જળ ચક્ર

જળ ચક્રમાં પાણી વિવિધ સ્થળોએ પ્રવાહી, વરાળ અને બરફ જેવાં રૂપોમાં પરિવર્તિત થઈ શકે છે. પૃથ્વી પર જળનું સમતોલન મોટે ભાગે સતત રહેતું હોવા છતાં વ્યક્તિગત જળ અણુઓનું આવન-જાવન થઇ શકે છે અને તે વાતાવરણની અંદર-બહાર હોઇ શકે છે. જળ એક સંગ્રહસ્થાનમાંથી અન્યમાં જાય છે, જેમ કે નદીમાંથી સમુદ્રમાં અથવા સમુદ્રમાંથી વાતાવરણમાં બાષ્પીભવન, કન્ડેન્સેશન (વરાળ ઘટ્ટ થવાથી બનતું પ્રવાહી), કરા સ્વરૂપે, ક્રમિક પ્રસરણ, અમર્યાદિત વધારાનું પ્રવાહી (રનઓફ) અને પેટાળમાંના પ્રવાહની ભૌતિક પ્રક્રિયા મારફતે થાય છે. આમ થવાથી, જળ વિવિધ તબક્કાઓમાં જાય છે: પ્રવાહી, નક્કર અને વાયુ.

હાઇડ્રોલિક ચક્રમાં ગરમ ઊર્જાના વિનિમયનો સમાવેશ થાય છે, જે તાપમાન ફેરફારમાં પરિણમે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બાષ્પીભવનની પ્રક્રિયામાં જળ આસપાસના પદાર્થોમાંથી ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે છે એ પર્યાવરણને ઠંડુ રાખે છે. તેનાથી વિરુદ્ધ, કન્ડેસેશનની પ્રક્રિયામાં જળ તેની આસપાસમાં પદાર્થમાં ઊર્જા છૂટી કરે છે અને પર્યાવરણને ગરમ કરે છે.

જળ ચક્ર પૃથ્વી પર જીવન અને ઇકોસિસ્ટમમાં નોંધપાત્ર મહત્ત્વ ધરાવે છે. પ્રત્યેક સંગ્રહસ્થાનમાં જળ અગત્યની ભૂમિકા ભજવતું હોવા છતાં જળ ચક્ર આપણા ગ્રહ પર જળની ઉપલબ્ધિની સાર્થકતામાં ઉમેરો કરે છે. એક સંગ્રહસ્થાનમાંથી અન્યમાં જળની તબદિલી કરતાં જળ ચક્ર જળને શુદ્ધ કરે છે, જમીનને તાજાજળથી પરિપૂર્ણ કરે છે અને વિશ્વના વિવિધ ભાગોમાં ખનિજતત્વોનું વહન કરે છે. વધુમાં તે અમુક પ્રકારની પ્રક્રિયા જેમ કે વરસાદી પાણી અને પ્રવાહીના તળિયાના કચરા દ્વારા પૃથ્વી પર ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય લાક્ષણિકતાઓના પુનઃઆકારમાં પણ સામેલ છે. વધુમાં, જળ ચક્રમાં ગરમી વિનિમયનો પણ સામેલ થતો હોવાથી તે આબોહવા પર અસર કરે છે.

