Functia de circulatie a materiei prin sistemele ecologice

Functia de circulatie a materiei prin sistemele ecologice

Energia este cantitatea totala caracteristica de deplasare a materiei. Legile fundamentale de modificarea energiei o cerceteaza termodinamica, dar transformarea energiei in sistemele ecologice - bioenergetica. In natura, organismele vii preiau in mod permanent din sol, din apa si din atmosfera, cantitati mari de elemente pe care le folosesc pentru sinteza constituientilor lor celulari si pentru obtinerea energiei necesare manifestarilor lor biologice.

Functia de circulatie a materiei permite reluarea ciclurilor productive. Ea depinde de structura ecosistemului si in special de populatiile biocenozei. Intre acestea se stabilesc relatii trofice si ca rezultat al acestora, elementele nutritive de baza circula de la producatori la consumatorii de diferite grade, spre populatii detritofage si in final la descompunatori. Daca procesul de descompunere nu ar mai avea loc sau s-ar desfasura intr-un ritm necorespunzator, intregul sistem s-ar bloca si nu s-ar mai realiza productia primara. Cu cat acest proces este mai rapid, cu atat ecosistemul este mai productiv. Pe langa ciclurile locale ecosistemice, in biosfera se intalnesc si cicluri globale denumite cicluri biogeochimice. Ciclurile biogeochimice globale reprezinta rezultatul activitatii tuturor ecosistemelor de pe glob, deci a intregii ecosfere. Ele reprezinta mecanismele esentiale de functionare ale ecosferei. Datorita capacitatii de a converti energia luminoasa in energie chimica, organismele fototrofe (plante verzi, alge, bacterii fotosintetizante) pot sintetiza substante organice pornind numai de la CO₂ atmosferic, apa si substante minerale. Dintre elementele substantelor minerale, unele au un rol biologic primordial (C, N, O, H, S, P, Na, K, Fe), iar altele sunt indispensabile numai in cantitati foarte mici (Mn, Mg, Zn, Cu, Co, Mo, etc).

La saracirea solului in substante anorganice se adauga pierderile determinate de eroziune, fenomene produse de vant si ploi, de depunerea unor compusi minerali in sedimente si roci sedimentare sau stocate sub forme ce evolueaza spre stadiul de combustibili fosili (titei, carbune). Daca acest proces ar fi continuu, s-ar ajunge la un moment dat la epuizarea formelor utilizabile, situatie incompatibila cu existenta organismelor vii. Acest fenomen este impiedicat de microorganismele din sol si ape, exercitand o puternica si permanenta actiune de mineralizare a substantelor organice de provenienta vegetala sau animala, mentinand constituentii anorganici si organici din biodfera intr-un raport relativ constant.

Circuitul substantelor dintr-un ecosistem dat, apare ca rezultanta interactiunilor dinamice intre componentii biocenozei si intre ei si biotop. In aceasta interactiune un rol important il are nu numai cantitatea de substante consumate ci si comportamentul specific populatiilor ca si ciclurile lor vitale.

Chiar si in mediile acvatice, in procesul de remineralizare participa cu un rol important zooplanctonul, rolul bacteriilor si al fungilor ramanand sential datorita particularitatilor unice:

• caracter ubicvitar;
• activitate metabolica intensa;
• capacitate de multiplicare rapida;

o  activitate degradativa marcata chiar si asupra unor substante chimice complexe (celuloza, chitina) neobisnuite (hidrocarburi, fenoli) sau "recalcitrante" (de sinteza).

Ciclurile biogeochimie insumeaza caile de circulatie ale elementelor biogene in natura, prin care trec de la forma anorganica la forma organica, pentru ca in final sa revina la forma anorganica din compartimentul abiotic al habitatelor.

In evolutia acestor cai, in care sunt implicate atmosfera, hidrosfera si litosfera, sunt necesare numeroase etape intermediare de transformare a unor reactii fizice (solubilizari, precipitatii, volatilizari) si chimice (oxidari, reduceri, hidrolize), ca si activitati biologice (degradari si mineralizari, conversie organica prin biosinteze), precum si prin translocari spatiale repetate:

Atmosfera Apa; Atmosfera Sol; Sol Apa; Apa Sedimente

Diferitele forme chimice (organic, anorganic, solubl, insolubil) ale unui element formeaza rezervoare, a caror marime poate fi aproximata atat la scara locala (la nivel de habitat), cat si la nivel de biosfera.

