tan và chảy thành dòng 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 dòng chảy mặt. Một phần
dòng chảy mặt chảy vào trong sông theo những thung lũng sông trong khu vực, với dòng
chảy chính trong sông chảy ra đại dương. Dòng chảy mặt, và nước thấm được tích luỹ và
được trữ trong những hồ nước ngọt. Mặc dù vậy, không phải tất cả dòng 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 dòng
chảy ngầm. Một phần nước ngầm chảy ra thành các dòng 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 vòng tuần
hoàn nước “kết thúc” … và lại bắt đầu.

2. Các thành phần trong vòng tuần hoàn nước
USGS (Cục Địa Chất Mỹ) đã định nghĩa 15 thành phần của vòng tuần hoàn nước như
sau:
2.1. Nước đại dương

Hình 3. Nước đại dương
Nguồn:
Một lượng nước khổng lồ được trữ trong các đại dương trong một thời gian dài mà
không thực sự được luân chuyển qua vòng tuần hoàn nước. Ước tính có khoảng
7
7

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 vòng tuần hoàn nước.
Nhiệt độ Trái Đất thay đổi theo các thời kỳ. Trong những thời kỳ khí hậu lạnh, nhiều
đỉnh núi băng và những dòng sông băng được hình thành, một lượng nước khá lớn được tích
lại dưới dạng băng làm giảm bớt lượng nước trong những thành phần khác của vòng tuần
hoàn nước. Điều này thì 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 của các đại dương thì thấp hơn ngày nay khoảng
122 m. Cách đây khoảng 3 triệu năm, khi trái đất ấm hơn, mực nước của các đại dương có
thể đã dâng cao hơn.
Những dòng chảy trong đại dương di chuyển một khối lượng lớn nước khắp thế giới.
Dựa vào vị trí xuất phát người ta phân thành hai loại: dòng biển lạnh và dòng biển nóng.
Các dòng biển nóng thường phát sinh ở 2 bên xích đạo, chảy về hướng tây, khi gặp lục địa
thì chuyển hướng chảy về phía cực. Các dòng biển lạnh xuất phát từ khoảng vĩ tuyến 30 –
400 thuộc khu vực bờ phía đông của các đại dương rồi chảy về phái Xích đạo, cùng với
dòng biển nóng tạo thành những hệ thống hoàn lưu trên các đại dương ở từng bán cầu.
Những sự di chuyển này có ảnh hưởng lớn đến vòng tuần hoàn nước và khí hậu. Dòng Gulf
Stream được biết đến nhiều như là một dòng biển nóng trong vùng Đại Tây Dương, vận
chuyển nước từ vùng Vịnh Mexico ngang qua Đại Tây Dương hướng đến nước Anh.
2.2. Nước bốc hơi
Bốc hơi nước là một quá trình nước chuyển từ thể lỏng sang thể hơi hoặc khí. Bốc hơi
nước là đoạn đường đầu tiên trong vòng 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, 10% còn lại là do thoát hơi của cây
xanh. Một phần nước bốc hơi từ đất: đất cát bốc hơi nhanh hơn đất giàu mùn, đất sét, mặt
đất gồ ghề bốc hơi nhiều hơn mặt đất bằng phẳng, khi ẩm, mặt đất màu sẫm bốc hơi mạnh
hơn đất màu nhạt.

8
8

Hình 4. Nước bốc hơi
(Nguồn: )
Nhiệt (năng lượng) là nhân tố cần thiết cho bốc hơi xuất hiện. 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 trình 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 lý. Phần lớn lượng nước bốc hơi từ các đại dương
rơi ngay trên đại dương qua quá trình giáng thủy. Chỉ khoảng 10% của nước bốc hơi từ các
đại dương được vận chuyển vào đất liền và rơi xuống thành giáng thuỷ.
2.3. Sự thoát hơi nước ở thực vật
Thoát hơi nước là quá trình 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. Phần lớn lượng nước hút được
cây dùng vào quá trình bốc hơi qua lá. Ví dụ cây ngô chỉ 1 - 2% lượng nước cây hút từ đất
được sử dụng để tạo ra chất hữu cơ. Lượng nước tiêu hao để hình thành một đơn vị chất khô
gọi là hệ số thoát hơi nước của cây. Thoát hơi thực vật là một quá trình không nhìn thấy
được, khi nước đang bốc hơi trên bề mặt các lá cây, chúng ta không thể đi ra ngoài và nhìn
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.
9
9