જળ ચક્રને આગળ ધપાવતો સૂર્ય સમુદ્ર અને દરિયામાં જળને ગરમ કરે છે. જળનું જળ વરાળ તરીકે હવામાં બાષ્પીભવન થાય છે. બરફ અને બર્ફવર્ષા જળ વરાળમાં સીધી રીતે ગરમીથી ઘન સ્વરૂપમાં પરિણમે છે. વરાળઉચ્છવાસ એ જળ છોડ અને જમીનમાથી થતી વરાળરૂપે ભેજ કે વરાળ છે. વધતા જતા હવા પ્રવાહો કરંટ વરાળને વાતાવરણમાં લઇ જાય છે જ્યાં ઠંડુ વાતાવરણ તેનું વાદળોમાં મિશ્રણ થવામાં પરિણમે છે. હવાનો કરંટ પાણીની વરાળને વિશ્વની આસપાસ, વાદળ પાર્ટીકલ્સ અથડામણ, વિકાસ અને આકાશમાંથી કરા પડવા તરફની ક્રિયામાં લઇ જાય છે. કેટલીક કરા પડવાની ક્રિયા બરફ અથવા કરાની વૃષ્ટિ તરીકે પડે છે અને તે બરફ ટોપીઓ અને બરફશિલાના સ્તરમાં વધારો કરે છે જે હજ્જારો વર્ષ સુધી શીતજળનો સંગ્રહ કરી શકે છે. સ્નોપેક ઘટ્ટ થઇ શકે છે અથવા પીગળી શકે છે અને બરફવરસાદી પાણી તરીકે જમીન પર ઓગળેલો જળ પ્રવાહ થઇ શકે છે. મોટા ભાગનું જળ સમુદ્રમાં પાછુ આવે છે અથવા જમીન પર વરસાદ તરીકે પડે છે જ્યાં જમીન પર જળ પ્રવાહ સપાટી વરસાદી પાણી તરીકે વહે છે. વરસાદી પાણીનો થોડો ભાગ સ્ટ્રીમફ્લોને સમુદ્રમાં ધકેલવા સાથે લેન્ડસ્કેપમાં ખીણોમાં નદીઓમાં પ્રવેશે છે. ધોવાણ અને પેટાળ જળ સરોવરોમાં મીઠા પાણી તરીકે સંગ્રહિત થાય છે. દરેક વરસાદી પાણી નદીઓમાં ઠલવાતુ નથી, તેનો મોટો ભાગ જમીન પર જ ઢસડાઇ આવેલા કચરા તરીકે રહી જાય છે. કેટલોક આવો કચરો જમીનના ઊંડાણ સુધી જાય છે અને તાજા પાણીને લાંબા સમય સુધી જાળવી રાખતા પેટાળના સ્તરને પરિપૂર્ણ કરે છે. કેટલોક કચરો જમીનની સપાટી પર જ રહે છે અને પેટાળના જળ ઉપર આવે કે ફરી પાછો તેને સપાટી પરના જળ સ્તરોમાં (અને સમુદ્ર)માં ધકેલે છે. કેટલુંક પેટાળજળ જમીનની સપાટીમાં પોતાનું મુખ શોધી લે છે અને તાજા જળના ફુવારા તરીકે બહાર આવે છે. સમય જતાં, જળ પાછું સમુદ્રમાં આવે છે જ્યાંથી આપણું જળ ચક્ર શરૂ થયું હતું.