Marimea rezervoarelor poate diferi mult de la un habitat la altul.

In unele cazuri, marimea rezervorului este constanta in timp, datorita unei stari de echilibru, rezultata din faptul ca pierderea este echilibrata de un influx aproximativ egal. Ca urmare, cantitatea de carbon organic intr-un teren virgin, este relativ constanta, deoarece pierderea de CO₂ este echilibrata de reintoarcerea in forma de C organic ca litiera si tesut radicular mort.

La fel, pierderea de azot din ocean, rezultata prin depozitare in sedimente sau prin alte procese similare, este compensata prin fixarea de N atmosferic, aportul de compusi ai N adusi de ploi, proveniti din sol, etc.

Figura 6. Model general simplificat privind circuitul biogeochimic in natura

Influenta omului este foarte evidenta pe scara locala, unde poate perturba capacitatea proprie de echilibrare a unui ciclu, inducand uneori modificari severe si greu reversibile ale mediului. Acesata influenta se manifesta negativ si la scara globala, asa cum se intampla cu cresterea concentratiei CO₂ in atmosfera, ca o consecinta a industrializarii si a arderii combustibililor fosili. Poluarea sub diferitele ei forme, cu un aport excesiv de materie si energie, frecvent asociat cu substante neobisnuite, poate modifica viteza de transfer a elementelor intre diferitele rezervoare, marimea rezervoarelor, proportia formelor chimice utile, producand schimbari majore in particularitatile biochimice ale habitatelor si asupra comunitatilor de organisme care le populeaza.

In figura 7 sunt prezentate interactiunile dintre ciclurile C, O si al apei, interactiuni similare avand loc constant si intre ciclul carbonului si cel al azotului.

Figura 7. Interrelatiile dintre ciclurile oxigenului, carbonului si al apei.

In circulatia materiei in antura, rolul microorganismelor este esential. Microorganismele sunt tot atat de indispensabile vietii, ca si sursa de energie pe care o reprezinta soarele, deoarece fara unul dintre acesti factori nu ar mai exista plante verzi, deci viata insasi ar inceta.

A)   Circuitul biogeochimic al azotului

Ciclul azotului N este unul dintre cele mai complexe circuite din natura, in care azotul din mediul abiotic (aer, apa) trece in mediul biotic al tuturor ecosistemelor si revine apoi in acest mediul neviu. Intrarile de azot in apa lacurilor se produc pe mai multe cai si sub diferite forme:

v N₂ atmosferic, se dizolva in apa unde aflat in echilibru cu cel atmosferic ajunge la cca. 15 mg/l la 20⁰C.

v Oxizi de azot ce apar in atmosfera in urma descarcarilor electrice, ajung la suprafata pamantului unde pot depasi 1 mg/l apa de precipitatii.

v Din apele alimentare ale lacurilor (afluenti, scurgeri de pe suprafata bazinului de alimentare) care transporta azotul sub forma de NH₃ (amoniac), NO₃ (azotati) si N organic (dizolvat sau detritus organic).

Azotul liber dizolvat este fixat partial de unele alge, mai ales cianoficee si unele bacterii facultativ anaerobe care il transforma in azot organic. Compusii azotului intrati in ecosistemul acvatic prin apele de alimentatie sau alte surse, sunt utilizate in metabolism de alge acvatice submerse si emerse. De aici, prin intermediul lanturilor trofice azotul trece in corpul animalelor. Dupa moartea algelor, a microfitelor si a animalelor cea mai mare parte a azotului organic intra in circuitul bacterian, iar o alta parte este transferata in sedimente. In circuitul bacterian azotul din aminoacizi este mineralizat de o serie de bacterii pana la ammoniac. Alte bacterii transforma amoniacul prin oxidare pana la dioxidul de azot, iar pe acesta in nitrati. Sub forma nitrica poate fi utilizat din nou de plantele acvatice si integrat in materia vie. In circuitul acvatic, azotul nu se pierde.

