วัฏจักรของน้ำ (The Water Cycle)

น้ำเป็นองค์ประกอบสำคัญในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เป็นตัวกลางของกระบวนการต่างๆในสิ่งมีชีวิต อีกทั้งยังเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตมากมายเพราะโลกของเราประกอบด้วยน้ำ 3 ใน 4 ส่วน วัฏจักรของน้ำจึงนับว่ามีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตเป็นอย่างมาก

การเกิดวัฎจักรของน้ำตามธรรมชาติแบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอน

1. การระเหย (evaporation)
หมายถึง การที่น้ำในแหล่งน้ำ เช่น แม่น้ำ ทะเล และมหาสมุทร ฯลฯ กลายเป็นไอเมื่อได้รับความร้อนจากแสงอาทิตย์

2. การควบแน่น (condensation)
หมายถึง การที่ไอน้ำในบรรยากาศเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวในรูปของเมฆเมื่อได้รับความเย็น

3. การเกิดฝนตก (precipitation)
หมายถึง ปรากฏการณ์ของการเกิดการรวมตัวของน้ำในอากาศ เกิดเป็นฝนและหิมะตกสู่พื้นโลก ซึ่งส่วนใหญ่ตกลงสู่พื้นที่มหาสมุทร นอกจากนั้นตกลงมาในรูปของฝนและหิมะและบางส่วนก็ซึมลงดินและไหลลงสู่แหล่งน้ำต่างๆ

4. การรวมตัวของน้ำ (collection)
หมายถึง การที่น้ำไหลรวมกันสู่แหล่งน้ำ เช่น แม่น้ำ ทะเล หรือ มหาสมุทร ที่เป็นแหล่งอุปโภคและบริโภคของมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ต่อไป

วัฏจักรของน้ำ
วัฏจักรของน้ำ คือ การเกิดและการหมุนเวียนของน้ำที่อยู่ในโลกนั่นเอง เพื่อให้เข้าใจขอบเขตของอุทกวิทยาได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ขอให้พิจารณาถึงวัฏจักรของน้ำซึ่งเคลื่อนที่หมุนเวียนอยู่เป็นภาคตอนต่าง ๆ น้ำในโลกไม่สูญหายไปไหน แต่จะเปลี่ยนรูปอยู่ในสภาพต่างๆ วนเวียนอยู่ในวัฏจักรของน้ำอันไม่มีจุดเริ่มต้น และจุดสิ้นสุดดังแสดงในรูป ซึ่งอาจจะอธิบายได้ดังนี้

ไอน้ำในบรรยากาศ เรียกว่า atmospheric moisture ได้แก่น้ำในรูปของไอน้ำมีอยู่ในบรรยากาศทั่วไปตลอดเวลา อาจมองเห็นได้ในรูปของ เมฆ หมอก และมองเห็นไม่ได้ในรูปของไอน้ำ ไอน้ำนี้เกิดจากการระเหยของน้ำจากแหล่งน้ำต่าง ๆ บนผิวโลก ไอน้ำในบรรยากาศนี้ ถ้าหากมีมากขึ้นจนถึงจุดอิ่มตัวความแปรปรวนทางอุตุนิยมวิทยาของบรรยากาศรอบผิวโลกจะทำให้ไอน้ำกลั่นตัวเป็นละอองน้ำ และรวมตัวกัน เป็นหยดน้ำตกลงมาสู่ผิวโลกในหลายรูปแบบ เรียกว่า น้ำฟ้าหรือน้ำจากอากาศ (precipitation) ซึ่งถ้าเป็นของเหลวก็คือ ฝน (rian)ถ้าเป็นรูปผลึกก็คือหิมะ (snow) ถ้าเป็นรูปของของแข็งก็คือ ลูกเห็บ (hail,sleet) และน้ำแข็ง(ice) นอกจากนั้นก็มีรูปอื่น คือ น้ำค้าง (dew) หรือน้ำค้างแข็งตัว (frost)

