تخطَّ إلى المحتوى
EN
العالم الطبيعي

دورة الماء

التبخر والتكاثف والهطول والجريان والتخزين — كيف ينتقل الماء بين المحيط والغلاف الجوي والجليد والأنهار والخزانات والمياه الجوفية.

دورة الماء هي الدوران المستمر للماء بين المحيط والغلاف الجوي واليابسة والكائنات الحية، مدفوعاً بالطاقة الشمسية والجاذبية. يتبخر الماء من المحيطات والبحيرات والتربة، ويتكاثف في السحب، ويسقط مطراً أو ثلجاً أو خليطاً أو برداً، ثم يعود عبر الجريان السطحي والتسرب والتدفق الجوفي — مع بقاء إجمالي كمية الماء على الأرض ثابتاً جوهرياً. تحتفظ المحيطات بأكثر من 96 في المئة من ماء الأرض، والصفائح الجليدية والمثالج بنحو 1.7 في المئة، وتحتوي المياه الجوفية على معظم الماء العذب غير المتجمد؛ وتعتمد أعداد السكان المتزايدة على المخزون المحدود نفسه.

الأرض من الفضاء بمحيطاتها الزرقاء وسحبها البيضاء، وتُرى فيها أفريقيا وآسيا وأستراليا مع جليد عند الحافة السفلى.
صورة «الرخام الأزرق» المركّبة من ناسا لنصف الكرة الشرقي من الأرض، وتُظهر المحيط والسحب والجليد بوصفها خزانات دورة الماء. · NASA images by Reto Stöckli, based on data from NASA and NOAA · Public domain
إجمالي الماء على الأرضنحو 332,500,000 ميل مكعب (1,386,000,000 كيلومتر مكعب)
حصة ماء الأرض في المحيطاتأكثر من 96 في المئة، ماء مالح
في هذا المقال
  1. 1نظرة عامة
  2. 2توزيع الماء على الأرض
  3. 3الماء في الغلاف الجوي
  4. 4التبخر والنتح
  5. 5التكاثف وتكوّن السحب
  6. 6الهطول
  7. 7الجريان السطحي والتسرب
  8. 8المياه الجوفية
  9. 9الجليد والمثالج
  10. 10البحيرات والخزانات
  11. 11رصد دورة الماء من الفضاء
  12. 12الخط الزمني: من أفكار القدماء عن الأنهار إلى القياس بالأقمار الاصطناعية
  13. 13الرسم البياني للمعرفة

نظرة عامة

دورة الماء، أو الدورة الهيدرولوجية، دورة جيوكيميائية حيوية تشمل التغير المستمر في شكل الماء عبر خزانات مختلفة 1Water cycle · Wikipedia ↗. وهي تصف كيف يتبخر الماء من سطح الأرض ويصعد إلى الغلاف الجوي ويبرد ويتكاثف إلى مطر أو ثلج في السحب، ثم يسقط ثانية على السطح كهطول 2The Water Cycle · NASA Global Precipitation Measurement ↗.

قوارب صغيرة راسية عند أرصفة في مياه هادئة، وضباب الصباح يغطي البحيرة تحت سماء زرقاء.
قوارب راسية في ضباب الصباح على البحيرة، والماء يغادر السطح على شكل بخار في عملية التبخر. · Harald Hoyer from Schwerin, Germany · CC BY-SA 2.0

تبقى كتلة الماء على الأرض ثابتة إلى حد كبير بمرور الزمن، لكن توزعها بين الجليد والماء العذب والماء المالح وماء الغلاف الجوي يتغير بتغير المناخ 1. ويبلغ إجمالي الماء على الأرض نحو 332,500,000 ميل مكعب (1,386,000,000 كيلومتر مكعب) 3How Much Water is There on Earth? · U.S. Geological Survey ↗.

تتوزع هذه الكتلة على خزانات متباينة: تخزّن المحيطات أكثر من 96 في المئة من ماء الأرض، وهو ماء مالح 3. أما الماء في الغلاف الجوي فيقدَّر بنحو 3,100 ميل مكعب (12,900 كيلومتر مكعب)، أي نحو 0.001 في المئة فقط من إجمالي حجم الماء على الأرض 4The Atmosphere and the Water Cycle · U.S. Geological Survey ↗.