Hình 5. Sự thoát hơi nước qua thực vật và thí nghiệm chứng minh thoát hơi nước
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:
• Nhiệt độ:Tốc độ bốc thoát hơi tăng lên khi nhiệt độ tăng, đặc biệt trong mùa phát
triển của cây trồng khi nhiệt độ không khí ấm hơn.
• Độ ẩm tương đối: Khi độ ẩm tương đối của không khí xung quanh cây trồng tăng thì
tốc độ bốc thoát hơi giảm. Nghĩa là nước bốc hơi khi không khí khô dễ dàng hơn là trong
không khí bão hoà ẩm.
• Gió và sự di chuyển của không khí: Sự di chuyển của các lớp không khí xung quanh
một cây tăng lên làm cho bốc thoát hơi cũng tăng cao.
• Loại cây: Loại cây khác nhau sẽ thoát hơi nước với tốc độ khác nhau. Các loại cây
sống trong vùng khô cằn thì thoát hơi ít hơn các loại cây khác. Ví dụ cây xương rồng để giữ
lại lượng nước quý báu bằng cách giảm bớt sự thoát hơi hơn các cây trông khác.

10
10


2.4. Nước khí quyển

Hình 6. Những đám mây - Nước khí quyển
Nước được trữ trong khí quyển dưới dạng hơi, như những đám mây và độ ẩm. 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 nhìn 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 nhìn 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.
2.5. Sự ngưng tụ hơi nước
Sự ngưng tụ hơi nước là quá trình hơi nước trong không khí được chuyển sang thể

nước lỏng. Ngưng tụ hơi nước rất quan trọng đối với chu trình tuần hoàn nước bởi vì nó
hình 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 trình ngược với bốc hơi nước. Các đám
mây hình thành trong khí quyển do không khí chứa hơi nước bốc lên cao và lạnh đi. Phần
quan trọng của quá trình này là không khí sát mặt đất ấm lên do bức xạ mặt trời trong khi
lớp không khí bên trên lại lạnh hơn. Nguyên nhân lớp khí quyển phía bên trên mặt đất lạnh
đi là do áp lực không khí. Càng lên cao càng ít không khí phía bên trên, và vì 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.

11
11


2.6. Giáng thủy
Giáng thủy là tên gọi chung các hiện tượng nước thoát ra khỏi những đám mây dưới
các dạng lỏng (mưa) và dạng rắn (mưa tuyết, mưa đá, tuyết), nhằm phân biệt với các hiện
tượng nước tách ra từ không khí (sương, sương móc, sương băng). Nó là cách chính để
nước khí quyển quay trở lại Trái Đất. Phần lớn lượng giáng thuỷ là mưa. 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 hình thành nên các đám mây mà ta có
thể nhìn thấy được. Nước vẫn tiếp tục bốc hơi và ngưng tụ hơi nước trong bầu trời. Phần lớn
lượng nước được ngưng tụ trong các đám mây không rơi xuống thành giáng thuỷ. Vì 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 hình thành chỉ một hạt mưa nhỏ.

Hình 7. Biểu đồ lượng giáng thủy trên thế giới
2.7. Băng và tuyết
Nước được giữ lâu dài trong băng, tuyết, và các sông băng là một thành phần của vòng

tuần hoàn nước toàn cầu. Vùng Nam cực chiếm gần 90% tổng lượng băng của trái đất, các
đỉnh núi băng ở Greenland chiếm 10% tổng lượng băng toàn cầu.
Những chỏm băng Greenland là một phần thú vị của chu trình nước. Các chỏm băng
lớn dần theo thời gian (khoảng 600.000 mi3 hoặc 2,5 triệu km3 bởi vì lượng tuyết rơi nhiều
12
12