Circulatia biologica a azotului este un proces lent si continuu, prin care, sub actiunea a peste 100 de genuri de bacterii diferite, azotul gazos atmosferic este convertit la forme fixe (NH₄, NO₃, NO₂), care sunt folosite de plante si introduse in forme organice, in constituenti structurali, utilizand energia obtinuta prin fotosinteza. Dupa moartea plantelor si a animalelor care i-au consumat, compusii organici ai azotului sunt mineralizati si restituiti rezervorului mare atmosferic.

Etapele esetiale ale acestui proces, sunt:

fixarea azotului molecular

amonificarea

nitrificarea

denitrificarea; toate mediate numai de bacterii, cu exceptia unei etape premergatoare amonificarii, proteoliza, in care pot actiona si microfungii.

Faza de fixare a azotului liber din atmosfera se poate realiza prin trei cai: fotochimica, electrochimica si biologica.

Fixarea fotochimica are loc in straturile inalte ale atmosferei unde sub actiunea radiatiilor ultraviolete N din aer se combina cu vaporii de apa si formeaza amoniac si nitrati. Calea electrochimica are loc la inaltimi mai joase sub influenta fulgerelor si formeaza cantitati mult mai mici de amoniac. In ultima cale, respectiv cea biologica, fixarea azotului atmosferic se realizeaza pe seama unor grupe de microorganisme fixatoare libere sau simbionte numite bacterii fixatoare de azot. Dintre cele libere unele sunt aerobe (capabile sa traiasca numai in prezenta O₂ molecular liber) cum sunt cele din genul Azotobacter, iar altele sunt anaerobe (capabile sa traiasca in absenta O₂ liber) din genul Clostridum sau genul Rhodospirillium

Procesul de amonificare reprezinta o etapa indispensabila a circulatiei N in natura. Prin el se realizeaza mineralizarea N organic si trecerea lui in forma amoniacala, utilizabila ca atare sau dupa oxidarea la nitrati in nutritia minerala azotata a plantelor.

Nitrificarea este un proces biologic prin care NH₃ rezultat in cursul procesului de amonificare este oxidat la nitrati, care reprezinta forma de compusi azotati cel mai usor asimilabila de catre plante. Bacteriile nitrificatoare sunt prezente pretutindeni in sol, in bazinele acvatice dulci si marine, in sistemele de epurare a apelor uzate, in depozitele de compost. Densitatea maxima in sol este atinsa in straturile superioare (pana la 10 cm) iar in bazinele acvatice la interfata dintre apa si sedimente, pe peretii tancurilor de aerare. In mari se gasesc in zona cuprinsa intre 0-200 m si la interfata apa-sediment.

Faza de denitrificare este un proces de transformare a nitratilor (NO₃ in nitriti pana la oxizi de azot si azot liber, precum si de reducere a acidului azotic in acid azotos, amoniac si N molecular. Procesul se produce mai intens in sol, dar apare si in apa sau in sedimente cu multa substanta organica, slab aerate. Denitrificarea se poate realiza pe cale chimica, sub actiunea anumitor factori: temperatura, pH, umiditatea si pe cale biologica cu ajutorul unor bacterii specifice (genul Pseudomonas, genul Clostridium, genul Bacillus, genul Achromobacter, genul Thiobacillus). Denitrificarea are ritm sezonier, fiind mai accentuata in sezonul cald si mult mai putin intensa sau chiar absenta iarna datorita efectului negativ al temperaturilor joase.

Daca analizam cantitatea de azot fixata in cursul unui ciclu biogeochimic se constata ca bilantul este pozitiv (se fixeaza mai mult azot decat se pierde . Acest bilant determina sinteza si cresterea biomasei vegetale in cantitati mai mari decat necesarul de hrana al consumatorilor primari.

In timp ce in ecosistemele naturale circulatia azotului este un proces echilibrat, in sistemele supuse procesului de agricultura intensiva, pierderile depasesc ritmul de inlocuire. Se apreciaza ca 35% din populatia globului este absolut dependenta de ingrasamintele azotate.