વિવિધ પ્રક્રિયાઓ

ભેજપાત
ઘટ્ટ દળ વરાળ કે જે પૃથ્વીની સપાટી પર પડે છે. મોટા ભાગની કરા પડવાની ઘટના વરસાદના સ્વરૂપે બને છે, પરંતુ તેમાં, બર્ફવર્ષા, કરાની વૃષ્ટિ, ભેજયુક્ત ધુમ્મસ, ગ્રાઉપેલ, અને સ્લિટ (વરસાદ અને બર્ફવર્ષની સાથે કરા પડવાની ક્રિયા)નો પણ સમાવેશ થાય છે. દર વર્ષે ભેજપાત રૂપે લગભગ 505,000 km³ (121,000 cu mi) જેટલું પાણી પડે છે, જેમાંથી 398,000 km³ (95,000 cu mi) જેટલું મહાસાગરો પર પડે છે.
આવરણ અડચણ
કરા પડવાની ઘટનાને છોડના સમૂહ દ્વારા રોકવામાં આવે છે અને આખરે તે વરાળ થઇને જમીન પર પડવાને બદલે ફરી પાછા વાતવરણમાં જતાં રહે છે.
બરફનું પીગળવું
બરફ પીગળવાથી વરસાદી પાણી ઉત્પન્ન થાય છે.
વરસાદી પાણી
માર્ગોના પ્રકારો જેના દ્વારા જળ આખા જમીન પર રેલાય છે. તેમાં સપાટી પરથી વહેતું વરસાદી પાણી અને કાંસમાં વહેતું વરસાદી પાણી એમ બન્નેનો સમાવેશ થાય છે. તે વહેતું હોવાથી જળ કદાચ જમીનમાં ઊતરી જાય છે, હવામાં વરાળ સ્વરૂપે જતુ રહે છે, તળાવો અને સંગ્રહસ્થાનોમાં સંગ્રહિત થઈ જાય છે અથવા તેને કૃષિ અથવા માનવીઓના અન્ય ઉપયોગ માટે ખેંચવામાં આવે છે.
ક્રમિક પ્રસરણ
જમીન પર વહેતાં પાણીનો પ્રવાહ જમીનમાં ઊતરે છે. એક વખત ક્રમિક પ્રસરણ થયા બાદ, જળ જમીનનો ભેજ અથવા ભૂજળ બની જાય છે.
જમીનનો અંદરનો પ્રવાહ
વેડોઝ ઝોન અને જમીનનાં સ્તરમાના પ્રવાહમાં ભૂજળનો પ્રવાહ. જમીનના પેટાળમાં રહેલું જળ સપાટી પર પાછું આવી શકે છે (ઉદાહરણ તરીકે વેગને કારણે અથવા પમ્પિંગ દ્વારા) અથવા સમુદ્રમાં સમાઇ જાય છે. જમીન પર જળના પાછા આવવાની ક્રિયા ગુરુત્વાકર્ષણ અથવા ગ્રુરુત્વાકર્ષણ પ્રેરિત દબાણ હેઠળ જમીનમાંના ક્રમિક પ્રસરણ કરતાં ધીમી હોય છે. ભૂજળ શક્યતઃ ધીમી રીતે ફરે છે અને તેની પરિપૂર્ણતા ધીમી હોય છે, તેથી તે હજ્જારો વર્ષો સુધી જમીનનાં સ્તરોમાં સચવાઇને પડી રહે છે.
બાષ્પીભવન
મેદાન અથવા જળ સંગ્રહનું વાતાવરણમાં વધુ પડતું સ્તર થતું હોવાથી પ્રવાહીથી વાયુ તબક્કાઓનું રૂપાંતર થાય છે. બાષ્પીભવન માટે ઊર્જાનો સ્ત્રોત મુખ્યત્વે સૌર કિરણોત્સર્ગ છે. બાષ્પીભવનમાં ઘણી વખત ગર્ભિત રીતે છોડોમાંથી વરાળ નીકળવાનો સમાવેશ કરે છે, જોકે તેમને સંયુક્ત રીતે ઇવાપોટ્રાન્સપિરેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. પાણીની આશરે 505,000 km³ (121,000 cu mi) જેટલી માત્રા વાર્ષિક ધોરણે બાષ્પીભવન-બાષ્પોત્સર્જન પામે છે, જેમાંથી 434,000 km³ (104,000 cu mi) જેટલું મહાસાગરોમાંથી બાષ્પીભવન પામ્યું હોય છે.
વિશુદ્ધીકરણ
નક્કર જળ (બરફ વર્ષા અથવા બરફ)માંથી જળ વરાળમાં બદલાતી સ્થિતિ
તાપમાન ફેરફાર
જળની વાતાવરણ દ્વારા— નક્કર, પ્રવાહી અથવા પરાળ સ્થિતિઓમાં — હલચલ. તાપમાનમાં ફેરફાર વિના સમુદ્રમાંથી વરાળ સ્વરૂપે જતું જળ જમીન પર વરસાદ પાડી શકતું નથી.
કન્ડેસેશન (વરાળ ઘટ્ટ થવાથી બનતું પ્રવાહી)
જળ વરાળનું પ્રવાહી જળમાં રૂપાંતરણ હવામાં વિસ્તરે છે અને વાદળો અને ધુમ્મસનુ સર્જન કરે છે.
બાષ્પોત્સર્જન
છોડો અને ભેજમાંથી નીકળતી જળ વરાળ હવામાં જાય છે. જળ વરાળ એ વાયુ છે જેને જોઇ શકાતી નથી.

હાઇડ્રોલિક ચક્રમાં સંગ્રહસ્થાનનો નિવાસ સમય એ જળ તત્વ તે સંગ્રહસ્થાનમાં રોકાય છે તેનો સરેરાશ સમય છે. (જુઓ બાજુનું ટેબલ ). આ તે સંગ્રહસ્થાનમાં જળની સરેરાશ વયનો માપદંડ છે.