hơn lượng tan chảy. Trong các thiên niên kỷ, khi tuyết tới một độ sâu nhất định, nó bị nén và
trở thành băng. Những chỏm băng có độ dày trung bình khoảng 5.000 feet (1.500 mét),
nhưng cũng có thể dày tới 14.000 feet (4.300 mét). Những mũ băng quá nặng làm cho đất
dưới đáy nó bị ép thành hình dạng của một cái tô. Ở nhiều nơi, các sông băng trên
Greenland có thể trôi đến biển, và ước tính hàng năm Greenland đã đóng góp cho vòng tuần
hoàn nước toàn cầu 517 km 3 băng . Những tảng băng trôi trên đại dương bị buộc phải di
chuyển theo các dòng biển và dần tan chảy trên đường đi. Một số chỏm băng có thể tồn tại ở
một khu vực nào đó hàng ngàn năm mà không bị tan chảy, một số dải băng ở Nam cực được
xác định là có tuổi thọ gần 1 triệu năm.

Hình 8. Tảng băng trôi ở Greenland
Hình 9. Tuyết ở Anh
/> />Tuyết và băng có mối liên hệ mật thiết với các thành phần khác của Trái Đất: do chúng
có màu sáng trắng nên phản chiếu lại năng lượng ánh sáng Mặt Trời vào không gian. Khi
tuyết và băng tan chảy, đại dương và đất nơi đã bị băng tuyết che phủ sẽ trở nên tối hơn, các
màu tối này hấp thụ năng lượng ánh sáng Mặt Trời và làm ấm bầu không khí. Chính sự
nóng lên toàn cầu cũng làm gia tăng đáng kể sự tan chảy của băng ở các vùng cực, làm nước
biển dâng cao, làm ngập nhiều vùng trên Trái Đất.
Trên phạm vi toàn cầu, khí hậu luôn luôn thay đổi một cách chậm chạp mà con người
khó nhận biết. Đã từng có những thời kỳ ấm thuộc khi khủng long đã sinh sống 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

13
13


dòng sông băng. Gần hết Canada, nhiều vùng phía Bắc Châu Á và Châu Âu, một vài vùng ở
nước Mỹ cũng bị những dòng sông băng bao phủ.
Một vài sự thật về các dòng sông băng và những đỉnh núi băng:
• Băng hà bao phủ 10 - 11% lục địa trái đất.
• Nếu tất cả băng hà tan chảy ngày nay, mực nước biển sẽ tăng lên khoảng 70 m
(nguồn: Trung tâm Tư liệu Băng và Tuyết Quốc gia).
• Trong kỷ băng hà cuối cùng, mực nước biển thấp hơn ngày nay khoảng 122 m, và
những dòng sông băng bao phủ gần 1/3 lục địa trái đất.
• Trong thời kỳ ấm cuối cùng, cách đây 125.000 năm, mực nước biển cao hơn ngày
nay khoảng 5,5 m. Khoảng 3 triệu năm trước đây nước biển có thể đã cao đến hơn 50,3 m.
2.8. Dòng chảy tuyết tan
Là dòng chảy mặt từ tuyết và băng chảy theo nước mặt. Trên toàn thế giới dòng chảy
tuyết tan là thành phần chính của sự luân chuyển nước toàn cầu. Vào mùa xuân ở những
vùng khí hậu lạnh hơn, nhiều dòng chảy mặt và dòng chảy sông ngòi xuất phát từ tuyết và
băng. Bên cạnh việc gây ra lũ lụt, tuyết tan nhanh có thể gây ra sạt lở đất và dòng chảy bùn
đá.

Hình 10. Dòng chảy tuyết tan
Nguồn />
Để hiểu được dòng tuyết tan ảnh hưởng như thế nào đến dòng chảy sông ngòi ta có thể
dựa vào biểu đồ đường quá trình lưu lượng trung bình 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
dòng tuyết tan. So sánh các giá trị nhận thấy dòng chảy ngày trung bình nhỏ nhất trong
14
14

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.