تتباين مدة بقاء الماء في خزائنه تبايناً واسعاً؛ فالماء يبقى في المحيطات من 3,000 إلى 3,230 سنة، وفي الغلاف الجوي نحو 10 أيام قبل أن يسقط مطراً أو ثلجاً، وفي خزانات أخرى مدد متغيرة بين هذين الطرفين 5Water cycle | Definition, Steps, Diagram, & Facts · Encyclopaedia Britannica ↗. ويحتاج جزيء واحد أكثر من 3,000 سنة لإكمال دورة الماء 5. وبخار الماء غاز دفيئة قوي ومحرك رئيسي للطقس والمناخ 6The Water Cycle · NASA Science (Earth Observatory) ↗.

رأى مفكرون إغريق مثل أناكسيماندر (Anaximander) نحو 570 ق.م أن كثيراً من ماء الأنهار يأتي من المطر، لكنهم ارتأوا كذلك أن الماء الصاعد عبر الأرض يسهم إسهاماً كبيراً في الأنهار1. وأول مفكر منشور أكد أن المطر وحده كافٍ لاستمرار الأنهار هو برنارد باليسي (Bernard Palissy)، ولم تُختبر نظرياته علمياً إلا في 1674 في دراسة تُنسب عادة إلى بيير بيرو (Pierre Perrault)، الذي قاس المطر والجريان1.

1. توزيع الماء على الأرض

يُقدَّر حجم كل الماء على الأرض وفيها وفوقها بنحو 332,500,000 ميل مكعب، أي ما يعادل 1,386,000,000 كيلومتر مكعب، وهو قدر لو جُمع في كرة لكان قطرها نحو 860 ميلاً3. ويبلغ محتوى الأرض من الماء نحو 1.39 مليار كيلومتر مكعب، أي 331 مليون ميل مكعب، يستقر نحو 96.5 في المئة منه في المحيطات العالمية6. وعند مشاهدتها من الفضاء يبدو الماء أبرز سمة مميزة لكوكبنا، إذ يغطي في شكليه السائل والمتجمد 75 في المئة من سطح الأرض7Water cycle · U.S. Geological Survey ↗. ويُقدَّر مخزون المياه الجوفية بنحو 22,600,000 كيلومتر مكعب8Water Pools and Fluxes Data Tables · U.S. Geological Survey ↗، وهو ماء سائل يُخزَّن في المسام والشقوق والفراغات بين جسيمات الصخر في المنطقة المشبعة9Groundwater Storage and the Water Cycle · U.S. Geological Survey ↗.

سحب عاصفة فوق شجيرات صحراوية، وأمطار غزيرة تتساقط في خطوط على التلال البعيدة.
سحب الرياح الموسمية تمطر فوق الصحراء، كما تُرى من منطقة ليف أوك للنزهات في حديقة جوشوا تري الوطنية. · Joshua Tree National Park · Public domain

ويُقدَّر حجم مخزونات الماء بالكيلومترات المكعبة ومعدلات التدفق بالكيلومترات المكعبة سنوياً، وتأتي هذه التقديرات من الأدبيات العلمية8. ويُقدَّر نقل الرطوبة من المحيط إلى اليابسة والجريان النهري إلى المحيط بنحو 46,000 كيلومتر مكعب سنوياً لكل منهما8، كما يُقدَّر إعادة شحن المياه الجوفية بنحو 13,000 كيلومتر مكعب سنوياً8.

الخزانالحجم
إجمالي الماء على الأرض332,500,000 ميل مكعب (1,386,000,000 كيلومتر مكعب)3
حصة المحيطات96.5 في المئة من ماء الأرض6
مخزون المياه الجوفية22,600,000 كيلومتر مكعب8
خزانات الماء الرئيسية على الأرض وأحجامها

وأكبر تدفق للماء هو دوران المحيطات، ويُقدَّر بنحو 7,100,000 كيلومتر مكعب سنوياً، ويليه تبخر المحيطات بنحو 420,500 كيلومتر مكعب سنوياً8.

