高中地球科学/地表水

正如我们所学，地球上的一些淡水在地表，存在于河流、溪流、池塘和湖泊中。这种淡水对人类、植物和动物极其重要。湿地是水体和陆地交汇的区域。湿地具有高度的生物多样性，在自然去除水体污染物方面发挥着关键作用。有时，地表水会泛滥，这往往会给地面的人们造成危险情况。

课程目标

比较河流和溪流及其重要性。
描述池塘和湖泊是什么，以及它们为什么很重要。
解释为什么湿地在水循环中很重要，并描述其生物多样性。
描述洪水的原因及其影响。

河流和溪流

溪流是由底部（或河床）和泥土两侧（或河岸）限制的移动水体。溪流有很多类别，包括小溪、支流、支流、沼泽和河流——所有这些类型的溪流的大小、深度、速度和位置各不相同。溪流是不断变化的自然物体，水流向低处，随着海拔、岩石类型和地形的变化，河流在山丘和平原上转弯。它们导致大量的侵蚀，并随着时间的推移会形成巨大的峡谷，因为它们会慢慢地将土壤、卵石，甚至巨石向下游移动。

河流的部分

溪流发源的地方被称为源头；这通常是泉水，但它也可能是山顶。当两条溪流汇合时，它们汇合的地方被称为汇合处。较小的溪流被认为是较大溪流的支流。溪流中的水潭有点像游泳池——它是溪流中流速较慢的部分，在那里水流速度较慢，因此溪流会散开并变得更深。最后，溪流流入大型水体（如海洋或湖泊）的地方被称为河口。这些区域被称为河口，它们往往形成独特的生态系统，在那里溪流和湖泊或海洋的水混合在一起（图 13.8）。


图 13.8：（左）哥斯达黎加达马斯岛的这个河口显示了水、植物和陆地如何在河口汇聚在一起。（右）这是一张尼罗河三角洲的卫星图像，显示了河口周围独特的生态系统及其形状（三角洲这个名字来自希腊字母 Δ）。

河流

河流是最大的溪流类型，它们将大量水从高海拔流向低海拔的景观。北美有几个分水岭将土地分成不同的水盆（图 13.9）。在这些区域的每一个部分，河流最终都会流入大西洋、太平洋、五大湖、北冰洋或墨西哥湾。大多数河流都与洪泛区接壤，洪泛区是在河流溢出河岸时被淹没的平坦地区。

河流通常会流淌很多水。亚马逊河是世界上流量最大的河流，其流量接近每秒 220,000 立方米！相比之下，在尼亚加拉瀑布，每秒有将近 1,800 立方米的水落下（图 13.10）。

由于河流包含大量水，自文明开始以来，人类就利用它们作为水、食物、交通、防御、能源、娱乐和废物处理的来源。你喝的水可能来自由河流供水的蓄水池。你家中的电力也可能来自利用河流发电的发电厂。显然，河流沿岸的自然区域受到人类利用或滥用河流的影响。有时，整个生物种群会被上游数英里的河流污染所破坏。表 13.1 显示了世界上十大最长的河流。

表 13.1：世界上十大最长的河流
#	名称	洲	流量 (^m³⁄_s)	近似长度（公里）
1	尼罗河	非洲	2,900	6,695
2	亚马逊河	南美洲	225,000	6,683
3	长江	亚洲	33,000	6,380
4	密西西比河	北美洲	13,000	5,970
5	鄂毕河	亚洲	13,000	5,410
6	黄河	亚洲	2,600	4,830
7	刚果河	非洲	43,000	4,630
8	勒拿河	亚洲	17,000	4,400
9	阿穆尔河	亚洲	6,000	4,350
10	叶尼塞河	亚洲	20,000	4,106

池塘和湖泊

从定义上讲，河流和溪流是具有水流的水体；它们一直在运动。另一方面，池塘和湖泊则没有（图 13.11）。它们通常与山丘或低洼地带接壤，因此水流被阻止直接流向下坡。它们代表着人类的又一项重要资源，也是需要保护的另一个领域。

虽然池塘这个词指的是没有不断流向下坡的水，但对于池塘的确切定义存在争议。然而，人们普遍认为，池塘是一个小型淡水体。你可能不需要划船就能穿过它，而且你可能能在里面站立起来。几乎没有地表水通过溪流从池塘中流失，而且它们通常由地下泉水供水。

湖泊是由某些自然过程（如板块运动、滑坡或人类活动，例如修建水坝）形成的更大淡水体。几乎所有的湖泊都是淡水湖，水通常通过河流或溪流离开湖泊。所有湖泊都会因蒸发而损失一些水。

一些湖泊非常大，以至于它们有自己的潮汐系统和洋流，并且会影响天气模式。例如，美国五大湖包含世界淡水地表水量的 22%（图 13.12）。五大湖中最大的苏必利尔湖每天都有潮汐涨落几厘米。五大湖足够大，可以改变美国东北部地区的整个天气系统，这就是所谓的“湖泊效应”。它们也是无数种鱼类和野生动物的家园。

