Circuitul apei în naturã (denumit uneori si ciclul hidrologic sau ciclul apei) este procesul de circulatie continuã a apei în cadrul hidrosferei Pãmântului. Acest proces este pus în miscare de radiatia solarã si de gravitatie. În cursul parcurgerii acestui circuit, apa isi schimbã starea de agregare fiind succesiv în stare solidã, lichidã sau gazoasã. Apa se miscã dintr-un element component al circuitului în altul, de exemplu dintr-un râu într-un ocean, prin diferite procese fizice, dintre care cele mai însemnate sunt evaporatia, transpiratia, infiltratia si scurgerea. Stiințele care se ocupã cu studiul miscãrii apei în cadrul acestui circuit sunt hidrologia si meteorologia.

        Procesele fizice

     Nu se poate gãsi un punct în care începe sau se terminã ciclul natural al apei. Moleculele de apã se miscã în mod continuu de la un compartiment sau rezervor al hidrosferei la altul, prin diferite procese fizice.

        În principiu, ciclul apei constã din urmãtoarele procese:

♦    Evaporarea este procesul prin care apa se transferã de la suprafata oceanelor si a altor corpuri de apã în atmosferã. Acest transfer implicã o schimbare de stare de agregare a apei, din stare lichidã în stare gazoasã. Sursa de energie a acestui proces o constituie energia solarã. Pe lângã aceasta, apa se mai eliminã în atmosferã prin transpiratia solului, plantelor si, în mult mai micã mãsurã, cea a animalelor, numit evapotranspiratie. Aproximativ 90% din apa din atmosferã provine din evaporatie si numai 10% din evapotranspiratie.

♦    Advectia este procesul de transfer al unei proprietãti atmosferice (cãldurã, frig, umiditate, vorticitate) prin miscarea orizontalã a masei de aer. În cazul circuitului apei este vorba despre procesul de miscare a apei în stare solidã, lichidã sau gazoasã prin atmosferã. Fãrã advectie, apa evaporatã de pe suprafata oceanelor nu s-ar putea deplasa pentru a ajunge deasupra uscatului unde sã producã precipitatii.

♦    Condensarea este procesul prin care vaporii de apã din aer se transformã în picãturi lichide de apã, formând nori sau ceatã.
♦    Precipitatiile sunt constituite din apa care s-a condensat în atmosferã si cade pe suprafata pãmântului. Forma de precipitatii care apare cel mai frecvent este ploaia, alte forme fiind zãpada, grindina, chiciura, lapovita si prelingerea de apã din ceatã.

♦    Sublimarea este procesul prin care apa în stare solidã (gheatã sau zãpadã) se transformã direct în vapori, fãrã a mai trece prin starea lichidã.

♦     Interceptia prin foliaj este partea din precipitatii care este interceptatã de frunzisul plantelor si care, în timp, se evaporã fãrã a mai ajunge la suprafata solului. Cantitatea de apã interceptatã depinde de durata ploii, de viteza vântului, de temperaturã, de densitatea frunzisului si de alti factori mai putin însemnati.

♦     Topirea este procesul prin care apa se misca la suprafata sau sub suprafata solului. Aceasta se poate clasifica, precum:

   ◊   Scurgerea de suprafata este scurgerea care are loc la 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 aduna apa provenind din scurgerea de suprafata, formand paraie, rauri si desigur fluvii.

   ◊   Scurgerea subterana este scurgerea care are loc sub suprafata solului, fie prin stratele freatice, fie prin stratele acvifere de adancime. Iar apa din stratele subterane se reintoarce la suprafata fie prin izvoare, fie prin infiltratie in rauri, oceane sau altele.

♦    Infiltratia este procesul de pãtrundere a apei de la suprafața solului în interiorul solului, prin umplerea golurilor dintre particulele de sol.

♦    Capilaritatea este mecanismul care asicura miscarea verticala a apei subterane.

     In principal, apa se evapora la suprafata oceanelor, formand nori din care apa cade sub forma de precipitatii pe pamant si apoi se scurge inapoi in oceane. Moleculele de apa nu efectueaza in mod necesar miscarea in acesta ordine. Inainte de a se reintoarce i ocean, ea poate sa fi fost evaporata, condensata, precipitata si scursa de repetate ori sau poate sa fi urmat o cale mai scurta si sa fi fost precipitata in ocean, fara ca acesta sa mai parcurga celelalte componente ale ciclului.

         Bilant hidric global

      Cantitatea sau masa totalã de apã care ia parte la circuitul apei în naturã rãmâne constantã. De asemenea, ca medie în timp, se menține constantã cantitatea de apã înmagazinatã în fiecare din rezervoarele circuitului. Acest principiu se numeste legea conservari masei.

     Tabelul alãturat aratã cantitãțile de apã care cad sub formã de precipitații sau care se ridicã prin evaporație de pe suprafața uscatului sau a oceanelor. De asemenea, se aratã cantitãțile de apã care se scurg de pe sol spre oceane. Din tabel se poate constata cã totalul precipitațiilor pe suprafața uscatului este egal cu suma dintre cantitatea de apã evaporatã de pe suprafața uscatului și cantitatea de apã scursã spre oceane. Similar, cantitatea totalã de apã pierdutã de oceane prin evaporație este egalã cu suma dintre cantitatea de apã care se scurge în oceane de pe suprafața uscatului și cea care provine din precipitațiile pe suprafața oceanelor. În sfârșit, cantitatea totalã de apã care intrã în atmosferã prin evaporația de pe suprafața uscatului și a oceanelor este egalã cu cantitatea de apã eliminatã din atmosferã prin precipitații. Se poate constata cã masa totalã de apã care se aflã în mișcare este, în medie, de 505 km³/an.