B)    Circuitul biogeochimic al fosforului

Fosforul (P) este de asemenea un element esential pentru existenta sistemelor bilogice datorita prezentei sale in componenta unor constituenti cu rol de purtatori de informatie genetica sau structurala (ADN, ARN, fosfolipide), cat si in activitati legate de procese fundamentale ale metabolismului energetic (ADP, ATP).

Rezervorul principal al fosforului il reprezinta rocile sedimentare si eruptiile vulcanice (apatit si magma de pe uscat, care cedeaza apelor de precipitatii si celor de suprafata fosfatii din structura lor. Prin spalarea rocilor de catre apele de scurgere, o cantitate mare din fosfati este antrenata in mari si oceane unde se depune in sedimente de adancime.

Reintoarcerea fosforului in circuit are loc partial, prin procesul de orogeneza (proces tectonic de formare a lanturilor muntoase). Sub actiunea acestui proces si a curentilor de apa o parte din sedimentele de adancime sunt aduse la suprafata marilor si oceanelor de unde ajung pe platforma continentala. Cea mai mare cantitate de fosfor ramane la mare adancime si nu se mai intoarce in circuit, fiind practic pierduta pentru biosfera. Fosforul anorganic din apele marine este folosit de plante in sinteza compusilor organici. Prin intermediul lanturilor trofice: fitoplancton - zooplancton - pesti - pasari ihtiofage, P ajunge in alimentatia diferitelor organisme vii inclusiv a omului. Prin moartea organismelor planctonice si prin descompunerea lor de catre microorganisme, cantitati apreciabile de fosfati sunt asimilati de plante. In acest fel fosforul se reintoarce in circuitul biologic.

In sol, pe langa fosforul anorganic dizolvat din rocile fosfatice si depozitele de guano (gunoiul pasarilor ihtiofage) exista si cantitati insemnate de fosfor organic provenit din descompunerea cadavrelor de plante si animale. Sub actiunea unor microorganisme specifice, substanta organica moarta este supusa procesului de mineralizare in urma caruia fosforul este eliberat in forma sa solubila. Din sol compusii fosforului sunt preluati de plante, de unde o parte din fosfor este preluat de animale, iar prin excrementele acestora sau din cadavrele lor, fosforul ajunge din nou in sol. In acest fel fosforul este repus, cu pierderi, intr-un nou circuit biologic.

Microorganismele sunt implicate in 4 mecanisme majore ale transformarii P in circulatia acestuia in natura:

1. mineralizarea compusilor organici ai P din sol, de catre microorganisme heterotrofe si regenerarea ortofosfatilor solubili.

2. solubilizarea fosfatilor anorganici si a fosfatilor de Fe, Al, Mg, etc si eliberarea de fosfati solubili accesibili plantelor.

3. imobilizarea P in celulele microorganismelor.

4. procese de oxidare a P anorganic.

Ca urmare a administrarii nerationale de catre om a ingrasamintelor, in apele raurilor, mlastinilor, sau chiar in zonele de coasta a marilor pot aparea cantitati excesive de fosfor care determina dezvoltarea exploziva a algelor, fenomen cunoscut sub denumirea de inflorirea apelor". O consecinta a acestui fenomen este poluarea apelor prin procesul de eutrofizare, proces natural, de acumulare a unor cantitati crescute de substante organice pe fundul apei (mal organic brun murdar) cauzat de descompunerea organismelor moarte, de lipsa de oxigen. Eutrofizarea puternica a apelor favorizeaza dezvoltarea in masa a unor microorganisme (bacterii filamentoase, ciuperci, ciliate, etc.), care pot acoperi in intregime suprafata apei, ducand la distrugerea echilibrului biologic din ecosistemul respectiv.

Concluzia generala aparuta din analiza circuitului P, este ca acest process este rezultatul unor interactiuni complexe intre componentii biologici (structura fitoplanctonului, a consumatorilor lui), cat si intre acestia si factorii biotopului (factorii fizici si chimici ai apei, sedimentelor). Datorita faptului ca in fiecare ecosistem structura si functionarea componentelor lui au trasaturi proprii, rezulta ca si circuitul P va avea trasaturi proprii.