湖泊可以以各种不同的方式形成。一些湖泊，如五大湖，填满了冰川从景观中刮出土壤和岩石时侵蚀的洼地。被称为火山口湖的湖泊是在火山火山口中形成的，这些火山口已被降水填满。裂谷湖是在构造断层形成的裂缝中形成的。而冰下湖则位于冰盖之下。由于地质历史和地球上陆块的排列，大多数湖泊都在北半球。事实上，世界上超过 60% 的湖泊都在加拿大——这些湖泊中的大多数都是由在最近一次冰河时期覆盖加拿大大部分地区的冰川形成的。

湖沼学是对所有淡水体及其所栖息生物的研究。湖泊的生态系统分为三个不同的部分（图 13.13）

沿岸带，即最靠近水边边缘的倾斜区域。
开阔水域带（也称为光合作用带或湖沼带），阳光充足的地方。
深水带（也称为无光带或深水带），阳光几乎无法到达的地方。

沿岸带蕴藏着丰富的生命，因为阳光允许湖床上的植物生长。这些植物反过来又为蜗牛、昆虫和鱼类等动物提供食物和住所。鲈鱼和鳟鱼等其他植物和鱼类生活在开阔水域。深水区不允许植物生长，因此居住在那里的生物更少。在这个区域，大多数生物是食腐动物，如螃蟹和鲶鱼，它们以落到水底的死生物为食。真菌和细菌也帮助分解这些死生物。虽然海洋中生活着不同的生物，但海洋水域也根据阳光具有相同的划分，并且每个区域都生活着类似的生物。

湖泊并不总是景观的永久特征。一些**间歇性湖泊**随着季节变化而出现和消失，因为水位上升和下降。在更长的时间段内，湖泊可能会因沉积物填满而消失，如果填满它们的泉水或溪流减少，或者如果它们的出口因侵蚀而扩大。当一个地区的氣候发生变化时，湖泊可能会扩张或收缩，如果降水量大幅减少，湖泊可能會完全消失。

湿地

湿地类型

湿地是指永久或季节性地被水饱和的陆地区域，因此它具有独特的生态系统的特征。

沼泽是一种湿地，其特征是在低洼地区靠近缓慢流动的河流的茂密的树木和藤蔓（图 13.15）。

河口是海水与溪流或河流的淡水混合的区域（图 13.16）。这些半封闭区域是能够忍受水的持续运动和混合所产生的盐度急剧变化的动植物的家园。河口包含**半咸水**，其盐度比淡水高，但比海水低。由于河口包含不同溶解盐浓度的水域，因此它们往往拥有多种动植物栖息地。因此，河口具有极高的生物多样性。

湿地的生态作用

如上所述，湿地是许多不同物种生物的家园。尽管它们只占美国面积的 5%，但湿地包含美国超过 30% 的植物类型。许多濒危物种生活在湿地中，因此许多湿地受到保护，禁止人类使用。

湿地还通过去除水中的污染物发挥关键的生物作用。例如，它们可以捕获并利用从农民田地中冲刷出来的肥料，从而防止这些肥料污染其他水体。由于湿地自然净化水质，因此保护湿地也有助于维持清洁的水源。

湿地区别于其他陆地形态或水体的主要因素是其特有的水生植物植被，这些植物适应了其独特的潮湿土壤。湿地在环境中发挥着许多作用，主要是水净化、洪水控制和海岸线稳定。湿地也被认为是所有生态系统中生物多样性最丰富的生态系统，是多种动植物的家园。湿地自然存在于除南极洲以外的所有大陆，最大的湿地包括亚马逊河流域、西西伯利亚平原和潘塔纳尔湿地。湿地中的水可以是淡水、半咸水或咸水。[4] 主要湿地类型包括沼泽、湿地、泥炭沼泽和沼泽；亚类型包括红树林、卡尔、波科辛和瓦尔泽亚。它们也可以作为水管理工具人工建造，这可能在发展中的水敏感城市设计领域发挥作用。联合国千年生态系统评估确定，环境退化在湿地系统中比地球上任何其他生态系统都更加突出。国际保护工作正在与快速评估工具的开发相结合，以告知人们有关湿地问题的信息。

洪水

洪水是水循环的自然组成部分，但它们可能是可怕的破坏力量。简单地说，洪水是指一个地方的水溢出。洪水可能由于多种原因而发生，其影响可以通过多种方式减少。也许不出所料，洪水往往对低洼地区的影响最为严重。

洪水成因

洪水通常发生在降雨量超过地面吸收或河流或溪流带走的水量时。当一个地区发生非常强烈的降雨时，洪水可能是突然的和出乎意料的，比如山洪暴发（图 13.17）。这种强降雨会以太快的速度降落而无法被地面吸收，并且会溢出溪流和河流的河岸。或者，当长时间的降雨将地面充满水，并且河流和溪流的水位逐渐上升时，洪水可能会更缓慢地发生。不太常见的是，当水库沿线的水坝决堤时，可能会发生洪水——正如你所料，这种类型的洪水可能是灾难性的。在加利福尼亚州，当降雨量远远超过年平均降雨量时，例如在厄尔尼诺年，洪水经常发生。高水位也导致小型水坝决堤，对下游造成严重破坏。

