Circuitul Biogeochimic al Apei

Multe secole apa apa a fost considerată ca un element, însă în 1781, fizicianul englez H. Cavendish a arătat că apa se formează prin explozia unui amestec de hidrogen şi oxigen, cu ajutorul scînteii electrice. În 1805, Humboldt şi Gay-Lusac au arătat că apa este formată din două volume de hidrogen şi un volum de oxigen.

Apa naturală constă în amestecul speciilor de izotopi ai oxigenului 16O, 17O, 18O, cu cei 3 izotopi ai hidrogenului 1H, 2H, 3H. Apa pură este întotdeauna un amestec de apă uşoară (H2O) şi de cantităţi extrem de mici de apă grea (D2O) şi apă hipergrea (T2O).

Anticii considerau apa ca origine a tuturor lucrurilor, fruct al dragostei dintre pămînt şi cer. Concepţiile au evoluat, dar nimeni nu poate contesta rolul deosebit al substanţei pe care Leonardo da Vinci o numea seva vieţii pe Pămînt.

Originea apei terestre este destul de controversată. Se susţine că ea există de la începutul formării Pămîntului, dar nu în formă lichidă şi nici ca vapori în atmosferă, ci legată în roci. Ea a fost eliberată treptat ca vapori de rocile fierbinţi împreună cu bioxidul de carbon, formînd a doua atmosferă. Cînd răcirea scoarţei a progresat destul, apa s-a condensat, au apărut ploile şi s-au format mările.

Globul terestru constituie cantităţi enorme de apă în învelişurile lui externe. Atmosfera constituie unul din învelişurile planetei noastre, în care apa se găseşte în cantităţi apreciabile.

Apa este strîns legată de civilizaţia umană. Astfel, sfârşitul civilizaţiilor mesopotamiene antice s-a tras de la apă dupa unii autori. Nu de la lipsă, ci de la irigarea exagerată, ce a dus la sărăturare şi mlăştinire. Deşi în timp au încercat să treacă la culturi mai rezistente la sare, tot nu s-au putut salva. Astfel, procentul de suprafaţă cultivată cu grâu s-a redus de la 50% în anul 3000 îH la 15% în anul 2500 îH şi la 2% în anul 2000 îH. Au trecut la secară, dar şi pentru ea producţia a scăzut de la 1700 kg / hectar în anul 2400 îH la 700 kg / ha în anul 1700 îH. Astăzi 50% din terenurile din regiune sunt sărăturate.

Şi în Africa de Nord antică, agricultura intensivă practicată nechibzuit a sărăturat solul, făcînd să sece "grînarul imperiului roman" şi contribuind la decăderea acestuia. În Creta antică, defrişările au dus la dispariţia surselor de apă dulce şi la o eroziune imensă, catastrofă consemnată şi de Platon.

Conflictele pentru apă sunt cunoscute de mult. Una din primele consemnări este de acum peste 6000 de ani, cu privire la războiul pentru apă dintre oraşele mesopotamiene Lagaş şi Umma.

Unde nu este destulă apă sau dacă aceasta nu are o calitate acceptabilă, consecinţele asupra societăţii sunt deosebit de complexe. Afectarea sănătăţii vine din patologia hidrică, dar şi indirect prin hrana neadecvată generată de secetă şi sărăcie, provocată şi ea de lipsa apei.

Ca şi suprafaţa scoarţei terestre, apa din atmosferă apare sub toate cele trei stări de agregare care o caracterizează.:

a) stare gazoasă: sub formă de vapori, condiţionînd umiditatea aerului şi fiind prezentă chiar şi în aerul uscat;

b) stare lichidă: sub formă de picături foarte fine(în cazul burniţei şi ploilor);

c) stare solidă: su formă de ace fine de gheaţă şi fulgi de zăpadă în norii de la marile înălţimi sau în straturile reci de aer ca şi sub formă de grindină de diferite dimensiuni.

Atmosfera, suprafaţa continentelor şi freaticul lor sunt cele mai sărace depozite de apă. Cu toate acestea, deşi apa continentală este în cantitate relativ redusă, ea are cea mai mare putere de circulaţie, revenind în circuit de nenumărate ori faţă de apa din litosferă sau din mări şi oceane.

Fluxul de energie nu este doar un simplu transfer de la un individ la altul, de la un nivel trofic la următorul. Nici circuitul materiei nu reprezintă doar deplasarea în spaţiu a elementelor chimice. Este vorba de procese complexe în care are loc nu doar circulaţia materiei şi energiei, dar şi transformarea acestora. În continuare, voi prezenta pe scurt circuitul materiei atît în cadrul ecosistemului, cît şi la nivelul ecosferei. Înainte de apariţia vieţii nu existau decît circuite geochimice. În cadrul acestor circuite elementele chimice se deplasau lent între cele trei compartimente abiotice: suprafaţa uscatului şi sedimente, oceanul planetar şi atmosferă.

Figura 1.1. - Deplasarea elementelor chimice

între cele trei compartimente în cadrul circuitelor geochimice.

Se observă din fig.1.1.că circuitele implică existenţa unor reyervoare. Acestea sunt unităţi bine definite din punct de vedere fizic: litosferă, atmosferă şi hidrosferă. Transferul elementelor chimice dintr-un rezervor în altul se realizează de-a lungul unor căi de transport. Circuitele au sporit în complexitate o dată cu apariţia biosferei. Aceasta este extrem de dinamică, preluarea, transformarea şi exportarea elementelor chimice şi a compuşilor realizîndu-se cu viteză mare. Organismele vii au calitatea de a acumula selectiv, de a transforma şi dispersa în spaţiu şi timp elementele actuale, procesele decurgînd mult mai rapid comparativ cu cele geochimice.din această cauză componenta biotică este denumită compartiment de ciclare. Circuitele ce includ, pe lîngă rezervoarele abiotice şi componenta biotică se numesc circuite biogeochimice.[1]

Circuitul apei în natură a fost descoperit, sau măcar intuit, foarte devreme în istoria omenirii. Chiar Biblia face referire de mai multe ori la acest circuit, în special, în legătură cu potopul. Următorul citat este tradus din textul sanscrit al cărţii indiene Manusmriti, carte cu o origine de cel puţin

2500-3000 ani: „Apa se ridică la cer sub formă de vapori, din cer coboară sub formă de ploaie; din ploaie se nasc plante şi din plante, animalele”(Manusmriti – Cartea III, sloka 76).

Procesul relativ complicat al trecerii din hidrosferă în atmosferă şi apoi din nou în hidrosferă constituie fenomenul circulaţiei apei în natură, evaporaţia şi gravitaţia reprezentînd principalele forţe care determină mecanismul acestuia.

În cadrul acestui circuit nu se realizează doar o deplasare mecanică a unei mase oarecare de apă din domeniul marin în cel atmosferic, apoi în cel terestru, pentru a reveni de unde a plecat, ci un proces mult mai complex care implică multe fenomene.

Importanţa circulaţiei apei în natură este foarte mare, ea constituind, în primul rînd legătura dintre diferite unităţi ale hidrosferei, mijlocind schimbul de apă dintre domeniul marin şi cel continental.