Dette er venstre ramme i læreverket "Naturfag for alle". Dersom du har kommet hit fra en søkemotor bør du gå til forsiden slik at du kan gå inn i læreverket på riktig måte. Klikk her for å gå til forsiden. Legg merke til kapittelnummeret hvis du vil tilbake hit.

5D Vannets kretsløp mellom hav og land

Jorden er en vannplanet. Ikke bare finnes det mye vann her, men temperaturen er dessuten slik at vann forekommer, i store mengder, både som fast stoff (is og snø), væske (ferskvann og hav) og gass (luftfuktighet, vanndamp).

1 Vannets kretsløp

Mesteparten av jordens vann, 95 %, finner vi i havet (kapittel 5C). Stråling fra solen varmer opp havflaten og får vann til å fordampe. Det er bare vann som fordamper, saltet blir igjen i havet.

Vanndampen blir en del av atmosfæren (kapittel 5B), luften blir fuktig. Vind fører den fuktige luften oppover i luftmassene der den avkjøles og kondenserer til små dråper, skyer. Hvis skydråpene blir store faller de ned, som regn, hagl eller snø.

Regn, hagl og snø kaller vi med et fellesnavn for nedbør. 3/4 av nedbøren faller direkte tilbake på havet. Resten faller på jordens landområder. Her tar vannet midlertidig opphold i isbreer, snødekke, elver, innsjøer, jord, grunnvann eller planter og dyr, men kommer før eller siden - det kan ta fra uker til tusener av år - tilbake til havet igjen. Da har vannet fullført en fullstendig rundtur, fra havet, via atmosfæren og ulike oppholdssteder på land, tilbake til havet igjen. Vi kaller det vannets kretsløp.

Figur 1. Vannets kretsløp

2 Grunnvann

Jordoverflaten er ikke vanntett. Løsmasser og sedimentære bergarter er porøse, mens massive bergarter vanligvis har rikelig med sprekker.

Når det regner, eller snø smelter, vil en del av nedbøren synke ned i undergrunnen. Kanskje fordamper noe igjen ganske raskt, mens noe blir tatt opp av plantenes røtter og kommer tilbake til atmosfæren via plantenes transpirasjon. Men en vesentlig del av nedbøren siger også videre ned i jorden og blir en del av grunnvannet. Dette kalles infiltrasjon.

Figur 2. Infiltrasjon

Under en viss dybde, som vi kaller grunnvannsspeilet, er alle hulrom fylt av vann. Grunnvannsspeilet følger til en viss grad landskapets overflate. I et kupert terreng vil dermed også grunnvannsspeilet være kupert.

Figur 3. Landskap og grunnvann

Porøsiteten og sprekkene i undergrunnen gjør at grunnvannet kan bevege seg mot områder med lavere trykk. En stor del av vannet kommer derfor til overflaten igjen i forsenkninger i landskapet, som en kilde, eller gjennom bunnen i elver og innsjøer. I en myr er grunnvannsspeilet sammenfallende med terrengoverflaten.

Grunnvannet blir ofte nyttet til drikkevann og irrigasjon. Da graver eller borer man en brønn som rekker ned til under grunnvannsspeilet. Etter kort tid vil vann sive inn i brønnen og fylle den til grunnvannsspeilets høyde. Vedvarende pumping vil senke grunnvannsstanden omkring brønnen, kanskje i så stor grad at man må grave eller bore dypere for å få mer vann i brønnen. Dette er ofte tilfelle der store befolkningskonsentrasjoner, gjennom tallrike brønner, utnytter grunnvann som sin viktigste ferskvannskilde.

Figur 4. Grunnvannsbrønn

Det finnes bergartslag som er lite gjennomtrengelig for vann, selv om de selv kan ha et stort vanninnhold. Leire er et eksempel, skifer et annet. Hvis grunnvannet fanges under et slikt vanntett lag, kan det komme under trykk. I en brønn som bryter det tette laget vil vannet bli presset opp. Dette kalles en artesisk brønn.

Figur 5. Artesisk brønn

Ved en havkyst vil ferskt grunnvann fra landområdet og salt grunnvann fra havet møtes. Det ferske grunnvannets strøm mot havet fører normalt til at grunnvannet er ferskt et stykke ut fra kysten. En brønn vil derfor inneholde ferskt vann, selv om den ligger helt nede ved strandlinjen.

Figur 6. Grunnvann ved kysten

Men dersom grunnvannsforekomsten innenfor kystlinjen overforbrukes, vil grunnvannstrømmen avta. Da kan saltvann trekke seg inn under land og forurense slike brønner.

3 Is og snø

Snø

I områder med kjølig eller kaldt klima vil store deler av nedbøren i vinterhalvåret falle som snø. Sporadisk kan det også skje i varmere strøk, men snøen blir sjelden liggende lenge før den smelter. I høytliggende fjellområder kan nedbøren komme som snø også i tropene.