植被是决定是否发生洪水的关键因素。植物往往会减缓流经土地的水流，使其有时间进入地下。即使地面太湿无法吸收更多水，植物仍然会减缓水流速度，延长降雨与水流到达溪流之间的时间。出于同样的原因，湿地在最大限度地减少洪水影响方面也发挥着关键作用；它们充当土地与高水位之间的缓冲区。因此，植被茂密的地区洪水较少，而最近伐木的地区洪水可能更严重。

洪水的影响

美国历史上最近一次灾难性的洪水发生在 2005 年卡特里娜飓风过后，新奥尔良遭受洪水侵袭（图 13.18）。这场洪水是由于该市防洪堤（为阻挡河流或湖泊而建造的加高结构）失控造成的。新奥尔良防洪堤设计缺陷，风暴过后在多处决堤，导致洪水涌入城市（图 13.19）。最终，该市超过 80% 的地区被淹，90% 的城市居民疏散，这场灾难造成超过 1800 人死亡。

并非洪水的所有后果都是负面的。洪水在洪泛区沉积沉积物，这些沉积物富含有机质，适合耕作。因此，如今许多农民在主要河流的洪泛区种植农作物。这种降雨和洪水模式对尼罗河沿岸的古埃及人等民族也很重要。

洪水还负责在河流中移动大量的沉积物。这些沉积物为动物提供了栖息地，沉积物的周期性移动对于几种生物的生存至关重要。例如，科罗拉多河沿岸的许多植物和鱼类依赖季节性洪水来重新排列沙洲。

课程总结

水返回海洋的一种方式是通过河流和溪流。
河流起源于较高海拔地区，许多支流在流向较低海拔地区的途中汇合。
成熟的河流会形成洪泛区，最终可能会形成河流与海洋交汇处的三角洲。
水暂时储存在池塘和湖泊中，这些水体大多是淡水。
科学家研究湖泊、湿地和河口，因为它们在生物学上是重要的区域。
洪水是所有河流自然循环的一部分，它为洪泛区带来重要的营养物质。
洪水给居住在洪泛区或沿海地区的人们带来了困难，特别是在堤坝决堤时。

复习问题

溪流起源于哪里？
比较和对比溪流和河流。
住在洪泛区的优缺点是什么？
十条最长河流中，哪条流量最大？
比较和对比池塘和湖泊。
湿地主要有哪些类型？
考虑一种常见于沼泽的动物和一种常见于河流的动物。它们各自对栖息地有什么自然适应能力？
沙漠是降雨量很少的地方。为什么它们有时会面临暴洪的危险？

词汇

无光层: 淡水体中阳光无法到达的区域。也称为深水区或深水层。
半咸水: 淡水和盐水的混合水。
汇合处: 两条河流汇合的地方。
分水岭: 将一个水盆与另一个水盆隔开的山脊。每个水盆都将被溪流排入不同的海洋。
河口: 海水与河流或溪流的淡水混合的区域。河口通常生物多样性很高。
洪泛区: 溪流或河流泛滥时被水覆盖的平坦区域。通常富含营养物质，因此是良好的耕作场所。
间歇性湖泊: 随着水位的涨落，季节性出现和消失的湖泊。
湖泊: 较大的淡水体，通常由溪流排干。可能是自然形成的，也可能是人为的。
堤坝: 为防止洪水时溪流或河流的水流而建造的防洪设施。
湖沼学: 对所有淡水体及其栖息生物的研究。
沿岸带: 淡水体中最靠近岸边的区域。通常包含水体中大部分生命。
沼泽: 湖泊、溪流或海洋周围的一种湿地，以草和芦苇为常见，但没有树木。可能是淡水、咸水或半咸水。水通常很浅。
河口: 溪流流入更大的水体（如湖泊或海洋）的地方。
透光层: 淡水体中阳光充足的区域。也称为开阔水域或湖沼区。
池塘: 小型淡水体，没有溪流排干。通常由地下泉水供水。
水潭: 溪流中深而缓慢流动的部分。溪流在有水潭的地方通常更宽。
源头: 溪流的起点。
溪流: 移动水体，被堤岸（两侧）和河床（底部）所包围。
沼泽: 低洼地区的湿地，水流动非常缓慢。沼泽中氧气含量通常很低。
支流: 两条河流中较小的河流，汇合在一起形成更大的河流。
湿地: 长期积水的大片土地，生长着适应潮湿环境的特殊植物。

需要考虑的要点

你在你所在的地区见过哪些类型的溪流？
为什么水体从不真正永久存在？
你的家可能会被洪水淹没吗？如果被洪水淹没，你会怎么办？

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