ĐỊA LÍ 10 · THỦY QUYỂN — Một khối nước, một vòng tuần hoàn: từ kho nước, sông hồ đến sóng, thủy triều và dòng biển
Bài khái niệm Địa lí 10 về thủy quyển: nước phân bố ở đâu, vòng tuần hoàn nước, sông (lưu vực, lưu lượng, chế độ nước), nước ngầm, băng tuyết, hồ, rồi nhiệt…
ĐỊA LÍ 10 · THỦY QUYỂN · LUKATO AI · BÀI KHÁI NIỆM
Một khối nước, một vòng tuần hoàn
Nước nằm ở đâu, đi những đường nào trên lục địa, và biển chuyển động ra sao dưới sức gió, sức hút của Mặt Trăng và chênh lệch nhiệt độ?
Hình dung Trái Đất như một ngân hàng nước: có kho chứa khổng lồ (đại dương, băng, nước ngầm), có dòng tiền luân chuyển (bốc hơi, mưa, sông) và có những cỗ máy làm nước biển chuyển động. Con số trong bài được đối chiếu với tài liệu khoa học (USGS, NOAA) và sách giáo khoa; mọi tình huống ví dụ là hư cấu.
6 SƠ ĐỒ TỰ DỰNG 2 PHÒNG THÍ NGHIỆM TƯ DUY THUẦN KHÁI NIỆM 8 CÂU TRẮC NGHIỆM TỰ SOẠN
Về chữ "hư cấu". Số liệu về nước (tỉ lệ, độ muối, nhiệt độ) lấy từ nguồn khoa học và sách giáo khoa; chúng là số trung bình, cách làm tròn có thể khác nhau chút ít giữa các sách. Nhãn hư cấu chỉ dùng cho lưu vực, tình huống và số trong phòng thí nghiệm do bài tự dựng. Mô hình trong bài đã được đơn giản hóa để thấy quan hệ nhân quả, không để tính toán thực tế.
MỤC 1 · KHO NƯỚC
Thủy quyển: nước ở đâu và ở dạng nào?
Thủy quyển không chỉ là biển. Nước còn nằm trong băng, trong lòng đất, trong khí quyển và trong cơ thể sinh vật. Có bao nhiêu nước, và phần nào con người dùng được?
1.1 Thủy quyển: toàn bộ nước ở ba thể
Thủy quyển gồm toàn bộ nước trên Trái Đất ở thể lỏng, thể rắn (băng, tuyết) và thể hơi, có trong đại dương, trên và dưới lục địa, và trong khí quyển. Tổng lượng nước khoảng 1,386 tỉ km³ (1 386 triệu km³); nước biển và đại dương phủ hơn 70% bề mặt Trái Đất.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 1. Hai tầng tỉ lệ: nước mặn so với nước ngọt, rồi trong nước ngọt thì băng và nước ngầm áp đảo (số làm tròn từ USGS, khớp với sách giáo khoa).
Đọc hình theo hai bước. Thanh trên: gần như toàn bộ nước là nước mặn, nước ngọt chỉ khoảng 2,5%. Thanh dưới coi riêng phần nước ngọt là 100%: khoảng bảy phần mười ở dạng băng, tuyết (ở hai cực và núi cao), gần ba phần mười là nước ngầm. Phần "dễ thấy" như sông, hồ chỉ là một lớp mỏng.
1.2 Vì sao "nhiều mà ít dùng được"?
Nước ngọt chỉ ≈ 2,5% tổng lượng nước.
Trong đó phần lớn bị khóa trong băng hoặc nằm sâu trong đất (nước ngầm).
Phần nước ngọt mặt đất (sông, hồ) rất nhỏ, nhưng lại được vòng tuần hoàn bổ sung liên tục (mục 2).
Vì thế bảo vệ nguồn nước ngọt không phải chuyện "còn nhiều biển nên không lo": nước biển mặn không dùng trực tiếp cho uống, tưới như nước ngọt. Giữ sạch nước, dùng tiết kiệm, bảo vệ rừng đầu nguồn là những giải pháp gắn với đúng cơ chế này.
Chốt ý mục 1: thủy quyển = nước ở ba thể; ≈ 97,5% là nước mặn; nước ngọt ≈ 2,5%, trong đó băng tuyết ≈ 69%, nước ngầm ≈ 30%, sông hồ chỉ ≈ 0,27%
bạn Mai (hư cấu) nói: "Nước ngọt chủ yếu nằm trong các sông và hồ". Sửa lại thế nào?
Giải thích. Sai về phân bố: phần lớn nước ngọt nằm trong băng, tuyết (≈ 69%) và nước ngầm (≈ 30%). Sông, hồ nước ngọt gộp lại chỉ ≈ 0,27% lượng nước ngọt, nên chúng quan trọng vì được tuần hoàn bổ sung liên tục, không phải vì chứa nhiều.
