Siklus hidrologi dan proses yang dilaluinya

Disiplin ilmu di bidang geografi fisik yang berhubungan dengan siklus air disebut hidrologi. Hal ini berkaitan dengan asal-usul, distribusi, dan sifat air di dunia. Akibatnya, siklus air juga disebut siklus hidrologi di banyak buku ilmiah dan materi pendidikan. Kebanyakan orang telah mendengar tentang ilmu meteorologi dan banyak juga yang tahu tentang ilmu oseanografi karena paparan bahwa setiap disiplin telah ada di televisi. Orang-orang menonton perkiraan cuaca di TV hampir setiap hari. Dalam konteks yang luas, ilmu meteorologi dan oseanografi menggambarkan bagian dari serangkaian proses fisik secara global yang melibatkan air yang juga komponen utama dari ilmu hidrologi.

Siklus air global dapat digambarkan dengan sembilan proses fisik yang besar yang membentuk gerakan air yang kontinu. Jalur kompleks meliputi bagian air dari gas di sekitar planet yang disebut atmosfer, melalui badan air di permukaan bumi seperti lautan, gletser dan danau, dan pada saat yang sama (atau lebih lambat) melewati tanah dan lapisan batuan di bawah tanah. Kemudian, air dikembalikan ke atmosfer. Karakteristik mendasar dari siklus hidrologi adalah bahwa ia tidak memiliki awal dan tidak memiliki akhir. Hal ini dapat dipelajari dengan memulai di salah satu proses berikut: evaporasi, kondensasi, presipitasi, intersepsi, infiltrasi, perkolasi, transpirasi, limpasan, dan penyimpanan.
Informasi yang disajikan di bawah ini adalah deskripsi sangat disederhanakan dari proses fisik yang berkontribusi besar. Mereka termasuk:

Penguapan (evaporasi)

Penguapan terjadi ketika keadaan fisik air berubah dari keadaan cair menjadi gas. Sejumlah besar panas, sekitar 600 kalori energi untuk setiap gram air, yang dipertukarkan selama perubahan keadaan. Biasanya, radiasi matahari dan faktor lain seperti suhu udara, tekanan uap, angin, dan tekanan atmosfer mempengaruhi jumlah penguapan alam yang terjadi di setiap wilayah geografis. Penguapan dapat terjadi pada tetesan air hujan, dan pada air permukaan seperti laut dan danau. Ia bahkan bisa terjadi dari air yang menetap pada vegetasi, tanah, batu dan salju. Ada juga penguapan yang disebabkan oleh aktivitas manusia. Bangunan yang dipanaskan mengalami penguapan air yang menetap di permukaan nya.

Kondensasi

Kondensasi adalah proses dimana uap air mengalami perubahan keadaan fisik paling sering dari uap, menjadi cairan. Uap air mengembun ke partikel udara kecil untuk membentuk embun, kabut, atau awan. Partikel-partikel yang paling aktif yang membentuk awan garam laut, ion atmosfer yang disebabkan oleh petir, dan produk-produk pembakaran belerang yang mengandung asam dan nitrous. Kondensasi adalah dibawa oleh pendinginan udara atau dengan meningkatkan jumlah uap di udara ke titik jenuh. Ketika uap air mengembun kembali ke keadaan cair, jumlah yang sama besar panas (600 kalori energi per gram) yang diperlukan untuk membuatnya uap dilepaskan ke lingkungan.

Presipitasi (hujan)

