地球上的水圈和水

水圈(Hydrosphere)是地球外圈中作用最为活跃的一个圈层。它与大气圈、生物圈和地球内圈的相互作用,直接关系到影响人类活动的表层系统的演化。水圈也是外动力地质作用的主要介质,是塑造地球表面最重要的角色。

水体存在方式不同,其作用方式也有比较大的差别,按照水体存在的方式可以将水圈划分为:海洋、河流、地下水、冰川、湖泊等五种主要类型。 

液态和固态水体所覆盖的地球空间。水圈中的水上界可达大气对流层顶部,下界至深层地下水的下限。包括大气中的水汽、地表水、土壤水、地下水和生物体内的水。各种水体参加大小水循环,不断交换水量和热量。水圈中大部分水以液态形式储存于海洋、河流、湖泊、水库、沼泽及土壤中;部分水以固态形式存在于极地的广大冰原、冰川、积雪和冻土中;水汽主要存在于大气中。三者常通过热量交换而部分相互转化。

水圈内全部水体的总储量为13.86亿立方公里,其中海洋为13.38亿立方公里,占总储量的96.5%。分布在大陆上的水包括地表水和地下水,各占余下的一半左右。在全球水的总储量中,淡水仅占2.53%,其余均为咸水。

地球表面的水是十分活跃的。海洋蒸发的水汽进入大气圈,经气流输送到大陆、凝结后降落到地面,部分被生物吸收,部分下渗为地下水,部分成为地表径流。地表径流和地下径流大部分回归海洋。水在循环过程中不断释放或吸收热能,调节着地球上各层圈的能量,还不断地塑造着地表的形态。水圈中的地表水大部分在河流、湖泊和土壤中进行重新分配,除了回归于海洋的部分外,有一部分比较长久地储存于内陆湖泊和形成冰川。这部分水量交换极其缓慢,周期要几十年甚至千年以上。从这些水体的增减变化,可以估计出海陆间水热交换的强弱。大气圈中的水分参与水圈的循环,交换速度较快,周期仅几天。由于水分循环,使地球上发生复杂的天气变化。海洋和大气的水量交换,导致热量与能量频繁交换,交换过程对各地天气变化影响极大。目前,各国极其关注海-气相互关系的研究。生物圈中的生物受洪、涝、干旱影响很大,生物的种群分布和聚落形成也与水的时空分布有极密切的关系。生物群落随水的丰缺而不断交替、繁殖和死亡。大量植物的蒸腾作用也促进了水分的循环。水在大气圈、生物圈和岩石圈之间相互置换,关系极其密切,它们组成了地球上各种形式的物质交换系统,形成千姿百态的地理环境。

人类大规模的活动对水圈中水的运动过程有一定的影响。大规模的砍伐森林、大面积的荒山植林、大流域的调水、大面积的排干沼泽、大量抽用地下水等,都会促使水的运动和交换过程发生相应变化,从而影响地球上水分循环的过程和水量平衡的组成。人类的经济繁荣和生产发展也都依赖于水。如水力发电、灌溉、航运、渔业、工业和城市的发展,无不与水息息相关。

水体存在方式不同,其作用方式也有比较大的差别,按照水体存在的方式可以将水圈划分为:海洋、河流、地下水、冰川、湖泊等五种主要类型。

液态和固态水体所覆盖的地球空间。水圈中的水上界可达大气对流层顶部,下界至深层地下水的下限。包括大气中的水汽、地表水、土壤水、地下水和生物体内的水。各种水体参加大小水循环,不断交换水量和热量。水圈中大部分水以液态形式储存于海洋、河流、湖泊、水库、沼泽及土壤中;部分水以固态形式存在于极地的广大冰原、冰川、积雪和冻土中;水汽主要存在于大气中。三者常通过热量交换而部分相互转化。

水圈内全部水体的总储量为13.86亿立方公里,其中海洋为13.38亿立方公里,占总储量的96.5%。分布在大陆上的水包括地表水和地下水,各占余下的一半左右。在全球水的总储量中,淡水仅占2.53%,其余均为咸水。

地球表面的水是十分活跃的。海洋蒸发的水汽进入大气圈,经气流输送到大陆、凝结后降落到地面,部分被生物吸收,部分下渗为地下水,部分成为地表径流。地表径流和地下径流大部分回归海洋。水在循环过程中不断释放或吸收热能,调节着地球上各层圈的能量,还不断地塑造着地表的形态。水圈中的地表水大部分在河流、湖泊和土壤中进行重新分配,除了回归于海洋的部分外,有一部分比较长久地储存于内陆湖泊和形成冰川。这部分水量交换极其缓慢,周期要几十年甚至千年以上。从这些水体的增减变化,可以估计出海陆间水热交换的强弱。大气圈中的水分参与水圈的循环,交换速度较快,周期仅几天。由于水分循环,使地球上发生复杂的天气变化。海洋和大气的水量交换,导致热量与能量频繁交换,交换过程对各地天气变化影响极大。目前,各国极其关注海-气相互关系的研究。生物圈中的生物受洪、涝、干旱影响很大,生物的种群分布和聚落形成也与水的时空分布有极密切的关系。生物群落随水的丰缺而不断交替、繁殖和死亡。大量植物的蒸腾作用也促进了水分的循环。水在大气圈、生物圈和岩石圈之间相互置换,关系极其密切,它们组成了地球上各种形式的物质交换系统,形成千姿百态的地理环境。

人类大规模的活动对水圈中水的运动过程有一定的影响。大规模的砍伐森林、大面积的荒山植林、大流域的调水、大面积的排干沼泽、大量抽用地下水等,都会促使水的运动和交换过程发生相应变化,从而影响地球上水分循环的过程和水量平衡的组成。人类的经济繁荣和生产发展也都依赖于水。如水力发电、灌溉、航运、渔业、工业和城市的发展,无不与水息息相关。

水是怎么来的呢?

太阳系中各类天体上都有水存在,只是存在的位置和状态不同。太阳系的天体连理同庚,血缘相近,这使我们相信:太阳系里各天体上的水也有相同的起源。 

地质学家对地球水的来源是这样认识的:刚刚形成的地球表面可能含有少量彗核带来的水,是彗核中的固态水。它们在闯进地球上方1000公里高空时瓦解并且很快蒸发成空气中的水气云。但是空气中水的含量太少,不足以形成这么多的地球水。地球上水圈和气圈的形成,主要与水蒸汽和气态离子在放射性核燃烧中从地球内部向外逸出有关。在地球“诞生”的初期,地球内部还没有被放射性核燃料燃烧的时候,地球表面没有大量的水和浓密的大气。水和大气主要是地球内部烧热的区域扩大时从地球内部“挤”出来的,是地幔和地壳脱气作用中在地壳内和地表逐渐积聚起来的。 

如此说来,地地球的水是地球“肚子”里的宝宝,是分娩出来的。十月怀胎,一朝分娩。形成“胎儿”的物质是原始星云中的氧和氢。它们在核反应中产生水汽。所以地球的水主要是地幔和地壳的脱气作用的“产儿”。

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