ભૂજળ પૃથ્વીની સપાટીને છોડતાં પહેલાં 10,000 વર્ષો સુધીનો સમય ગાળી શકે છે. ખાસ કરીને જૂનું ભૂજળને અશ્મિભૂત જળ કહેવાય છે. જમીનમાં સંગ્રહિત જળ બહુ થોડા સમય માટે હોય છે, કારણ કે તે સૂક્ષ્મ રીતે પૃથ્વી પર ફેલાય છે અને વરાળ, બાષ્પોત્સર્જન, ઝરણા પ્રવાહ અથવા ભૂજળ રિચાર્જ દ્વારા અસ્તિત્વ ગુમાવવા તૈયાર હોય છે. વરાળ થઇ ગયા બાદ, વાતાવરણમાં નિવાસનો સમય કેન્ડેસીંગ થતાં પહેલાં અને કરા સ્વરૂપે પૃથ્વી પર પડતા પહેલાં આશરે 9 દિવસોનો હોય છે.

મોટી બરફ ચટ્ટાનો - એન્ટાર્કટિકા અનેગ્રીનલેન્ડ - લાંબા ગાળા સુધી બરફનો સંગ્રહ કરે છે. એન્ટાર્કટિકાના બરફ અત્યારથી 800,000 વર્ષો પહેલાં હોવાનો વિશ્વાસનીય સમયગાળો છે, જોકે સરેરાશ નિવાસ સમય ઓછો છે.

હાઇડ્રોલોજીમાં નિવાસ સમય અંદાજિત બે દિવસનો હોવાનું મનાય છે. અત્યંત સામાન્ય પદ્ધતિ જથ્થાના સંચયના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે અને આપેલા સંગ્રહસ્થાનમાં જળની માત્રા આશરે સતત છે. આ પદ્ધતિ સાથે નિવાસ સમયને જે દરે જળ સંગ્રહસ્થાનમાંથી નીકળે છે અને બહાર જાય છે તેના જથ્થાનો ભાગાકાર કરીને અંદાજવામાં આવે છે. કલ્પનાત્મક રીતે, જો સંગ્રહસ્થાનમાં જળ હોય જ નહીં તો ખાલીમાંથી ભરાવા માટે તે કેટલો સમય લેશે તેની સમાન હોય છે. (અથવા જો જળ તેમાં નાખવામાં આવે અને તે ભરાયેલામાંથી ખાલી થવા માટે કેટલો સમય લેશે).

નિવાસ સમયનો અંદાજ કાઢવાની વૈકલ્પિક પદ્ધતિ જૂના ભૂજળ માટે લોકપ્રિયતા હાંસલ કરતી જાય છે તે છે આઇસોટોપિક ટેકનિકનો ઉપયોગ. આવું આઇસોટોપ હાઇડ્રોલોજીના પેટાક્ષેત્રમાં કરવામાં આવે છે.

જળ ચક્ર એવી પ્રક્રિયાનું વર્ણન કરે છે જે સમગ્ર હાઇડ્રોસ્ફિયર દરમિયાનમાં જળની હલચલને વેગ આપે છે. જોકે, "સંગ્રહમાં" ખરેખર ચક્ર દ્વારા ફરતા જળ કરતાં લાંબા ગાળા સુધી વધુ પડતું જળ હોય છે. પૃથ્વી પર વિશાળ પાણીનું સંગ્રહસ્થાન મહાસાગરો છે. એવો અંદાજ છે કે વિશ્વના પાણી પુરવઠામાંથી 332,500,000 mi³ (1,386,000,000 km³) આશરે 321,000,000 mi³ (1,338,000,000 km³) જથ્થો મહાસાગરોમાં સંગ્રહાયેલો છે અથવા તે હિસ્સો 95 ટકા છે. એવો પણ અંદાજ છે કે મહાસાગરો બાષ્પીભવન થયેલા જળમાં 90 ટકા વરાળ પુરવઠો પૂરો પાડે છે જે જળચક્રમાં જાય છે.