ในเมืองหนาวน้ำฝนที่ตกลงมาสู่ผิวโลกนั้น อาจตกปรอยๆ บางส่วนอาจไม่ตกถึงผิวโลก แต่ระเหยบางส่วนตามใบหรือลำต้นเรียกว่า interception ซึ่งบางส่วนจะระเหยกลับสู่บรรยากาศและบาง ส่วนจะหยดต่อลงสู่พื้นที่ อาคารต่าง ๆ ก็กักน้ำฝนไว้ได้บ้างเช่นเดียวกัน น้ำฝนส่วนที่ตกถึงพื้นดิน จะเริ่มซึมลงดินด้วยแรงดึงดูดของเม็ดดิน ในลักษณะที่เรียกว่า
การซึมสู่ผิวดิน หรือการซึมผ่านผิวดิน (infiltration) และจะกลายเป็นน้ำที่ไหลในดินเรียกว่า subsurface runoff ในกรณีที่เม็ดดินมีควมชื้นเดิมน้อยมาก เช่น แห้ง อัตราการซึมลงดินในลักษณะนี้จะสูงมาก แต่เมื่อดินอิ่มตัวก็จะลดลงทันทีทันใดเช่นกัน น้ำส่วนที่ซึมลงไปอิ่มตัวอยู่ในดินจะถูกแรงดึงดูดโลกดูดให้ซึมลึกลงไปอีกเรียกว่า น้ำใต้ดิน (ground water) น้ำใต้ดินนี้มีหลายระดับขั้น จะค่อยๆไหลตามความลาดเทของชั้นดินไปสู่ที่ต่ำ อาจเป็นแหล่งขัง
น้ำใต้ดินหรืออาจไหลออกสู่แม่น้ำลำธารที่อยู่ระดับต่ำกว่า หรือออกสู่ทะเลโดยตรงก็มี แต่หากบางส่วนที่ซึมลงดินไปแล้ว เกิดมีชั้นดินแน่นทึบวางอยู่น้ำส่วนนี้ก็จะไหลไปตามลาดเทใต้ผิวดินและขนานไปกับผิวดินแน่นทึบดังกล่าวเรียกว่า interflow ซึ่งจะไหลออกสู่ผิวดินอีกเป็นลักษณะของน้ำซับค่อยไหลซึมออกไป น้ำที่ซึมลงดินตามขั้นตอนต่าง ๆ นั้นอาจถูกรากพืชดูดเอาไปปรุงอาหาร เลี้ยงลำต้นและคายออกทางใบ เรียกว่า การคายน้ำ (transpiration) ซึ่ง
เป็นจำนวนมากน้อยขึ้นอยู่กับพืช

น้ำฝนส่วนที่เหลือจากการซึมลงดินเมื่ออัตราฝนตกมีค่าสูงกว่าอัตราการซึมลงดินก็จะเกิดขังนองอยู่ตมพื้นดินแล้วรวมตัวกันไหลลงสู่ที่ต่ำเรียกว่า overland flow บางส่วนอาจไปรวมตัวอยู่ในที่ลุ่มบริเวณเล็ก ๆ เรียกว่า surface storage แต่ส่วนใหญ่จะรวมกันมีปริมาณมากขึ้นมีแรงเซาะดินให้เป็นร่องน้ำ ลำธารและแม่น้ำตามลำดับ น้ำที่ไหลอยู่ในแม่น้ำลำธารเรียกว่าน้ำท่า (surface runoff) น้ำท่านี้จะไหลออกสู่ทะเล มหาสมุทรไปในที่สุด

ตลอดเวลาที่น้ำอยู่ในขั้นตอนต่าง ๆ เหล่านี้จะเกิดการระเหยเรียกว่า evaporation คือ น้ำเปลี่ยนสภาพไปเป็นไอน้ำขึ้นไปสู่บรรยากาศตลอดเวลา อาจเป็นจากผิวของใบไม้ที่ดักน้ำฝนไว้ จากผิวดินทิ่อิ่มด้วยน้ำ จากผิวน้ำในแม่น้ำ ลำธาร ทะเลสาบ หนอง บึง อ่างเก็บน้ำ แต่ส่วนใหญ่ก็คือ จากทะเลและมหาสมุทร เมื่อเป็นไอน้ำก็จะลอยสูงขึ้นไปและเมื่ออุณหภูมิเย็นลงก็จะกลั่นตัวเป็นละอองหรือหยดน้ำและจะกลายเป็นฝนตกลงมาอีก วัฏจักรของน้ำจึงไม่มีเริ่มต้น ไม่มีที่สิ้นสุดหมุนเวียนอยู่เช่นนี้ตลอดเวลา ปริมาณในขั้นตอนต่างๆ นั้นอาจผันแปรมากน้อยได้เสมอ ซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆที่ควบคุมในขั้นตอนเหล่านั้นการศึกษาว่าในขั้นตอนใดมีปริมาณเท่าใดนั้นเรียกว่า water balance

การทดลองศึกษาวัฏจักรน้ำ
อุปกรณ์และเครื่องมือ
• ดินจากธรรมชาติ
• กล่องพลาสติก
• ตะเกียงหรือแสงแดด
• แผ่นฟิล์มใส
• ถุงน้ำแข็ง

วิธีการทดลอง
1. นำดินใส่กล่องพลาสติกที่เตรียมไว้และปิดด้วยแผ่นฟิล์มใสให้สนิท
2. นำภาชนะดังกล่าวตั้งภายใต้ตะเกียงหรือตากแดดประมาณ 1 สัปดาห์
3. จากนั้นนำถุงน้ำแข็งตั้งไว้บนภาชนะ
4. สังเกตผลการทดลองที่ได้ กล่าวคือความชื้นจากดินเมื่อได้รับความร้อนจากตะเกียงจะเกิดการระเหยไปติดที่แผ่นฟิล์มและเมื่อนำถุงน้ำแข็งมาวางไวด้านบน ไอน้ำที่สัมผัสกับความเย็นจะเกิดการรวมตัวควบแน่นเป็นหยดน้ำหยดลงมา