Le cycle de l'eau, ou cycle hydrologique, fait référence à la circulation continue de l'eau dans l'hydrosphère de la Terre. L'eau entre et sort des différents réservoirs sur la surface de la Terre, au-dessus et au-dessous, et se transforme en différentes phases de solide (glace), de liquide (eau) et de gaz (vapeur), avec la masse totale de l'eau restant assez constante. Les processus physiques d'évaporation, de condensation, de sublimation, de précipitation, de transpiration et de ruissellement sont responsables du maintien du cycle de l'eau. De l'énergie thermique est également échangée pendant le cycle, ce magasin et la libération de chaleur affectant les climats du monde entier. Le cycle de l'eau est essentiel pour maintenir la vie sur Terre, car il reconstitue les ressources mondiales en eau douce et modère les conditions climatiques extrêmes.
Processus physiques impliqués dans le cycle de l'eau
Différents processus physiques agissent en coordination afin de maintenir le cycle de l'eau actif à tout moment. L'évaporation implique la vaporisation de l'eau de la phase liquide, déclenchée par la source d'énergie thermique du rayonnement solaire. L'évaporation peut également être étendue pour inclure la transpiration, un processus de perte d'eau à partir des feuilles des plantes et la transpiration, qui est une perte d'eau similaire chez les animaux dans des conditions de stress thermique. 90% de l'eau atmosphérique est contribué à l'évaporation et 10% à la transpiration des plantes. La condensation et l'advection désignent la transformation des vapeurs d'eau évaporée en gouttelettes d'eau liquide en suspension dans l'air sous forme de nuages ou de brouillard, ainsi que les mouvements de cette eau atmosphérique condensée entre l'océan et la terre. L'eau condensée atteint la surface terrestre et océanique par le processus de précipitation. Certaines précipitations sont soumises à une interception de la canopée, dans laquelle la végétation sur terre absorbe l'eau avant qu'elle n'atteigne la terre. L'eau qui atteint la terre est soumise au ruissellement (ou à la fonte des eaux dans le cas de la neige), et traverse les terres vers les océans sous la forme de rivières se déversant dans les mers. Dans le processus, l'eau s'évapore également, s'infiltre dans le sol (processus appelé infiltration où l'eau s'accumule dans le sol ou plus profondément dans les aquifères souterrains) ou est extraite par les systèmes racinaires des plantes ou par d'autres moyens. L'écoulement de l'eau sous la surface se produit sous le sol, et même cela pourrait se retrouver dans les océans ou à la surface de la terre par des sources. Une petite quantité de sublimation, impliquant la conversion directe de la glace solide en vapeur d'eau, est également observée dans la nature.
Réservoirs d'eau et temps de séjour
Les réservoirs d'eau représentent une région où une partie de l'eau participant au cycle de l'eau est stockée pendant un certain temps. Les océans sont les plus grands réservoirs d'eau de la planète, stockant près de 97% des eaux de l'hydrosphère, tandis que les calottes glaciaires et les glaciers stockent un autre pourcentage de 2. Les réservoirs d'eau souterraine, les rivières, les lacs, les étangs et les ruisseaux stockent également de petits pourcentages de l'eau totale de l'hydrosphère, tandis que la teneur en eau des organismes vivants représente le plus petit de tous les réservoirs. Un autre terme important associé au cycle de l'eau est le «temps de résidence», représenté par la formule mathématique suivante:
Temps de résidence = Volume du réservoir / (Le taux d'eau est ajouté au réservoir ou quitte le réservoir)
Le temps de séjour représente donc le temps moyen passé par une molécule d'eau dans le réservoir et peut être exprimé de manière positive ou négative, selon que le réservoir subit des pertes nettes ou des gains nets en eau. Par exemple, les eaux souterraines peuvent demeurer pendant des années 10,000 sous la surface de la Terre avant de quitter le réservoir souterrain, tandis que l'eau atmosphérique existe pendant un maximum de jours 10 dans l'atmosphère avant de se précipiter sous forme de pluie ou de neige.
Importance du cycle de l'eau et impact des activités humaines
Les climats globaux sont affectés et extrêmement sensibles aux changements de la structure du cycle de l'eau, car le cycle permet l'échange de chaleur et d'humidité entre les masses continentales et les masses d'eau. L'évaporation de l'eau entraîne le refroidissement de l'environnement, tandis que la condensation réchauffe l'environnement en libérant de l'énergie thermique. La géographie physique de la Terre est également fortement influencée par le cycle de l’eau, car la fonte des glaciers et le ruissellement des rivières creusent des vallées, des pics, des canyons, des lacs et d’autres formes de relief observés sur Terre. Récemment, le cycle de l'eau de la planète s'est intensifié et les taux d'évaporation et de précipitation ont fortement augmenté. Les activités humaines, telles que la construction de barrages sur les rivières et les ruisseaux, l'extraction des eaux de surface et souterraines à des fins d'irrigation et autres, et le déboisement intensif ont nui au fonctionnement du cycle de l'eau. Le réchauffement climatique a eu un impact supplémentaire sur l'hydrosphère en provoquant la fonte des calottes polaires, qui perdent maintenant plus d'eau par évaporation, fonte de neige et ruissellement qu'elles ne gagnent en eau par les précipitations. Cela menace d'élever les niveaux d'eau des océans et d'inonder les villes côtières du monde entier.