Hình 11. Lưu lượng nước trung bình của sông North Fork American
Dòng 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 còn 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.
2.9. Dòng chảy mặt
Là dòng chảy từ mưa chảy trên bề mặt đất vào những sông gần nhất, một lượng lớn
nước trong sông là do dòng chảy trực tiếp trên mặt đất cung cấp. Thông thường, một phần
nước mưa rơi thấm ngay vào đất, nhưng khi đất đạt tới trạng thái bão hoà hay không thấm, thì nước
bắt đầu chảy theo sườn dốc tạo thành dòng chảy. Trong một trận mưa lớn, ta có thể nhìn thấy các
dòng nước nhỏ chảy xuôi sườn dốc. Nước sẽ chảy theo những kênh trên mặt đất trước khi chảy vào
trong các sông lớn. Các con kênh nhỏ được hiển thị trong hình ở dưới sẽ hợp nhất với một con kênh
lớn hơn, cuối cùng chảy vào một con sông lớn hơn. Cũng giống như trong cơ thể chúng ta, các mao
mạch nhỏ trong cơ thể mang máu đến động mạch lớn hơn, cuối cùng tìm đường tới trái tim.Trong
trường hợp này các dòng chảy mặt chảy trên những vùng đất trống và lắng đọng bùn cát hình thành
phù sa cho các con sông lớn (không tốt cho chất lượng nước). Dòng chảy mặt chảy vào sông, lại bắt
đầu hành trình quay trở về đại dương.

15
15


Hình 12. Dòng chảy mặt

/>Cũng giống như tất cả các thành phần khác trong vòng tuần hoàn nước, quan hệ giữa mưa và
dòng chảy cũng biến đổi theo thời gian và không gian. Chẳng hạn 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
dòng chảy mặt khác nhau. Dòng chảy mặt bị chi phối bởi các nhân tố khí tượng địa vật lý và địa
hình. Chỉ khoảng 1/3 lượng nước mưa rơi trên bề mặt đất chảy vào sông suối và quay trở lại đại
dương. 2/3 còn lại bị bốc thoát hơi hoặc thấm vào nước ngầm. Dòng chảy nước mặt cũng còn được
sử dụng cho con người trong các mục đích dùng nước.

2.10. Dòng chảy trong sông
Sông là dòng nước có lưu lượng lớn thường xuyên chảy, có nguồn cung chủ yếu là từ
hồ nước, từ các con suối hay từ các con sông nhỏ hơn nơi có độ cao hơn. Các dòng sông hầu
hết đều đổ ra biển; nơi tiếp giáp với biển được gọi là cửa sông.
Sông ngòi rất quan trọng không chỉ đối với con người mà đối với các sinh vật khác.
Sông ngòi không chỉ là một nơi rộng lớn cho con người và những con vật của họ hoạt động,
con người còn sử dụng nước sông cho nhu cầu nước uống, tưới tiêu, sản xuất ra điện, làm
sạch chất thải (xử lý nước thải), giao thông đường thuỷ và kiếm thức ăn. Sông ngòi còn là
môi trường sống chính cho rất nhiều các loài thủy sinh động và thực vật. Sông ngòi bổ sung
cho tầng ngậm nước ngầm dưới mặt đất qua lòng sông, và tất nhiên cả đại dương.
16
16


Một điều rất quan trọng khi nghiên cứu về sông ngòi là phải xem xét các lưu vực sông.
Một lưu vực sông là vùng mà tại đó tất cả nước rơi và tiêu thoát chảy theo cùng một dòng.
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. Sông Nile và
sông Amazon là 2 con sông dài nhất thế giới, sông Amazon có lưu vực lớn nhất. với tổng
diện tích 5,883,400 km2

Hình 13. Sông MeKong

Hình 14. Sông Amazon

Nguồn />Dòng chảy sông ngòi luôn thay đổi từng ngày thậm chí từng phút. Tất nhiên, mưa tác
động chính tới dòng 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. 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.
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.
2.11. Nước ngọt
Nước ngọt trên mặt đất, một thành phần của chu trình nước, yếu tố cần thiết cho mọi
sự sống trên trái đất. Nước mặt bao gồm nước trong các dòng 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. Dòng chảy vào từ mưa, dòng chảy tràn trên mặt đất, lượng nước ngầm dưới đất, và
lượng nước gia nhập từ các sông nhánh. Dòng 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
17
17


các nhu cầu thiết yếu của mình. 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.
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 trì 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.
2.12. Sự thấm của nước
Sự thấm là sự di chuyển của nước từ mặt đất vào trong lòng đất hay các khe nứt của
đá. 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 dòng sông chảy vào
trong hang động ở vùng Georgia, Mỹ, cho thấy sông cũng có thể chảy trực tiếp vào trong
nước ngầm.