MỤC 2 · VÒNG TUẦN HOÀN
Vòng tuần hoàn nước: nối các kho bằng dòng chảy
Nếu nước chỉ nằm yên trong kho, sông sẽ cạn sau vài mùa khô. Sông vẫn chảy vì nước liên tục được nâng lên khí quyển rồi trả về mặt đất. Cái gì nâng nước lên, cái gì kéo nước xuống, và nước đi qua những khâu nào?
2.1 Hai động lực, sáu khâu
Có hai động lực: năng lượng Mặt Trời làm nước bốc hơi, và trọng lực kéo mưa rơi, kéo nước chảy xuống chỗ thấp. Các khâu chính: bốc hơi (kể cả thoát hơi nước của thực vật), ngưng tụ (hơi nước thành mây), giáng thủy (mưa, tuyết, mưa đá), dòng chảy mặt (nước chảy trên mặt đất, vào sông), thấm (nước vào lòng đất) và nước ngầm chảy (rất chậm, có thể ra suối, sông, biển).
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 2. Sáu khâu của vòng tuần hoàn nước. Màu cam: nước đi lên khí quyển; tím: nước rơi xuống; xanh: nước chảy trên và dưới mặt đất.
2.2 Vòng nhỏ, vòng lớn và "sổ sách" của nước
Vòng tuần hoàn nhỏ : nước bốc hơi từ biển, ngưng tụ thành mây rồi rơi lại ngay trên biển. Vòng tuần hoàn lớn : gió đưa hơi nước, mây vào đất liền, mưa rơi trên lục địa rồi nước quay về biển qua sông và nước ngầm. Vòng lớn là vòng "nuôi" sông, hồ, nước ngầm, băng tuyết trên lục địa.
Khi bốc hơi, chỉ phân tử nước bay lên , muối ở lại biển. Vì vậy mưa là nước ngọt dù hơi nước đến từ biển mặn.
Với một lưu vực, trong một khoảng thời gian:
Mưa (nước vào) = Bốc thoát hơi + Dòng chảy đi ra + Thay đổi lượng nước trữ "Lượng trữ" gồm nước trong đất, nước ngầm, hồ, băng. Phương trình chỉ là sổ sách: nước không tự sinh ra, cũng không tự mất đi.
Phòng A (mục 3) cho em tự tay thay đổi cách chia "mưa" thành "thấm" và "chảy mặt" để thấy sổ sách này ảnh hưởng thế nào đến lũ.
Chốt ý mục 2: Mặt Trời nâng nước lên, trọng lực kéo xuống; vòng nhỏ chỉ qua biển, vòng lớn đi qua lục địa; mưa = bốc thoát hơi + dòng chảy + thay đổi lượng trữ
MỤC 3 · SÔNG
Sông: lưu vực, lưu lượng và chế độ nước
Một con sông là đường thoát nước của cả một vùng đất. Mưa rơi ở đâu trong vùng đó cũng có thể về cùng một cửa sông. Vùng đất đó gọi là gì, nước sông nhiều hay ít được đo thế nào, và điều gì làm nước sông lên xuống theo mùa?
3.1 Lưu vực và hệ thống sông
Lưu vực sông là vùng đất thu nước (mưa, nước ngầm, băng tuyết tan) về cùng một hệ thống sông và cửa sông; ranh giới là đường chia nước (thường là dải đồi, núi cao). Hệ thống sông gồm sông chính cùng các phụ lưu (sông nhỏ đổ nước vào sông chính) và chi lưu (nhánh tách ra từ sông chính, hay gặp ở vùng cửa sông, đồng bằng) hợp thành một mạng lưới thoát nước chung (chi lưu có thể đổ ra biển bằng nhiều cửa).
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 3. Bản đồ giản lược (không đúng tỉ lệ): mọi nước mưa trong ranh giới nét đứt đều chảy về cùng một hệ thống sông; chi lưu tách ra ở phía hạ lưu.
3.2 Lưu lượng và chế độ nước sông
Lưu lượng là thể tích nước chảy qua một mặt cắt ngang của sông trong một đơn vị thời gian (thường m³/s); bằng tốc độ dòng nhân với diện tích mặt cắt. Chế độ nước sông là nhịp thay đổi lưu lượng của sông trong năm. Đường biểu diễn lưu lượng theo thời gian gọi là đường quá trình lưu lượng (hydrograph): có chỗ nước lên, đỉnh, rồi rút.
Chế độ nước do nhiều nhân tố, nhưng chúng đều trả lời câu hỏi: nước đến từ đâu, và đi đến sông nhanh hay chậm?