Air hujan adalah proses yang terjadi ketika setiap dan semua bentuk partikel air jatuh dari atmosfer dan mencapai tanah. Ada dua sub-proses yang menyebabkan awan untuk melepaskan air hujan, proses peleburan dan proses es kristal. Saat tetesan air mencapai ukuran kritis, jatuh terkena tarikkan gravitasi dan gesekan. Tetesan yang jatuh meninggalkan bagian lainnya mengalami turbulensi yang memungkinkan tetes kecil jatuh lebih cepat dan akan menyusul untuk bergabung dan bersama-sama turun. Sub-proses lain yang dapat terjadi adalah proses pembentukan es kristal. Hal ini terjadi ketika es berkembang di awan dingin atau dalam formasi awan tinggi di atmosfer di mana suhu beku terjadi. Ketika tetesan air di dekatnya mendekati kristal beberapa tetesan menguap dan mengembun pada kristal. Kristal tumbuh sampai ukuran kritis dan jatuh sebagai salju atau es. Kadang-kadang, saat es jatuh melalui udara elevasi yang lebih rendah, mereka mencair dan berubah menjadi hujan.
Endapan air bisa jatuh ke badan air atau mungkin jatuh ke tanah. Hal ini kemudian tersebar dalam beberapa cara. Air dapat tergenang pada benda atau dekat permukaan benda atau dapat dibawa dan melalui darat ke saluran sungai, atau mungkin menembus ke dalam tanah, atau mungkin tertahan oleh tanaman.
Ketika curah hujan kecil dan jarang, persentase yang tinggi dari curah hujan dikembalikan ke atmosfer oleh penguapan.
Porsi curah hujan yang muncul di permukaan sungai disebut limpasan. Limpasan dapat berkontribusi sebagai sumber aliran air permukaan, limpasan bawah permukaan, atau limpasan air tanah. Limpasan permukaan berjalan di atas permukaan tanah dan melalui saluran permukaan untuk meninggalkan daerah tangkapan disebut daerah aliran sungai atau DAS. Bagian dari aliran permukaan yang mengalir di atas permukaan tanah menuju saluran sungai disebut aliran darat. Total limpasan terbatas di saluran sungai disebut debit sungai.

Intersepsi

Intersepsi adalah proses mengganggu pergerakan air dalam rantai peristiwa transportasi menuju sungai. Intersepsi dapat berlangsung oleh tanaman penutup atau depresi penyimpanan dalam genangan air dan dalam formasi tanah seperti parit.
Saat hujan pertama dimulai, air dan bahan organik lainnya menyebar di atas permukaan dalam lapisan tipis atau mengumpulkan pada titik-titik atau tepi. Ketika kemampuan penyimpanan permukaan maksimum pada permukaan material terlampaui, air yang menyimpan bahan tambahan tumbuh di pinggirannya. Akhirnya berat tetes melebihi tegangan permukaan dan air jatuh ke tanah. Angin dan dampak dari air hujan juga bisa melepaskan air dari bahan organik. Lapisan air di permukaan organik dan tetes air sepanjang tepi juga bebas terkena penguapan.
Selain itu, intersepsi air di permukaan tanah selama pembekuan dan kondisi sub-beku sangat besar. Intersepsi hujan salju dan es pada vegetasi juga terjadi. Tingkat tertinggi intersepsi terjadi ketika salju di hutan konifer dan hutan kayu keras yang belum kehilangan daun mereka.

Infiltrasi (peresapan)

Infiltrasi adalah proses fisik yang melibatkan pergerakan air melalui daerah perbatasan di mana antarmuka udara dengan tanah. Fenomena permukaan diatur oleh kondisi permukaan tanah. Air yang ditransfer terkait dengan porositas tanah dan permeabilitas profil tanah. Biasanya, laju infiltrasi tergantung pada pelumpuran air di permukaan tanah dengan dampak hujan, tekstur dan struktur tanah, kadar air tanah awal, konsentrasi air menurun karena air bergerak lebih besar daripada mengisi tanah pori-pori di matriks tanah, perubahan komposisi tanah, dan pembengkakan tanah yang dibasahi yang pada gilirannya dapat menimbulkan retakan dekat di tanah.
Air yang menyusup dan disimpan di dalam tanah juga bisa menjadi air yang kemudian dapat menjadi limpasan permukaan.