C)    Circuitul biogeochimic al carbonului

Carbonul, element biogen esential pentru existenta sistemelor biologice, este prezent in antura in diferite combinatii (anorganice sau organice), precum si stocat in forme care circula foarte lent sau deloc. Carbonul este introdus in corpul plantelor prin CO₂ in procesul de fotosinteza si este fixat apoi in substantele organice care alcatuiesc corpul tuturor plantelor si celorlalte organisme care compun lanturile trofice din ecositeme. In cursul perioadelor geologice, o parte din compusii nedegradati se pot acumula in anumite habitate in cantitati mari si devin inaccesibile comunitatilor biologice, evoluand spre stadii de combustibili fosili. In aerul atmosferic, concentratia medie de dioxid de carbon este de ,03%.

Transferul carbonului de la un rezervor la altul, se datoreaza unor procese biologice cat si interactiunii lor cu procese fizico-chimice.

Exista doua procese biologice fundamentale cu rol esential in acest transfer: fotosinteza si respiratia.

In conditii naturale normale cele doua procese (fotosinteza si respiratia) se echilibreaza reciproc, desi fixarea de CO₂ prin fotosinteza plantelor depaseste cedarea de CO₂ prin respiratia animalelor. Echilibrarea se produce prin dioxidul de carbon degajat in urma procesului de degradare a materiei organice moarte, precum si a resturilor de biomasa vegetala sau animala, ramase neconsumate din apa sau sol, precum si cel rezultat din arderile de combustibili.

Respiratia, fermentatiile si combustiile, asigura reintoarcerea CO₂ in atmosfera. Se estimeaza ca rezervele de carbon din atmosfera (sub forma de CO₂) reprezinta 700x10⁹ t, iar cele ale hidrosferei 5 .0 0x1 t Fitobiomasa realizata anual prin sinteza de substante organice este cuprinsa intre valorile de 30-150x10⁹ t. Continutul aerului in CO₂ nu se diminueaza El se mentine relativ constant deoarece respiratia, fermentatiile si combustiile restituie fara incetare dioxidul de carbon.

In linii mari, in conditiile naturale normale, aceste doua procese se echilibreaza reciproc alcatuind un sistem tampon esential care mentine relativ constanta concentratia de CO₂ din atmosfera.

In prezent inca nu este pe deplin lamurit (cantitativ) rolul diferitilor factori in desfasurarea ciclului carbonului. Nu se cunoaste valoarea reala a schimburilor de CO₂ dintre apa oceanului si atmosfera. Aceasta valoare depinde de numerosi factori: tensiunea partiala a CO₂ din aer si apa, la randul ei tensiunea CO₂ din apa depinde de intensitatea fotosintezei fitoplanctonului care si ea este influentata de lumina incidenta (transparenta atmosferei si a apei), de temperatura, de cantitatea de nutrienti din ap, de activitatea consumatorilor (zooplancton).

La nivel planetar, dioxidul de carbon contribuie la declansarea efectului de sera. Fenomenul este un proces fizic caracterizat prin faptul ca in aerul atmosferic, CO₂ actioneaza ca un adevarat ecran de protectie". Noaptea, suprafata terestra se raceste si cedeaza o mare parte din energia solara receptionata in timpul zilei. Dioxidul de carbon din aer opreste o mare parte din radiatiile infrarosii emise pe durata noptii de scoarta terestra, asigurand astfel mentinerea la suprafata planetei noastre a unei temperaturi medii anuale de15⁰C, cu o reducere considerabila a variatiilor termice dintre zi si noapte. In caz contrar, temperatura medie la suprafata scoartei ar fi de -18⁰C.