2. الماء في الغلاف الجوي

الغلاف الجوي طريق الماء في السماء، وفيه تتشكل السحب بفعل التكاثف، وهو العملية التي يتحول فيها بخار الماء إلى ماء سائل 10Condensation and the Water Cycle · U.S. Geological Survey ↗. وتوجد هذه السحب بفضل الهواء الصاعد، ولأنها تنجرف فوق اليابسة فهي إحدى طرق انتقال الماء جغرافياً حول العالم 10. وبعد تبخره يقضي جزيء الماء نحو 10 أيام في الهواء 11Evaporation and the Water Cycle · U.S. Geological Survey ↗. والماء هو المادة الشائعة الوحيدة التي يمكن أن توجد طبيعياً غازاً أو سائلاً أو صلباً ضمن النطاق الضيق نسبياً من درجات الحرارة والضغوط عند سطح الأرض 6.

طين رمادي متشقق مع أثر رطب يمتد في وسطه، وبخار يتصاعد من الجهة اليسرى.
الحافة المتشققة الموحلة لعين ساخنة يتصاعد منها البخار، حيث يخرج الماء الجوفي إلى السطح بعد رحلته عبر الصخور. · James St. John · CC BY 2.0

تطفو السحب لأن كثافة الحجم نفسه من مادة السحابة أقل من كثافة المقدار نفسه من الهواء الجاف 12How Much Does a Cloud Weigh? · U.S. Geological Survey ↗. وقطرات السحب وبلورات الثلج صغيرة وخفيفة جداً إلى حد لا يسمح لها بالسقوط إلى الأرض كهطول 13Precipitation · NOAA JetStream / National Weather Service ↗. ولذلك فإن معظم الماء المتكاثف في السحب لا يسقط هطولاً لأن سرعة سقوط القطرات ليست كبيرة بما يكفي للتغلب على التيارات الصاعدة الداعمة 14Precipitation and the Water Cycle · U.S. Geological Survey ↗. ولكي يحدث الهطول يجب أن تتكاثف قطرات ماء دقيقة أولاً على جسيمات أصغر من الغبار أو الملح أو الدخان تعمل كنواة 14.

وفي السحب الأبرد التي توجد فيها بلورات الثلج وقطرات الماء معاً، يترسب بخار الماء مباشرة على بلورات الثلج فتنمو على حساب قطرات الماء 13. والهطول مكوّن حيوي في انتقال الماء عبر دورته، فهو يربط المحيط واليابسة والغلاف الجوي 2. لو سقط كل ماء الغلاف الجوي مطراً دفعة واحدة لما غطى الكرة الأرضية إلا بعمق 2.5 سنتيمتر، نحو 1 إنش.4

وتُمتص الحرارة عندما يتحول الماء من سائل إلى بخار بالتبخر، وتُطلق عندما يتكاثف الماء أو يتجمد 1.

3. التبخر والنتح

التبخر هو العملية التي يتحول بها الماء من حالته السائلة إلى بخار الماء، فينتقل بذلك من سطح الأرض إلى الغلاف الجوي. ومعظم رطوبة الغلاف الجوي، وهي نحو 90 في المئة منه، مصدرها تبخر الماء من المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار. ولا يُنقل فوق اليابسة ثم يسقط هطولاً إلا نحو 10 في المئة من الماء المتبخر من المحيطات. ويؤدي المحيط دوراً رئيسياً في دورة الماء بوصفه مصدر 86 في المئة من التبخر العالمي.

4. التكاثف وتكوّن السحب

التكاثف هو العملية التي يتحول فيها بخار الماء العالق في الهواء إلى ماء سائل، وهو المسؤول عن تشكّل السحب التي نراها في السماء. وقد تنتج السحب هطولاً، وهو الطريق الأساسي لعودة الماء إلى سطح الأرض.