Nhân tố · Cơ chế · Hệ quả cho dòng chảy
Nguồn cấp nước · Mưa, băng tuyết tan, nước ngầm, hồ · Chỉ nhờ mưa thì chế độ nước theo mùa mưa; thêm băng tuyết tan thì sông lên vào mùa tuyết tan; nhờ nước ngầm thì mùa khô vẫn có nước
Địa hình · Độ dốc lòng sông, sườn núi · Dốc lớn: nước dồn nhanh, lũ lên nhanh
Đất, đá · Thấm nước hay không thấm · Đất đá thấm: nhiều nước ngầm, dòng chảy ổn định; đá không thấm: mùa mưa lũ lên nhanh, mùa khô dễ cạn
Thực vật · Rừng giữ nước, tăng thấm · Rừng đầu nguồn làm dòng chảy điều hòa, giảm lũ
Hồ, đầm · Chứa nước rồi nhả dần · Điều hòa chế độ nước
Con người · Hồ chứa, thủy lợi, trồng rừng; lát kín mặt đất · Hồ chứa điều tiết dòng chảy; lát kín mặt đất làm nước dồn về sông nhanh hơn
Vuốt ngang để xem hết bảng
PHÒNG A Một trận mưa, hai lưu vực: sông phản ứng ra sao? mô hình đơn giản, số hư cấu
Một lưu vực 100 km² (hư cấu) nhận một trận mưa kéo dài 6 giờ. Em chỉnh lượng mưa, độ thấm của mặt đất và độ dốc; xem mưa chia thành thấm và chảy mặt , rồi xem đường lưu lượng so với "mốc rừng" (nét đứt).
Mẫu có sẵn
Lượng mưa của trận mưa 80 mm
Độ thấm của mặt đất (chỉ số 0 đến 100) 90 điểm
Độ dốc lưu vực
Thấm vào đất
Chảy mặt về sông
Lưu lượng đỉnh
Từ lúc mưa đến đỉnh lũ
Giới hạn của mô hình. "Độ thấm" là chỉ số của mô hình, không bằng đúng tỉ lệ nước thấm. Phần nước thấm làm đầy nước ngầm và nuôi dòng chảy mùa khô; mô hình chỉ vẽ phần chảy mặt và một dòng chảy nền cố định 5 m³/s (hư cấu). Số liệu thực tế phức tạp hơn nhiều.
3.3 Lũ, đê và đồng bằng
Lũ xảy ra khi lưu lượng vượt khả năng chứa của lòng sông và nước tràn ra bãi bồi. Phòng A cho thấy ba "công tắc" làm lũ lên nhanh và cao: mưa to, mặt đất kém thấm (đô thị hóa, mất rừng) và địa hình dốc. Đê là bờ đất đắp dọc sông để ngăn nước tràn khi nước cao. Đê chỉ nâng giới hạn nước mà lòng sông chứa được, không làm mưa ít đi; nước đủ lớn thì vẫn phải tìm chỗ thoát.
Đừng lẫn. Rừng đầu nguồn, hồ chứa, đê là ba cách khác nhau: rừng làm nước đến sông chậm hơn; hồ chứa giữ rồi xả nước; đê giữ nước trong lòng sông . Không cách nào "xóa" mưa.
Chốt ý mục 3: lưu vực + hệ thống sông; lưu lượng đo bằng m³/s; chế độ nước do nguồn cấp, địa hình, đất đá, thực vật, hồ đầm và con người; lũ lên nhanh khi mưa to, mặt đất kém thấm, dốc lớn
hai lưu vực (hư cấu) cùng nhận 80 mm mưa; một nơi toàn rừng, một nơi lát kín. Đỉnh lũ nơi nào cao, đến sớm hay muộn?
Giải thích. Nơi lát kín: ít nước thấm nên phần chảy mặt lớn, nước dồn về sông nhanh, đỉnh lũ cao hơn và đến sớm hơn. Nơi rừng: nước thấm nhiều và chảy chậm, đỉnh lũ thấp, đến muộn, đường quá trình lưu lượng thoải. Em có thể kiểm tra bằng Phòng A.
MỤC 4 · KHO NƯỚC TRÊN LỤC ĐỊA
Nước ngầm, băng tuyết, hồ và đầm lầy
Sông chỉ là phần nhìn thấy. Phía dưới và phía trên còn những kho lớn hơn nhiều: nước ngầm, băng tuyết, hồ, đầm. Chúng nằm ở đâu, từ đâu mà có, và liên hệ với sông ra sao?