Cresterile permanente a emisiilor de CO₂, din ultimii ani, datorate in principal intensificarii industriei si a transporturilor, determina accentuarea efectului de sera care poate avea consecinte catastrofale pentru Terra. Astfel, cresterea treptata a temperaturii medii anuale va determina: aridizarea treptata a climei, accentuarea procesului de desertificare, topirea calotei glaciare si inundarea multor zone de coasta

D)   Circuitul biogeochimic al oxigenului

Oxigenul este un element relativ abundent in natura, deoarece reprezinta 21% din aerul atmosferic. Ele este prezent intr-o serie larga de compusi organici si anorganici din organismele vii, precum si ca oxigen "fosil" legat de diferite zacaminte si depozite de combustibili fosili. El poate deveni deficitar uneori, datorita solubilitatii mici in apa, vitezei lente de difuzie in marile bazine acvatice.

Acumularea oxigenului liber in atmosfera este considerata cea mai profunda transformare biogeochimica a planetei.

Oxigenul este produs prin actiunea plantelor verzi pe Pamant si a algelor si procariotelor in zona fotica a mediilor acvatice. Oxigenului obtinut prin biofotoliza apei i se adauga cel provenit dn surse "nebiologice" sub forma de CO₂, apa si oxizi anorganici. In special ionii de nitrat si sulfat sunt surse de oxigen pentru unele organisme vii, care ii reduc la NH₃ si respectiv la H₂S, care apoi sunt reoxidati circuland in biosfera.

Activitatile umane influenteaza evolutia ciclului oxigenului in biosfera in afara schimburilor respiratorii prin combustia carbunilor, a petrolului si a gazelor care maresc continutul atmosferei in CO₂. se considera ca aceste activitati nu ar afecta in mod evident bilantul general al oxigenului in natura si ca teoretic, arderea tuturor rezervelor cunoscute de combustibili fosili ar reduce rezerva de O₂ doarcu 3%. Insa, modificarile determinate in anumite habitate prin alterarea echilibrului cu atmosfera, descompunerea rapida a materiei organice si alte fenomene care duc la disparitia oxigenului molecular ca acceptor de electroni, afecteaza profund structura si activitatile comunitatilor de microorganisme.

In general in apele curgatoare sau cu un grad mare de turbulenta, masa de apa este bine amestecata si deci o mare parte din oxigen este transferat pana in straturile profunde. Situatie similara se observa in largul marilor, care sunt mai rar deficitare in oxigen datorita curentilor oceanici.

Cantitatea mare de substanta organica determina o crestere excesiva a bacteriilor heterotrofe si un deficit de oxigen, desi scurgerea apei poate fi rapida.

Se presupune ca oxigenul generat prin fotosinteza ar intra temporar in atmosfera si ar ar fi reciclat la fiecare 2000 de ani.

In bazinele acvatice, ciclul oxigenului este strans legat cu cel al carbonului, microorganismele fotosintetizante si in special, bacteriile heterotrofe, determinand profilul biologic si productivitatea acestora.

E)    Circuitul apei

Din suprafata totala a planetei hidrosfera reprezinta cca. 71%, respectiv o cantitate de cca. 13000 - 5000 miliarde tone. Din aceasta cantitate, cea mai mare parte, de 9 ,2 , o reprezinta apa sarata a marilor si oceanelor. Doar 2,8 din total reprezinta apa dulce. Cea mai mare parte de apa dulce (78,5%), este stocata sub forma solida in calotele glaciare. Restul de 21,40% este apa dulce continentala. Din aceasta cantitate, 21% o constituie apele subterane si din sol, 0,35% este apa din lacuri si mlastini, 0,04 este apa sub forma de vapori in atmosfera si numai 0,01% este apa dulce curgatoare.

Mediul acvatic contine resurse material-energetice pentru a intretine populatiile de producatori, de consumatori si descompunatori din apa, precum si pentru asigurarea hranei unor organisme terestre mai ales pasari si mamifere.

Intr-un biotop terestru principalele surse de apa sunt: precipitatiile, care depind de pozitia geografica, de relief, de vanturi si de covorul vegetal; apa inglobata in sol si apa scursa de la suprafata in spatiile mari din straturile geologice ale pamantului.

In ciclul sau, apa se deplaseaza din ocean spre atmosfera.

O mare parte a apei de ploaie care cade intr-un ecosistem terestru, se evapora in atmosfera, o alta parte este absorbita de radacinile plantelor si reapare in atmosfera prin efectul transpiratiei plantelor; iar o alta parte se scurge la suprafata solului sau ajunge in panza de apa freatica.