5. الهطول

الهطول هو الماء الذي يُطلق من السحب على شكل مطر أو مطر متجمد أو مطر ثلجي أو ثلج أو برد، وهو الطريق الرئيسي لعودة ماء الغلاف الجوي إلى سطح الأرض، ومعظم الهطول يسقط مطراً. يلزم ملايين القطرات السحابية لإنتاج قطرة مطر واحدة، ويمكن أن تنمو بلورات الثلج بسرعة على حساب بخار الماء في السحابة عبر عملية (Bergeron-Findeisen).14 إحدى عمليات تشكل الهطول التصادم والاندماج، أو عملية المطر الدافئ، وفيها تتصادم قطرات سحابية مختلفة الأحجام وتلتصق معاً في قطرات أكبر.13

6. الجريان السطحي والتسرب

الجريان السطحي هو هطول الماء الذي يسير على سطح الأرض، والمناطق ذات الأسطح غير النفاذة تسبب جرياناً مفرطاً. يسقط الهطول على اليابسة، ويجري فوقها جرياناً سطحياً، ويصب في الأنهار التي تفرغ بدورها في المحيطات. قد يلتقط الجريان السطحي، خصوصاً حين يعبر أسطحاً مثل الطرق، جسيمات معلقة ورواسب ثم يرسبها في الأنهار، وهذا ليس جيداً لجودة الماء 15Surface Runoff and the Water Cycle · U.S. Geological Survey ↗. تبقى المحيطات ممتلئة بفعل الهطول وبفعل الجريان والتصريف من الأنهار والأرض.

في أي مكان في العالم يتسرب جزء من الماء الذي يسقط مطراً وثلجاً إلى التربة والصخور تحت السطح. سيبقى بعض الماء المتسرب في طبقة التربة الضحلة، حيث يتحرك تدريجياً رأسياً وأفقياً عبر التربة والمواد تحت السطحية. قد يتسرب بعض الماء إلى عمق أكبر فيعيد شحن خزانات المياه الجوفية، وإذا كانت الخزانات مسامية بما يكفي أمكن للناس حفر آبار واستخدام الماء 16Infiltration and the Water Cycle · U.S. Geological Survey ↗. قد يقطع الماء مسافات طويلة أو يبقى في مخزون المياه الجوفية أمداً طويلاً قبل أن يعود إلى السطح أو يتسرب إلى مسطحات مائية أخرى كالجداول والمحيطات 16.

7. المياه الجوفية

تتألف الطبقة العليا من التربة من المنطقة غير المشبعة، ويقع تحتها المنطقة المشبعة التي تُعرف بالمياه الجوفية، حيث يُخزَّن الماء السائل في المسام والشقوق والفراغات بين جسيمات الصخر 9. ويُطلق مصطلح الخزان الجوفي على تكوينات أو صخور حاملة للماء قادرة على حمل كميات كبيرة منه قابلة للضخ ليستخدمها الناس 9. وتتحرك المياه تحت الأرض بفعل الجاذبية والضغط نحو الأسفل وإلى الجوانب عبر الفراغات بين الصخور، حتى تظهر في النهاية على سطح الأرض وفي الأنهار والمحيطات 17Groundwater Flow and the Water Cycle · U.S. Geological Survey ↗. المياه الجوفية مساهم رئيسي في جريان كثير من الجداول والأنهار، ولها تأثير قوي على موائل الأنهار والأراضي الرطبة.17

8. الجليد والمثالج

في المرتفعات أو خطوط العرض العالية التي يبقى فيها الغطاء الثلجي طوال السنة، يضغط ثقل الثلج المتراكم ليحوله إلى جليد18Ice, Snow, and Glaciers and the Water Cycle · U.S. Geological Survey ↗.

منظر من الفضاء لتضاريس جبلية عالية، يملأ الثلج والجليد الوديان بين حواف صخرية داكنة.
خط الثلوج في منطقة جبل إيفرست من جبال الهيمالايا، حيث يُخزَّن الماء على شكل ثلج وجليد. · NASA Earth Observatory images by Wanmei Liang, using Landsat data from the U.S. Geological Survey. Story by Lindsey Doermann. · Public domain

ويحتجز الجليد أيضاً قسماً معتبراً من الماء العذب؛ فحجم صفيحة غرينلاند الجليدية نحو 600,000 ميل مكعب (2.5 مليون كيلومتر مكعب) بمتوسط سمك نحو 5,000 قدم (1,500 متر)18.