Penapisan (perkolasi)

Perkolasi adalah gerakan air meskipun tanah, dan lapisannya, oleh gaya gravitasi dan kapiler. Kekuatan penggerak utama air tanah adalah gravitasi. Air yang ada di zona jenuh disebut air tanah. Setelah berada di tanah, air digerakkan oleh gravitasi.
Formasi geologi di kerak bumi berfungsi sebagai reservoir bawah tanah alami untuk menyimpan air. Selain itu juga dapat berfungsi sebagai saluran untuk pergerakan air. Pada dasarnya, semua air tanah bergerak. Beberapa dari itu, bergerak sangat lambat. Sebuah formasi geologi yang memancarkan air dari satu lokasi ke lokasi lain dalam jumlah yang cukup untuk pembangunan ekonomi disebut akuifer. Gerakan air dimungkinkan karena rongga atau pori-pori di formasi geologi. Beberapa formasi mengalirkan air kembali ke permukaan tanah.

Transpirasi

Transpirasi adalah proses biologis yang terjadi terutama di siang hari. Air di dalam tanaman dipindahkan dari tumbuhan ke atmosfer sebagai uap air melalui berbagai bukaan. Air pada tanaman ini bertujuan untyk memindahkan nutrisi ke bagian atas dari tanaman dan untuk mendinginkan daun yang terkena sinar matahari. Daun mengalami transpirasi yang cepat dapat secara signifikan lebih dingin dari udara di sekitarnya. Transpirasi sangat dipengaruhi oleh jenis tanaman yang ada di tanah dan itu sangat dipengaruhi oleh jumlah cahaya yang tanaman yang terkena. Air dapat keluar secara bebas dari tanaman sampai defisit air berkembang pada tumbuhan dan akan mulai menutup sel (stomata) untuk menghindari pelepasan berkelanjutan. Transpirasi kemudian berlanjut pada tingkat lambat. Hanya sebagian kecil dari air pada tanaman dipertahankan.
Vegetasi umumnya menghambat penguapan dari tanah. Vegetasi yang melapisi tanah, mengurangi kecepatan angin. Juga, melepaskan uap air ke atmosfer mengurangi jumlah penguapan langsung dari tanah atau dari salju atau lapisan es. Penyerapan air ke akar tanaman, bersama dengan penangkapan yang terjadi pada permukaan tanaman mengimbangi efek umum vegetasi dalam memperlambat penguapan dari tanah. Vegetasi hutan cenderung memiliki lebih banyak uap air daripada tanah di bawah pohon.

Limpasan

Limpasan aliran dari aliran sungai atau DAS yang muncul di sungai permukaan. Hal ini biasanya terdiri dari aliran yang tidak terpengaruh oleh pengalihan buatan, penyimpanan atau buatan lain yang mungkin pada saluran sungai. Aliran ini terbentuk sebagian dari curah hujan yang jatuh langsung di sungai, aliran permukaan yang mengalir di atas permukaan tanah dan melalui saluran, limpasan permukaan yang meresapi tanah permukaan dan bergerak secara lateral ke arah sungai, dan limpasan air tanah dari perkolasi melalui tanah. Bagian dari aliran bawah permukaan memasuki sungai cepat, sedangkan sisanya dapat mengambil waktu yang lebih lama sebelum air bergabung di sungai. Ketika masing-masing arus komponen masuk sungai, mereka membentuk total limpasan. Total limpasan di saluran sungai disebut aliran sungai dan umumnya dianggap sebagai limpasan langsung atau aliran dasar.

Penyimpanan

Ada tiga lokasi dasar penyimpanan air yang terjadi dalam siklus air di planet. Air disimpan di atmosfer; Air disimpan di permukaan bumi, dan air yang tersimpan di dalam tanah.
Air disimpan di atmosfer dapat dipindahkan relatif cepat dari satu bagian dari planet ke bagian lain dari planet ini. Jenis penyimpanan yang terjadi pada permukaan tanah dan di bawah tanah sangat tergantung pada fitur geologi yang terkait dengan jenis tanah dan jenis batuan yang terdapat di lokasi penyimpanan. Penyimpanan terjadi sebagai penyimpanan permukaan lautan, danau, waduk, dan gletser; penyimpanan bawah tanah terjadi didalam tanah, dalam akuifer, dan di celah-celah formasi batuan.
Tidak meratanya distribusi dan pergerakan air dari waktu ke waktu, dan distribusi spasial air di kedua wilayah geografis dan geologi, dapat menyebabkan fenomena ekstrim seperti banjir dan kekeringan terjadi.