4.1 Nước ngầm: nước trong lỗ rỗng của đất đá
Nước ngầm tồn tại trong các tầng đất, đá thấm nước, nằm trên một tầng không thấm. Nguồn chủ yếu là nước mặt (mưa, sông, hồ) thấm xuống . Ranh giới trên của vùng đất đá bão hòa nước gọi là mực nước ngầm ; ở trên đó là đới chưa bão hòa (lỗ rỗng chứa cả khí lẫn nước). Mực nước ngầm cao hay thấp tùy lượng nước cung cấp, địa hình, khả năng thấm của đất đá, bốc hơi, thực vật và việc con người khai thác.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 4. Mặt cắt giản lược: mưa thấm xuống tạo nước ngầm; nơi mực nước ngầm cắt mặt đất thì thành suối, sông, hồ; tầng không thấm giữ nước ở phía trên.
Hai quan hệ cần nhớ: nước ngầm nuôi sông khi trời không mưa, và đất đá không thấm làm nước dồn lên mặt đất, khiến sông lên nhanh mùa mưa và cạn mùa khô.
4.2 Băng tuyết, hồ và đầm lầy
Băng tuyết là nước ở thể rắn, tập trung ở hai cực và đỉnh núi cao, phủ khoảng 10 đến 11% diện tích lục địa; băng tan là nguồn nước của nhiều sông lớn. Hồ là bồn nước trong chỗ trũng của lục địa. Có thể phân loại hồ theo nguồn gốc của chỗ trũng:
Loại hồ · Chỗ trũng do đâu · Ví dụ
Kiến tạo · Đất lún theo đứt gãy, vận động vỏ Trái Đất · Hồ Baikal (Nga), hồ ở Đông Phi
Miệng núi lửa · Miệng hay chảo núi lửa tích nước · Hồ Toba (In-đô-nê-xi-a)
Băng hà · Băng xâm thực, đào chỗ trũng · Các hồ ở vĩ độ cao (Ngũ Hồ ở Bắc Mỹ)
Móng ngựa (do sông) · Khúc sông bị bỏ lại khi dòng sông đổi dòng · Hồ Tây (Hà Nội)
Nhân tạo · Người đắp đập chắn sông, đào hồ · Hồ chứa Hòa Bình trên sông Đà
Vuốt ngang để xem hết bảng
Đầm lầy là vùng trũng mà nước phủ hoặc làm bão hòa đất quanh năm hay theo mùa, có thực vật ưa nước. Giống hồ, đầm lầy chứa nước rồi nhả dần , nên điều hòa chế độ nước sông. Riêng Hồ Tây còn có một chi tiết thú vị: việc đắp đê ngăn các hồ ven sông với dòng chính từ gần một nghìn năm trước đã ngăn phù sa lấp đầy hồ, giúp hồ còn tồn tại đến nay.
Chốt ý mục 4: nước ngầm = nước thấm xuống, nằm trên tầng không thấm, nuôi sông mùa khô; băng tuyết là kho nước ngọt lớn nhất; hồ phân loại theo nguồn gốc chỗ trũng; hồ, đầm điều hòa dòng chảy
MỤC 5 · NƯỚC BIỂN
Nhiệt độ và độ muối: hai "dấu vân tay" của nước biển
Mỗi vùng biển có một "dấu vân tay" gồm nhiệt độ và độ muối. Dấu vân tay ấy không ngẫu nhiên: nó là kết quả của cán cân giữa nước đi lên khí quyển và nước từ trời, từ sông đổ xuống. Nhân tố nào làm nước biển nóng hơn, mặn hơn?
5.1 Độ muối: muối ở đâu ra và vì sao đổi?
Độ muối là lượng muối hòa tan trong 1 000 g nước biển, tính bằng ‰ (phần nghìn). Trung bình của nước biển và đại dương khoảng 35‰ (tức khoảng 3,5% khối lượng). Muối chủ yếu đến từ việc mưa làm phong hóa đá trên lục địa rồi sông mang các ion hòa tan ra biển; một phần đến từ núi lửa và các miệng phun dưới đáy biển.
Muối gần như không bay hơi, nên độ muối ở một vùng biển do cán cân nước quyết định:
Bốc hơi mạnh → nước đi mất, muối ở lại → độ muối tăng .
Mưa nhiều, sông đổ vào nhiều, băng tan → nước ngọt thêm vào → độ muối giảm .
Theo vĩ độ, độ muối thấp ở xích đạo (mưa nhiều) và ở gần cực (bốc hơi yếu, băng tan), cao nhất ở vùng chí tuyến (bốc hơi mạnh, mưa ít). Độ muối còn thay đổi theo độ sâu.
5.2 Nhiệt độ: nhận nhiệt và giữ nhiệt
Nhiệt độ trung bình của bề mặt đại dương thế giới khoảng 16 đến 17 °C . Nước biển nóng lên và nguội đi chậm hơn không khí (nước giữ nhiệt tốt), nên chế độ nhiệt của biển ổn định, điều hòa hơn trên đất liền. Nhiệt độ nước biển: giảm dần từ xích đạo về hai cực (nhận ít bức xạ hơn), mùa hạ cao hơn mùa đông, và giảm dần theo độ sâu.