Hình 15. Sự thấm của nước vào các
tầng đất
Nguồn USGS
18
18


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 mình. 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.
Khi nước mưa thấm vào trong tầng đất sát mặt, nó hình thành vùng không bão hoà và
vùng bão hoà. Trong vùng không bão hoà, nước tồn tại trong các lỗ rỗng của lớp đá bên
dưới mặt đất, nhưng tầng đất chưa đạt tới trạng thái bão hoà. Phần phía trên của tầng không

bão 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 bão hoà là vùng bão 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.
2.13. Dòng chảy ngầm
Dòng chảy nước ngầm là sự chuyển động của nước ngầm ra khỏi mặt đất. Phần nước
mà chúng ta không thể nhìn thấy được chính là nước ngầm (nước tồn tại và di chuyển trong
lòng đất) - lại chiếm một lượng rất lớn. Nước ngầm đóng góp lớn cho dòng chảy sông ngòi
của nhiều con sông. Con người đã 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.

Hình 16. Nước ngầm chảy dưới mặt đất
19
19


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 lòng sông, nhưng do trọng lực,
một phần lượng nước tiếp tục thấm sâu vào trong đất.
Trong sơ đồ trên 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 thì 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.
2.14. Lượng nước ngầm dự trữ
Lượng nước ngầm dự trữ là lượng nước tồn tại bên dưới bề mặt đất trong một thời
gian rất dài. Nước này vẫn tiếp tục chuyển động, có thể rất chậm, và nó vẫn là một phần của

vòng 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 bão hoà, trong tầng này lượng nước thay đổi theo thời
gian, mà không làm bão hoà tầng đất. Bên dưới lớp đất này là vùng bão 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.
2.15. Suối
Suối là từ để chỉ những dòng nước chảy nhỏ và vừa, là dòng chảy tự nhiên của nước từ
nơi cao xuống chỗ thấp hơn. Suối thường bắt nguồn từ các mạch nước ngầm hoặc từ các hồ
nước thiên nhiên trong rừng, núi.
Một tầng nước ngầm liên tục được bổ sung nước đến khi nước chảy tràn trên mặt đất,
kết quả là hình thành các con suối. Các con suối có thể rất nhỏ, chỉ có nước chảy khi có một
trận mưa đáng kể, đến các dòng suối lớn chảy với hàng trăm triệu gallon nước mỗi ngày.
Các con suối có thể hình thành trong bất kỳ loại đá nào, nhưng phần lớn chúng hình
thành trong các loại đá vôi và đolomit, dễ dàng rạn nứt và hoà tan do mưa axit. Khi đá bị
20
20


phá huỷ và hoà tan, các khoảng trống hình thành cho phép nước chảy qua. Nếu dòng chảy
theo phương ngang, nó có thể chảy tới mặt đất, hình thành các con suối.

Hình 17. Suối Lồ Ồ -Ninh Thuận
Nguồn: />Các suối nước nóng: 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 dòng 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 hình.
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.

Hình 18. Suối nước nóng ở Greenland
21
21


Nguồn />
3. Thời gian lưu của nước
Thời gian lưu trung bình của nước trong khí quyển là khoảng 11 ngày. Trong khí
quyển, hơi nước muốn dịch chuyểnhoặc tồn tại được đòi hỏi phải có sự hấp thụ năng lượng
và như vậy nó sẽ có xu thế làm giảm nhiệt độ tại bề mặt chung của không khí và nước.
Năng lượng này lại được giải phóng ra khi hơi nước ngư tụ. Vì vậy, sự vận động của hơi
nước có tác dụng chuyển năng lượng nhiệt từ vùng này sang vùng khác. Nước sẽ bốc hơi
nhanh nhất ở những nơi có nhiệt độ cao nhất và sẽ ngưng tụ ở những nơi có nhiệt độ thấp
hơn. Nhờ thế, chu trình nước có tác dụng làm giảm sự khác nhau về nhiệt độ giữa các vùng.
“ Thời gain sống” hoặc 1 chu kỳ tuần hoàn của nước phụ thuộc vào các nguồn nước và
môi trường khác nhau. Chu kỳ này co thể rất dài (hàng thiên niên kỷ ) và cũng có thể rất
ngắn. Chẳng hạn:
-