ويوجد نحو 90 في المئة من كتلة جليد الأرض في القارة القطبية الجنوبية، بينما يحتوي غطاء غرينلاند الجليدي على 10 في المئة من إجمالي كتلة الجليد العالمية18.

9. البحيرات والخزانات

أما الخزان الاصطناعي فهو بحيرة من صنع الإنسان تُنشأ عند بناء سد على نهر، فيتراكم ماء النهر خلف السد.19Lakes and Reservoirs · U.S. Geological Survey ↗

ولا تتساوى البحيرات جميعاً في ملوحتها؛ فبعضها، مثل بحيرة سولت ليك الكبرى (Great Salt Lake) في ولاية يوتا، أكثر ملوحة من المحيطات، والبحر الميت (Dead Sea) أشد ملوحة من أن تحتمله الحياة المائية.19

البحيرة منخفض يتجمع فيه جريان الماء السطحي وبعض تسرب المياه الجوفية، ويدخله الماء أسرع مما يغادره. وتُعدّ بحيرة بايكال أقدم بحيرات الماء العذب وأكبرها وأعمقها في العالم، ويقارب عمقها الميل، وتحتوي على أكثر من 23,000 كيلومتر مكعب من الماء.19

10. رصد دورة الماء من الفضاء

ومهمة القياس العالمي للهطول (GPM) شبكة دولية من الأقمار الاصطناعية توفر الجيل التالي من الرصد العالمي للمطر والثلج. وبناءً على نجاح TRMM يتمحور مفهوم GPM حول قمر المرصد الأساسي الحامل لمنظومة رادار وراديومتر متقدمة لقياس الهطول من الفضاء.20The Global Precipitation Measurement Mission (GPM) · NASA Global Precipitation Measurement ↗

بتغطيته للمناطق المدارية وشبه المدارية من الأرض وفّر TRMM معلومات عن الأمطار وما يرتبط بها من إطلاق حرارة يساعد على تحريك الدوران الجوي العالمي.21The Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) · NASA Global Precipitation Measurement ↗

GRACE-FO خلف للمهمة الأصلية GRACE التي دارت حول الأرض من 2002 إلى 2017 وتتبعت حركة الماء على الكوكب.22GRACE-FO · NASA Science ↗ وأُطلق مسبار GRACE-FO في 22 مايو 2018، في مهمة تتبع حركة الماء.22