Nu se poate gasi un punct in care incepe sau se termina ciclul natural al apei. Moleculele de apa se misca in mod continuu de la un compartiment sau rezervor al hidrosferei la altul, prin diferite procese fizice.

In principiu, ciclul apei consta din urmatoarele procese:

Evaporarea este procesul prin care apa se transfera de la suprafata oceanelor si a altor corpuri de apa in atmosfera. Acest transfer implica o schimbare de stare de agregare a apei, din stare lichida in stare gazoasa. Sursa de energie a acestui proces o constituie energia solara. Pe langa aceasta, apa se mai elimina in atmosfera prin transpiratia solului, plantelor si, in mult mai mica masura, cea a animalelor, numit evapotranspiratie. Aproximativ 90% din apa din atmosfera provine din evaporatie si numai 10% din evapotranspiratie.

Advectia este procesul de transfer a unei proprietati atmosferice (caldura, frig, umiditate, vorticitate) prin miscarea orizontala a masei de aer. In cazul circuitului apei este vorba despre procesul de miscare a apei in stare solida, lichida sau gazoasa prin atmosfera. Fara advectie, apa evaporata de pe suprafata oceanelor nu s-ar putea deplasa pentru a ajunge deasupra uscatului unde sa produca precipitatii.

Condensarea este procesul prin care vaporii de apa din aer se transforma in picaturi lichide de apa, formand nori sau ceata.

Precipitatiile sunt constituite din apa care s-a condensat in atmosfera si cade pe suprafata pamantului. Forma de precipitatii care apare cel mai frecvent este ploaia, alte forme fiind zapada, grindina, chiciura, lapovita si prelingerea de apa din ceata.

Sublimarea este procesul prin care apa in stare solida (gheata sau zapada) se transforma direct in vapori, fara a mai trece prin starea lichida.

Interceptia prin foliaj este partea din precipitatii care este interceptata de frunzisul plantelor si care, in timp, se evapora fara a mai ajunge la suprafata solului. Cantitatea de apa interceptata depinde de durata ploii, de viteza vantului, de temperatura, de densitatea frunzisului si de alti factori de mai putin insemnati.

Infiltratia este procesul de patrundere a apei de la suprafata solului in interiorul solului, prin umplerea golurilor dintre particulele de sol.

Topirea este procesul de transformare a apei din starea solida (gheata sau zapada) in stare lichida.

Scurgerea este procesul prin care apa se misca la suprafata sau sub suprafata solului. In aceasta miscare se poate poate face distinctie intre:

- scurgerea de suprafata este scurgerea care are lor pe suprafata solului, avand de obicei loc in straturi subtiri sau in suvoaie, acoperind cea mai mare parte a solului;

- scurgerea in albii este procesul care are loc in albii, in care se concentreaza apa provenind din scurgerea de suprafata, formand paraie, rauri si fluvii;

- scurgerea subterana este scurgerea care are loc sub suprafata solului, fie prin stratele freatice, fie prin stratele acvifere de adancime. Apa din stratele subterane se reintoarce la suprafata fie prin izvoare, fie prin infiltratie in rauri, oceane sau alte rezervoare de suprafata.

Capilaritatea este mecanismul care asigura miscarea verticala in sus a apei subterane.

Cantitatea sau masa totala de apa care ia parte la circuitul apei in natura ramane constanta. De asemenea, ca medie in timp, se mentine constanta cantitatea de apa inmagazinata in fiecare din rezervoarele circuitului. Acest principiu se numeste legea conservarii masei. Tabelul 4, arata cantitatile de apa care cad sub forma de precipitatii sau care se ridica prin evaporatie de pe suprafata uscatului sau a oceanelor. De asemenea, se arata cantitatile de apa care se scurg de pe sol spre oceane. Din tabelul 4 se poate constata ca totalul precipitatiilor pe suprafata uscatului este egal cu suma dintre cantitatea de apa evaporata de pe suprafata uscatului si cantitatea de apa scursa spre oceane. Similar, cantitatea totala de apa pierduta de oceane prin evaporatie este egala cu suma dintre cantitatea de apa care se scurge in oceane de pe suprafata uscatului si cea care provine din precipitatiile pe suprafata oceanelor. In sfarsit, cantitatea totala de apa care intra in atmosfera prin evaporatia de pe suprafata uscatului si a oceanelor este egala cu cantitatea de apa eliminata din atmosfera prin precipitatii. Se poate constata ca masa totala de apa care se afla in miscare este, in medie, de 505 km³/an.