Chu kỳ trung bình của hơi nước trong khí quyển là 11 ngày (12.900km3)
Nước luân chuyển trong hệ động - thực vật là 7 ngày (700km3)
Nước sông luân chuyển khoảng 14 ngày (1.700km3)
Nước trong đất luân chuyển từ hai tuần đến 1 năm (65.000 km3)
Nước ơ hồ và đầm lầy có thời gian sống đến hàng (125.000 km 3)
Nước ngầm có chu kỳ hàng ngàn năm (7.000.000 km3)
Nước băng hà có thời gian sống tới hàng triệu năm (26.000.000km3)
Nước đại dương có chu kỳ hàng tỷ năm (1.370 tỷ km3)

4. Tác động của con người đến vòng tuần hoàn nước
Tổng lượng nước trên trái đất là không đổi, nhưng con người có làm thay đổi chu trình
tuần hoàn nước.
Các hoạt động của con người đều tác động mạnh mẽ tói đất, không khí và nước.
Chẳng hạn, đất nông nghiệp bị xáo chộn do những thay đổi của đồng cỏ hoặc rừng; hay việc
làm tăng các sản phẩn công nghiệp có thể là nguyên nhân làm giảm lớp phủ thực vật, thay
đổi sự thoát hơi nước của cây cối, ảnh hưởng đến điều kiện khí hậu. Kết quả là tăng mưa,
tăng xói mòn đất, gây tích tụ bùn và phù sa trong nước. Tiếp đó, chu trình dinh dưỡng có thể
xảy ra với tần suất cao hơn, dẫn đến thay đổi nồng độ của các chất dinh dưỡng trong lớp
nước bề mặt. Cứ như vậy, lần lượt, chúng tác động sâu sắc đến các tính chất hóa học và sinh
học của nước.

22
22


Ngày nay với sự gia tăng đáng báo động của khí thải công nghiệp, sinh hoạt đã dẫn
đến gia tăng hiện tượng hiệu ứng nhà kính và gây biến đổi khí hậu. Nhìn chung trong vài
thập kỉ trở lại đây, nhiệt độ Trái Đất gia tăng khá nhanh, mực nước biển vì thế cũng tăng
theo vì sự tan chảy băng ở hai cực ngày càng nhiều điều này đã làm cho vòng tuần hoàn
nước đã bị thay đổi.
Lịch sử nhân loại đã cho thấy, sự cung cấp nước có mối liên hệ mật thiết với nền văn
minh, với sự phát triển và diệt vong của nhân loại. Nước mà con người dùng được hầu hêt là
nước ngọt từ nguồn nước bề mặt và nước ngầm. Nguồn nước này đang bị đe dọa nhiễm bẩn
và cạn kiệt do việc xả thải và sử dụng thiếu ý thức của con người, cộng thêm với sự gia tăng
nhanh dân số thế giới. Các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp đều đòi hỏi một lượng nước
rất lớn. Mặt khác, mức sống của dân chúng tăng cao cũng đã dẫn đến nước sử dụng trong
sinh hoạt tăng lên nhiều kần so với và ba thập kỉ trước. Cách sử dụng nước ngọt như hiện
nay sẽ không thể bền vững nếu dân số toàn thế giới tăng lên đến 10 tỷ người vào năm 2050.
Nhiều nơi đã bị thiếu nước trầm trọng, tình trạng khan hiếm nước cũng đã là nguyên nhân

xung đột, chiến tranh ở một số vùng.

23
23


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Huy Bá – Lâm Minh Triết, Sinh thái môi trường ứng dụng, Nxb Khoa học kĩ
thuật, 2000.
2. Phạm Ngọc Hồ, Đông Kim Loan, Trịnh Thị Thanh, Cơ sở môi trường nước,
Nxb Giáo dục, 2000.
3. Dương Hữu Thời, Cơ sở sinh thái học, Nxb Đại học quốc gia Hà Nội, 2002.
4. Đặng Ngọc Thanh, Hồ Thanh Hải, Cơ sở thủy sinh học, Nxb Khoa học tự nhiên
và công nghệ Hà Nội, 2007.
5. Vũ Trung Tạng, Sinh thái học các hệ sinh thái nước, Nxb Giáo dục, 2009.
6. />7. />8. />9. />10. />
24
24