11. الخط الزمني: من أفكار القدماء عن الأنهار إلى القياس بالأقمار الاصطناعية

  • نحو 570 ق.م
    أناكسيماندر عن الأنهار والمطر
    رأى مفكرون إغريق مثل أناكسيماندر (Anaximander) أن كثيراً من ماء الأنهار يأتي من المطر، لكنهم ارتأوا كذلك أن الماء الصاعد عبر الأرض يسهم إسهاماً كبيراً في الأنهار.
  • نحو 530 ق.م
    كسينوفان من كولوفون
    شارك كسينوفان من كولوفون (Xenophanes) الرأي بأن الماء الجوفي يسهم إسهاماً كبيراً في جريان الأنهار، مع أن أصل المطر كان معروفاً لهؤلاء العلماء.
  • نحو 460 ق.م
    أناكساغوراس والدورة المغلقة
    يمكن العثور على فكرة أن دورة الماء دورة مغلقة في أعمال أناكساغوراس من كلازوميناي (Anaxagoras).
  • نحو 320 ق.م
    علماء صينيون عن المطر والأنهار
    سجّل علماء صينيون في فترة الممالك المتحاربة مثل تشي ني تسو (Chi Ni Tzu) ولو شيه تشون تشيو (Lu Shih Ch'un Ch'iu) أفكاراً مشابهة عن حركة الماء.
  • 1240 م
    بارثولوميوس الإنجليزي
    ارتأى بارثولوميوس الإنجليزي (Bartholomew) أن الماء الجوفي الدافع صعوداً من المحيطات هو المساهم الرئيسي في ماء الأنهار.
  • نحو 1500 م
    ليوناردو دافنشي
    كان ليوناردو دافنشي (Leonardo da Vinci) ممن ما زالوا يرون أن الماء الجوفي الصاعد من المحيطات يغذي الأنهار.
  • 1580 م
    برنارد باليسي يؤكد أن المطر يكفي الأنهار
    أول مفكر منشور أكد أن المطر وحده كافٍ لاستمرار الأنهار هو برنارد باليسي (Bernard Palissy)، الذي يُنسب إليه غالباً اكتشاف النظرية الحديثة لدورة الماء.
  • 1644 م
    أثناسيوس كيرشر
    تمسك أثناسيوس كيرشر (Athanasius Kircher) أيضاً بالرأي الأقدم القائل إن الماء الجوفي الدافع صعوداً من المحيطات هو المساهم الرئيسي في ماء الأنهار.
  • 1674
    بيير بيرو يختبر نظرية باليسي
    لم تُختبر نظريات باليسي علمياً إلا في 1674، في دراسة تُنسب عادة إلى بيير بيرو (Pierre Perrault)، الذي قاس المطر والجريان.
  • 1997
    إطلاق TRMM
    بدأ TRMM مهمة بحثية صممت لتحسين فهم توزيع الهطول وتغيّره داخل المناطق المدارية.
  • 2002
    GRACE يبدأ قياس ماء الأرض
    دارت مهمة GRACE الأصلية حول الأرض من 2002 إلى 2017، وتتبعت حركة الماء بقياس التغيرات في مجال جاذبية الكوكب.
  • 27 فبراير 2014
    إطلاق مرصد GPM الأساسي
    أُطلق مرصد GPM الأساسي في الساعة 1:37 مساءً بتوقيت الساحل الشرقي (EST) من مركز تانيغاشيما للفضاء في اليابان، حاملاً منظومة رادار وراديومتر متقدمة لقياس الهطول من الفضاء.
  • 2015
    انتهاء مهمة TRMM
    توقف TRMM عن العمل في 2015 بعد 17 عاماً، بعد أن تجاوز بكثير عمره التصميمي البالغ 3 سنوات وقدّم صوراً مجسمة رائدة للأمطار والعواصف.
  • 22 مايو 2018
    إطلاق GRACE-FO
    أُطلق GRACE-FO خلفاً لمهمة GRACE ليواصل تتبع حركة الماء على الأرض من مداره.

المراجع (22)

22 مصادر · موقع 22

  1. 1Water cycle — Wikipedia موقع↩عرض المصدر
  2. 2The Water Cycle — NASA Global Precipitation Measurement موقع↩عرض المصدر
  3. 3How Much Water is There on Earth? — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  4. 4The Atmosphere and the Water Cycle — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  5. 5Water cycle | Definition, Steps, Diagram, & Facts — Encyclopaedia Britannica موقع↩عرض المصدر
  6. 6The Water Cycle — NASA Science (Earth Observatory) موقع↩عرض المصدر
  7. 7Water cycle — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  8. 8Water Pools and Fluxes Data Tables — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  9. 9Groundwater Storage and the Water Cycle — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  10. 10Condensation and the Water Cycle — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  11. 11Evaporation and the Water Cycle — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  12. 12How Much Does a Cloud Weigh? — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  13. 13Precipitation — NOAA JetStream / National Weather Service موقع↩عرض المصدر
  14. 14Precipitation and the Water Cycle — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  15. 15Surface Runoff and the Water Cycle — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  16. 16Infiltration and the Water Cycle — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  17. 17Groundwater Flow and the Water Cycle — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  18. 18Ice, Snow, and Glaciers and the Water Cycle — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  19. 19Lakes and Reservoirs — U.S. Geological Survey موقع↩عرض المصدر
  20. 20The Global Precipitation Measurement Mission (GPM) — NASA Global Precipitation Measurement موقع↩عرض المصدر
  21. 21The Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) — NASA Global Precipitation Measurement موقع↩عرض المصدر
  22. 22GRACE-FO — NASA Science موقع↩عرض المصدر

مقالات مرتبطة

كليوباترااليابانإسحاق نيوتن