Nedbør i form av snø vil i første omgang bli liggende der den falt uten å renne bort eller synke ned i jorden. Dersom luftfuktigheten er lav kan det likevel fordampe betydelige mengder fra snøoverflaten, selv om temperaturen er langt under frysepunktet. En slik direkte overgang fra fast stoff til gass kalles sublimasjon.

Et permanent snødekke om vinteren danner et vannmagasin som frigjøres når snøen smelter i løpet av våren og sommeren. Dette fører til ekstra stor vannføring i elvene derfra, vårflom.

Isbre

Men enkelte steder er klimaet for kaldt til at vinterens snødekke rekker å smelte helt vekk i løpet av sommerhalvåret. Da vil neste vinters snø legge seg på fjorårets. Dersom dette gjentar seg år etter år, dannes det en isbre.

Figur 7. Isbre

Snø som smelter om sommeren utgjør et kortvarig vannreservoar som frigjøres i vårflommen. Isbreene derimot, binder store mengder vann over lang tid, tusenvis av år. Dette vannet kommer opprinnelig fra havet. Siden det ligger på land fører det til et lavere havnivå enn om alt var i havet. Isdekket i Antarktis utgjør ca. 91% av den totale ismengden i verden. Dersom all isen her skulle smelte, ville nivået i verdenshavene stige med mer enn 60 meter. De andre store isdekte områdene finner vi i Arktis med Grønland som det største området. Ismengden her tilsvarer en havnivåstigning på 7 meter.

En isbre som skyver seg ut i havet, eller i en innsjø, vil flyte når dybden er større enn ca. ni ganger breens tykkelse. En slik flytende isbre kalles en shelf, etter det engelske ordet for hylle.

Figur 8. Shelf

Shelf-is må ikke blandes sammen med havis. Havis dannes på havet uten tilførsel av is fra breer på land. Slik is er ikke med i vannets kretsløp, men er rett og slett en del av havet (kapittel 5C, avsnitt 7).

Is på innsjøer og elver

Vann har størst massetetthet ved + 4 ºC og utvider seg kraftig når det fryser til is.

Figur 9. Volumendring i vann som avkjøles og fryser til is

Når det blir kaldt om høsten nedkjøles innsjøenes overflatevann av den kalde luften og av varmestrålingen fra vannoverflaten. Overflatevannet blir tungt, og synker. Varmere vann kommer opp nedenfra. Også dette blir avkjølt og synker. Slik fortsetter det til alt vannet i sjøen er nedkjølt til + 4 ºC. Da først kan overflatevannet få lavere temperatur. Men nå synker det ikke. Det er jo lettere enn + 4 ºC-vannet nedenfor. Dersom lufttemperaturen er under 0 ºC vil det legge seg is på overflaten. Isen synker ikke, men flyter på overflaten. Isen er jo lettere enn vannet.

Før det kan legge seg is på en innsjø, må altså alt vann i innsjøen først avkjøles til + 4 grader. Derfor fryser dype innsjøer senere enn grunne. Også i rolige elver må alt vannet avkjøles til + 4 ºC før det kan legge seg is. Men der elvestrømmen sørger for kontinuerlig omrøring vil det ikke legge seg is før alt elvevannet er avkjølt til frysepunktet.

Figur 10. Is på innsjøer og elver

Tele og permafrost

Is kan også finnes under bakkenivå. I kalde strøk kan vanninnholdet i det øverste jordsmonnet fryse til is om vinteren. Dette kalles tele. Siden isen tar større plass enn vannet, vil bakken løftes litt der det skjer, dess mer fuktighet bakken inneholder, dess større løft, såkalt telehiv. Når våren kommer med solstråler og varm luft, smelter det øverste laget først, mens underliggende lag fortsatt er frossent og vanntett. Dermed må smeltevannet enten renne vekk eller bli liggende på bakken inntil all tele er vekk. Dette kan skape svært våte forhold når snøen smelter.

Dersom det nederste laget av telen ikke tiner i løpet av sommeren, har vi permafrost. I svært kalde strøk, langt mot nord eller sør, eller høyt til fjells, kan permafrosten være kilometerdyp. Også i slike områder vil det øverste jordsmonnet smelte i løpet av sommeren, men permafrosten vil, året rundt, hindre infiltrasjon. Dette gir opphav til en landskapstype som kalles tundra.

Figur 11. Permafrost

4 Elver og innsjøer

Avrenning

Den delen av nedbøren som, i form av vann, holder seg på jordoverflaten, kalles avrenning. Avrenningen inkluderer altså vann som befinner seg i elver og innsjøer.