        Rezervoare

      În cadrul mișcãrii ei, apa este în general menținutã pe anumite perioade de timp în anumite elemente ale mediului natural, numite generic rezervoare. Aceste rezervoare și cantitãțile de apã înmagazinate în medie în fiecare dintre ele sunt prezentate în tabelul alãturat.

      Se poate constata cã cel mai mare rezervor îl constituie oceanele, care înmagazineazã peste 97% din rezervele de apã ale planetei. Urmãtorul rezervor ca mãrime îl constituie calotele glaciare din zonele polare și ghețarii. În prezent, ele înmagazineazã aproximativ 2% din rezervele de apã, dar acest procent variazã în timp, în funcție de ciclurile de încãlzire ale planetei. În perioadele diferitelor glaciațiuni acest procent era mai ridicat, iar în prezent tendințele de încãlzire climaticã au început sã topeascã calotele glaciare ceea ce în timp va putea duce la micșorarea relativã a acestui rezervor. Aceste procese nu modificã însã cantitatea totalã de apã care ia parte la circuitul apei în naturã.

      În afarã de aceste rezervoare importante, mai existã altele care rețin apa pe durate relativ reduse. În aceastã categorie intrã straturile de zãpadã, care înmagazineazã o parte din precipitațiile din timpul iernii, dar care se topesc în perioada de primãvarã.

          Durata de inmagazinare

      Durata de înmagazinare reprezintã timpul mediu pe care o moleculã de apã îl petrece într-un anumit rezervor din cadrul circuitului din momentul în care intrã în rezervorul respectiv pânã când îl pãrãsește. Timpul efectiv de înmagazinare al moleculelor de apã variazã însã în limite foarte largi, unele molecule petrec în rezervor un timp mult mai scurt și altele un timp considerabil mai mare. Durata de înmagazinare se numește uneori și duratã de staționare sau timp de staționare; acest termen poate însã da naștere la confuzii, deoarece în niciunul din rezervoare moleculele nu sunt în stare staționarã, ci se aflã în continuã mișcare, luând parte la diferite procese dinamice în cadrul fiecãrui rezervor.

     În tabelul alãturat sunt prezentate duratele de înmagazinare ale apei în diferite rezervoare din cadrul circuitului natural. Se poate constata cã aceste durate variazã în foarte mare mãsurã de la un rezervor la altul. De exemplu, umiditatea de la suprafața solului se menține în sol relativ scurt timp, în medie aproximativ 1 – 2 luni, deoarece apa este rãspânditã într-un strat subțire și migreazã ușor fie spre atmosferã prin evaporație și transpirație, fie se scurge spre râuri sau strate de adâncime. Apa de foarte mare adâncime se mișcã însã mult mai încet, putând fi înmagazinatã pe durate de peste 10.000 ani. Apa subteranã de vechime deosebit de mare se numește apã fosilã. Din cauza modificãrilor care au loc în scoarța pamânteascã și a celor climatice, este posibil ca pe perioade atât de îndelungate sã se producã schimbãri ale condițiilor de curgere, care ar putea împiedica reîmprospãtarea unor rezerve subterane sau, invers, sã ducã la apariția unor rezervoare subterane care nu existau înainte. În atmosferã apa care intrã prin evaporație este înmagazinatã pe perioade scurte, de ordinul câtorva zile, înainte de a se reîntoarce pe suprafața solului sau a oceanelor sub formã de precipitații.

          Cicluri biogeochimice

     Circuitul natural este un ciclu biogeochimic deoarece în cadrul acestui circuit apar procese fizice, chimice și biologice. Alte cicluri care apar în naturã și sunt, cel puțin în parte, legate de ciclul apei sunt ciclul carbonului și ciclul azotului. Existã însã și cicluri naturale pentru alte elemente chimice.

     În cursul deplasãrii apei prin circuitul hidrologic, ea transportã și diferite materiale solide precum și gaze dizolvate. Unii compuși ai carbonulului și azotului, elemente importante pentru organismele vii, sunt volatili și solubili, și de aceea se pot deplasa prin atmosferã și astfel crea cicluri complete, asemãnãtoare cu cel al apei.

        Modificarea ciclului apei

     Circuitul natural al apei este afectat de anumite procese geologice. El nu a fost identic cu cel din diferite ere geologice. Modificãrile geologice ale circuitului apei se produc relativ lent.

      Actiuni antropogene de diferite genuri, cum ar fi emisia de gaze în atmosferã, despãduririle, extragerile de apã din cursuri de apã sau strate subterane și altele pot însã influența circuitul apei atât la scarã localã cât și la scarã planetarã. Disciplina care se ocupã cu studiul influenței activitãților umane asupra ciclului natural al apei și a mãsurilor necesare pentru a nu produce o desechilibrare a acestui ciclu se numeste gospodãrirea apelor.