ઠંડા વાતાવરણના ગાળાઓ દરમિયાનમાં વધુ બરફ ટોપીઓ અને શિલાઓ રચાય છે અને વૈશ્વિક જળ પુરવઠાનો પૂરતો જથ્થો બરફ તરીકે વધારો કરે છે જેથી જળ ચક્રના અન્ય ભાગમાં માત્રામાં ઘટાડો કરી શકાય. ગરમ સમયગાળામાં આ પ્રક્રિયા ઊંધી થાય છે. છેલ્લી બરફ શિલાએ કે જેણે પૃથ્વીના જમીન જથ્થાનો એક તૃતીયાંશ ભાગ આવરી લીધો હતો તેના પરિણામે મહાસાગરો આજે આશરે 400 ફૂટ (122 m) આજના કરતાં નીચા હતા. આશરે 125,000 વર્ષો પહેલાં છેલ્લી વૈશ્વિક "ગરમ અવધિ" દરમિયાન સમુદ્રો 18 ft (5.5 m) અત્યારના કરતાં ઊંચા હતા. આશરે ત્રણ મિલીયન વર્ષો પહેલાં મહાસાગરો કદાચ 165 ફૂટ (50 m) ઊંચા હશે.

2007માં ઇન્ટરગવર્નમેન્ટલ પેનલ ઓન ક્લાઇમેટ ચેંજ (આઇપીસીસી)(IPCC) સમરી ફોર પોલિસીમેકર્સમાં એવી વૈજ્ઞાનિક સંમતિ સાધવામાં આવી હતી કે જળ ચક્ર આખી 21મી સદી ઉગ્ર થતું રહેશે, જોકે તેનો અર્થ એવો નથી કે દરેક પ્રદેશોમાં કરા વર્ષામાં વધારો થશે. ઉષ્ણકટીબંધની હદવાળા જમીન પ્રદેશોમાં-સ્થળો કે પહેલેથી જ સંબંધિત રીતે સૂકા છે- ત્યાં કરા વર્ષામાં 21માં સદી દરમિયાનમાં ઘટાડો થશે, જે દુષ્કાળની શક્યતાઓમાં વધારો કરશે. ઉષ્ણકટીબંધના પોલવર્ડ માર્જિન્સ પાસે સૂકુ વાતાવરણ હોવાનો અંદાજ છે. (ઉદાહરણ તરીકે મેડીટેરેનીયન બેઝિન, દક્ષિણ આફ્રિકા, દક્ષિણ ઓસ્ટ્રેલીયા, અને દક્ષિણપશ્ચિમ યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ). વિષુવૃત્તીય પ્રદેશો નજીક વાર્ષિક કરા વર્ષાની માત્રામાં વધારો થવાની સંભાવના સેવાય છે જે પ્રવર્તમાન આબોહવામાં ભેઝવાળા અને ઊંચા અક્ષાંશ પર હોવાનું મનાય છે. આ મોટા પાયાના નમૂનાઓ આઇપીસીસીના 4થા મૂલ્યાંકનના ભાગ તરીકે વિવિધ આંતરરાષ્ટ્રીય સંશોધન કેન્દ્રો ખાતે મોટે ભાગે દરેક આબોહવા મોડેલ નકલો હાથ ધરવામાં આવે છે.

બરફશિલાઓનું પીગળવું એ પણ જળ ચક્રનું ઉદાહરણ છે, જેમાં કરા વર્ષથી બરફ શિલાઓ તરફના જળ પુરવઠા ઓગળવાની અને તાપમાનમાં થતાં ફેરફાર સાથે તાલ મિલાવી શકતી નથી. 1850થી બરફ શિલાઓની ઓગળવાની પ્રક્રિયા સખત છે

જળ ચક્રમાં ફેરફાર કરતી માનવ પ્રવૃત્તિઓમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

• કૃષિ
• ઉદ્યોગ
• વાતાવરણના રસાયમ મિશ્રણમાં ફેરફાર
• ડેમનું બાંધકામ
• બિનવનીકરણ અને વનીકરણ
• કૂવાઓમાંથી ભૂજળને દૂર કરવું
• નદીઓમાંથી પાણી ખાલી કરવું
• શહેરીકરણ

જળ ચક્ર સૌર ઊર્જાથી શક્તિ મેળવે છે. 86 ટકા વૈશ્વિક વરાળ મહાસાગરોમાંથી થાય છે જે તેમના તાપમાનમાં વરાળયુક્ત ઠંડક દ્વારા ઘટાડો કરે છે. ઠંડક વિના વરાળની ગ્રીનહાઉસ અસર પરની અસર સપાટી પરન ાવધુ પડતા તાપમાનમાં પરિણમશે 67 °C (153 °F), અને ગ્રહને ગરમ કરશે.