Tyngdekraften vil sørge for at vannet vil renner nedover, dersom det er mulig, og alltid dit det er brattest. Rennende vann trekker med seg løse partikler som leire, sand, grus og stein. Der elven renner over fast fjell vil grus og stein som trekkes med langs bunnen skure og slite på underlaget. Rennende vann graver derfor i underlaget. Dette kalles erosjon.

Figur 12. Vannets gravende virkning i løsmasser

Finnes det ikke fra før, vil det snart oppstå fordypninger forårsaket av vannets gravende virksomhet, og når fordypninger først er oppstått, vil nytt vann finne veien dit. Vi har fått et elvefar.

Figur 13. Utvikling av elevefar

Denne prosessen skjer i både liten og stor skala over hele nedslagsfeltet. Bekker, elver og floder: Avrenningen skjer gjennom et nettverk av kanaler som viser samme mønster uavhengig av målestokk.

Figur 14. Avrenningsnettverk

Øverst vil elveløpene være små og bratte. Vannhastigheten er stor og elven graver i berggrunnen og tar med seg løsmateriale (sand, grus og stein). Elvene blir større og slakere dess lenger ned vi kommer. Vannstrømmen avtar og løsmaterialet blir avsatt. Dette danner elvesletter der elven må bukte seg fram i stadig skiftende løp for å finne vei. Mer finkornede løsmasser blir brakt videre og avsettes som delta der elven renner ut i havet. Det aller fineste materialet avsettes i havet.

Figur 15. Avrenningsprofil

5 Vassdrag

Et vassdrag er et sammenhengende system av bekker, elver, innsjøer, grunnvann og isbreer, regnet fra sine utspring i høyere områder og ned til et felles utløp i havet.

Figur 16. Glommavassdraget

Nedslagsfelt

Det landområdet som et vassdrag samler vann fra kalles et nedslagsfelt (markert med gult på figur 2). Nedslagsfeltet er avgrenset av et vannskille. Vannskillet er grensen mellom to nedslagsfelt. Nedbør som faller utenfor vannskillet omkring et nedslagsfelt, renner ned i et annet vassdrag.

Figur 17. Nedslagsfelt

I middelalderen hadde ikke menneskene noen klar forestilling om hvor vannet i elvene kom fra. Det var en vanlig oppfatning at regn og annen nedbør langt fra var tilstrekkelig til å fylle elvene. Det rådde mange fantasifulle forestillinger om hvor det øvrige vannet kom fra.

Men midt på 1600-tallet utførte franskmannen Pierre Perrault målinger av nedbør og vannføring i Seinens nedslagsfelt. Hans resultater viste at nedbøren som falt i nedslagsfeltet var seks ganger større enn vannføringen i elven. Så nå var spørsmålet snudd til det omvendte: Hvor ble det av resten av vannet?

Ved å studere figur 1 forstår vi at resten av vannet nødvendigvis må ha gått direkte tilbake til atmosfæren gjennom sublimasjon, transpirasjon og fordampning, eller det må ha sunket ned i jorden og blitt en del av grunnvannet.

Perraults undersøkelse la grunnlaget for det som skulle bli den moderne vitenskapen hydrologi.

Massebalanse i et nedslagsfelt

Begrepet massebalanse er grunnleggende innen hydrologi. Ideen er enkel: Dersom samlet vannmengden innen et nedslagsfelt skal holde seg konstant over et visst tidsrom, for eksempel et år, så har vi følgende sammenheng:

Samlet nedbørs-mengde i nedslags-feltet
=
avrenning gjennom elv ut av nedslags-feltet
+
grunnvanns-transport
ut av nedslags-feltet
+

sublimasjon, transpirasjon, fordampning, direkte til atmosfæren

Figur 18. Massebalanse i et nedslagsfelt

6 Sammendrag

7 Kontrollspørsmål

Svartabell. Klikk på riktige svar. Grønt betyr riktig, rødt betyr feil. 

Når du er ferdig, skal 12 ruter være grønne. Greier du å unngå de røde?

  1. Hva er det riktige forholdet, omtrent, mellom grunnvann og overflatevann (elver og innsjøer) på jorden?
  2. På hvilke av disse stedene kan grunnvannsspeilet sies å ligge høyere enn jordoverflaten?
  3. Hva er en artesisk brønn?
  4. Hvilke faktorer er avgjørende for utviklingen av en isbre?
  5. Hva er riktig om vann og is?
  6. Når vanninnholdet i jordsmonnet er frosset året rundt kalles det ...
  7. Avrenning inkluderer vann som befinner seg i ....
  8. Et sammenhengende system av bekker, elver, innsjøer, grunnvann og isbreer er et ...
  9. Hva mener du vil skje med massebalansen i et nedslagsfelt dersom et asfaltert område pløyes opp og beplantes med skog?