Tabel. 4 Cantitati de apa transportate anual in cadrul circuitului apei

In cadrul miscarii ei, apa este in general mentinuta pe anumite perioade de timp in anumite elemente ale mediului natural, numite rezervoare. Aceste rezervoare si cantitatile de apa inmagazinate in medie in fiecare dintre ele, sunt prezentate in tabelul 5.

Tabel 5. Volume de apa acumulatein rezervoarele circuitului natural al apei   

Se poate constata ca cel mai mare rezervor il constituie oceanele, care inmagazineaza peste 97% din rezervele de apa ale planetei. Urmatorul rezervor ca marime il constituie calotele glaciare din zonele polare si ghetarii. In prezent, ele inmagazineaza aproximativ 2% din rezervele de apa, dar acest procent variaza in timp, in functie de ciclurile de incalzire ale planetei.

Durata de inmagazinare reprezinta timpul mediu pe care o molecula de apa il petrece intr-un anumit rezervor din cadrul circuitului din momentul in care intra in rezervorul respectiv pana cand il paraseste. Timpul efectiv de inmagazinare al moleculelor de apa variaza insa in limite foarte largi, unele molecule petrec in rezervor un timp mult mai scurt si altele un timp considerabil mai mare. Durata de inmagazinare se numeste uneori si durata de stationare sau timp de stationare; acest termen poate insa da nastere la confuzii, deoarece in niciunul din rezervoare moleculele nu sunt in stare stationara, ci se afla in continua miscare, luand parte la diferite procese dinamice in cadrul fiecarui rezervor.

In tabelul 6 sunt prezentate duratele de inmagazinare ale apei in diferite rezervoare din cadrul circuitului natural. Se poate constata ca aceste durate variaza in foarte mare masura de la un rezervor la altul.

Tabel 6. Durata medie de inmagazinare a apei in diferite rezervoare

Apa de foarte mare adancime se misca insa mult mai incet, putand fi inmagazinata pe durate de peste 10.000 ani. Apa subterana de vechime deosebit de mare se numeste apa fosila. Din cauza modificarilor care au loc in scoarta pamanteasca si a celor climatice, este posibil ca pe perioade atat de indelungate sa se produca schimbari ale conditiilor de curgere, care ar putea impiedica reimprospatarea unor rezerve subterane sau, invers, sa duca la aparitia unor rezervoare subterane care nu existau inainte.

Se cunoaste faptul ca omul consuma pentru nevoile sale menajere si industriale 2,5% din precipitatiile totale.

Consumul de apa dulce este in prezent un indicator sintetic al nivelului de trai, de dezvoltare si de civilizatie. In tarile dezvoltate valoarea acestui consum este de 20 0-2500m³/an/locuitor, in timp ce in tarile subdezvoltate este de cca.40-50m³/an/locuitor.

Actiunea omului asupra componentelor biosferei poate avea influente grave asupra circuitului apei. Astfel, prin poluarea apei si defrisarea irationala produse prin extinderea agriculturii, industriei si constructiilor, omul a produs mari dezechilibre in natura. Inlaturarea completa a padurilor de pe suprafete intinse determina modificari ale circuitului apei prin: modificarea regimului de precipitatii al miscarii curentilor de aer, degradarea si eroziunea solurilor, inundatiile. Datorita eroziunii, solul nu poate primi cantitatea de apa necesara dezvoltarii covorului vegetal, iar rezervele de apa din sol descresc. Deversarea apelor poluate in cursurile de apa, face ca circuitul apei prin ecosistem sa dauneze biocenozelor si sa puna chiar in pericol echilibrul intregului ecosistem.