તાપમાન ફેરફાર ડ્રોડાઉન અથવા ઓવરડ્રાફ્ટીંગ અને અશ્મિભૂત જળનું પંપીંગ હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં જળની કુલ માત્રામાં વધારો કરે છે, જે ટ્રાન્સ્પિરેશન અને બાષ્પીભવન શરતે હોય છે તેમ જળ વરાળ અને વાદળ આવરણમાં વૃદ્ધિમા પરિણમે છે જે પૃથ્વીના વાતાવરણમાં ઇન્ફ્રારેડ કિરણોત્સર્ગ મુખ્યત્વે ગ્રહણકર્તા છે. વ્યવસ્થામાં જળનો ઉમેરો કરતાં સમગ્ર પૃથ્વીની વ્યવસ્થાની અસરમાં દબાણ કરે છે જે એક સાચો અંદાજ છે જેમાંથી હાઇડ્રોજિયોલોજિકલ હકીકતને માપવાની બાકી છે.

જળ ચક્ર બાયોજિયોકેમિકલ ચક્ર હોવાથી, તેની અને પૃથ્વીના તળ પરનો જળ પ્રવાહ અન્ય બાયોજિયોકેમિકલ્સ ચક્રનું ઘટક છે. ધોવાઇ ગયેલા કચરા અને જમીનની ફોસ્ફરસથી લઇને વોટરબોડીઝ સુધીનું વહન માટે વરસાદી પાણી જવાબદાર છે. મહાસાગરોમાં જમીનમાંથી છૂટા પડલા મીઠાના વરસાદી પાણી અને વહનમાંથી ખારાશ પ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે. તળાવોની પરંપરાગત યુટ્રોફિકેશન (જૈવિક પ્રક્રિયા) મુખ્યત્વે ફોસ્ફરસના કારણે થાય છે, જેને ખેતીની જમીનમાં ખાતરમાં લાગુ પાડવામાં આવે છે અને ત્યાર બાદ જમીન પર અને નદીની અંદર વહન કરવામાં આવે છે. વરસાદી પાણી અને ભૂજળ બન્ને જમીન પરથી નાઇટ્રોજનનું વોટરબોડીઝમાં વહન કરવામાં નોંધપાત્ર ભૂમિકા બજાવે છે. મિસીસિપી નદીના બહારના ભાગમાં મૃત વિસ્તાર એ ખાતરના નાઇટ્રેટનું પરિણામ છે જેને ખેતીની જમીનથી દૂર લઇ જવામાં આવે છે અને મેક્સિકોના અખાતમાં રિવર સિસ્ટમમાં નાખી દે છે. આ ઉપરાંત ફરીથી નાશ પામેલા ખડક અને જમીનના વહન મારફતે વરસાદી પાણી કાર્બન ચક્રમાં ભાગ ભજવે છે.

ગ્રહના વાતાવરણના ઉપરના ભાગમાં હાઇડ્રોડાયનેમિક પરવન હળવા રાસાયણિક તત્વો જેમ કે હાઇડ્રોજનને એક્ઝોસ્પિયરની નીચી મર્યાદા એક્ઝોબેઝ સુધી જવાની મંજૂરી આપે છે, જ્યાં વાયુઓ ત્યાર બાદ ઝડપથી, તેમના વાયુના અંશોને અસર કર્યા વિના બહારના અવકાશમાંમાં પ્રવેશે છે. અવકાશમાં ગ્રહોમાંના આ પ્રકારના વાયુનું નિર્ગમન પ્લાનેટરી વિન્ડ તરીકે ઓળખાય છે. ગરમ નીચા વાતાવરણ સાથેના ગ્રહો ભેજાળા ઉપલા વાતાવરણમાં પરિણમી શકે છે જે હાઇડ્રોજનના નુકસાનમાં વેગ આપે છે. .

• પૂર
• દુષ્કાળ
• ભેજ તાપમાન ફેરફાર
• ઇકોહાઇડ્રોલોજી