高中地球科学/地球上的水

水是一种简单的化合物，由两个氢原子和一个氧原子结合在一起形成。水比地球上任何其他物质都重要，它具有非凡的特性。如果没有水，生命可能甚至无法在地球上存在。从太空中看地球，地球上丰富的淡水资源变得显而易见——参见图 13.1。在陆地上，水也很常见：它在溪流中旋转和蜿蜒，从天空落下，冻成雪花，甚至构成了你我大部分的身体。在本章中，我们将看看地球上水的分布，并研究其一些独特的特性。

图 13.1：地球，这颗“蓝色弹珠”，从这张照片中可以看到，大部分都被液态水覆盖。

课程目标

• 描述水在地球上的分布情况。
• 描述是什么推动水循环以及水如何在这个循环中移动。

地球水的分布

如图 13.1 所示，水是地球表面最丰富的物质。地球表面约 71% 被水覆盖，大部分水存在于海洋中。事实上，地球上 97% 的水，几乎所有水，都存在于地球的海洋中。这意味着地球上只有 3% 的水是淡水，即盐浓度低的淡水（图 13.2）。大多数淡水以冰的形式存在于格陵兰岛的广阔冰川和南极洲的巨大冰盖中。剩下只有 0.6% 的地球水是人类可以轻松利用的淡水。大多数液态淡水以地下水的形式存在于地球表面之下，而其余的淡水则存在于湖泊、河流和溪流中，以及天空中水蒸气的形式。

图 13.2：地球上的水大部分都在海洋中。淡水只占地球上所有水的 3%，而且大部分以冰的形式存在。

水的三种状态

水是一种特殊的物质。它在地球上含量丰富，经常以气体、液体和固体的形式出现。它是地球上为数不多的几种经常以三种物质状态存在的物质之一。此外，它可以很容易地在地球上循环：同一个分子可以在地球上的许多不同区域循环。

水之所以独特的部分原因是它的熔点和沸点。在正常大气条件下，水在 0°C (32°F) 时结冰，在 100°C (212°F) 时沸腾。由于地球在太阳系中的位置，地球的温度变化范围从远低于水的熔点到远高于熔点。尽管水在正常温度下不会沸腾，但它经常通过蒸发变成气态的水蒸气。所有这些都意味着我们经常在地球上看到水的三种状态（见图 13.3、13.4 和 13.5）。

图 13.3：固态冰漂浮在液态水中。这张图片显示了如果能够看到冰山的水面以上和水面以下部分，它可能是什么样子。

图 13.4：液态水。

图 13.5：水蒸气对我们的眼睛来说是不可见的。但是，我们可以看到水蒸气凝结时形成的云。

水循环

地球上的水以水循环（图 13.6）的形式在地球上移动。因为它是一个循环，所以它没有真正的起点和终点。今天你手中的那杯水中的同一个水分子可能在地球上存在了数十亿年。它可能存在于冰川或地下深处。它可能存在于大气层的高处，也可能存在于恐龙的腹部深处。谁知道它今天会去哪里，当你用完它的时候！

图 13.6：地球上的水不断运动。

让我们看一下图 13.6。数百万公里外的太阳提供了驱动水循环的能量。由于海洋拥有地球上大部分的水，所以让我们从那里开始。正如你在图示中看到的，海洋中的水以水蒸气的形式蒸发到空气中。然而，海洋中的盐不会随着水一起蒸发，所以水蒸气是新鲜的。空气中一些不可见的水蒸气凝结形成云中的液态水滴。云被风吹遍全球。随着云中的水颗粒碰撞并增长，它们会以降水的形式从天空落下。降水可以以雨、雨夹雪、冰雹和雪的形式出现。有时降水直接落回海洋。然而，其他时候，它会以淡水的形式落到固态地球上。

这种现在在地球上的淡水，可以以雪或冰的固态形式存在。其中一些水会直接回到空气中再次形成水蒸气和云。然而，大多数固态水都位于山顶，随着时间的推移慢慢融化，为下面的溪流、河流和湖泊提供稳定的淡水流。一些水进入地球的地下水，通过地下的孔隙渗透到地表之下。这种水可以形成含水层，储存淡水几个世纪。或者，它可能通过泉水来到地表，或找到回到海洋的路。

当雨水从天空中落下时，它会形成溪流和河流，流向下游，最终流入海洋和湖泊。人们利用这些自然资源作为他们的水源。他们还建造运河、水渠、水坝和井，将水引到居住区，以满足他们的需求（图 13.7）。有时，我们对水的操控或污染会严重影响其他物种。许多科学家正在寻找更好的方法，以可持续和高效的方式利用地球上的水。

图 13.7：科罗拉多河上的胡佛水坝。

显然，人类并不是唯一依靠水的生物。植物和动物也依赖于这种重要的资源。植物在水循环中起着重要作用，因为它们从叶子中释放大量的水蒸气到空气中。这种蒸腾作用的过程将植物中的液态水转移到空气中。如果你用塑料袋覆盖植物上的几片叶子，你就可以看到蒸腾作用。在几个小时内，从叶子中释放的水蒸气会在袋子的表面凝结。

课程总结

• 地球表面大部分被水覆盖。大部分水都在我们的海洋中，只留下 3% 的淡水。
• 地球上的水以三种状态存在：固态、液态和气态。
• 水循环将水从水圈转移到大气层，再转移到陆地，然后再次返回。
• 水循环的主要过程包括蒸发和蒸腾、凝结、降水以及通过径流和地下水供应返回海洋。

复习题

1. 地球上的水大约有多少是淡水？
2. 地球上所有水中，大约有多少存在于地下水、溪流、湖泊和河流中？
3. 解释以下语句：其他星球上的水以与地球上不同的形式存在。
4. 是什么推动水循环？
5. 在 130°C 时，水会以什么状态存在？在 -45°C 时，水会以什么状态存在？
6. 定义凝结和蒸发的含义。
7. 总结水循环。
8. 为什么你认为大气层对水循环如此重要？
9. 假设太阳的强度变得强得多。这将如何影响水循环？

词汇

含水层

一层岩石、沙子或砾石，可以容纳大量地下水。人类通常使用含水层作为淡水来源。

凝结

从气体变成液体。

淡水

盐浓度低的淡水，可供人类饮用和使用。

地下水

存在于地球表面以下，土壤或岩石颗粒之间的水。

降水

从天空降落到地球上的水。降水通常以雨的形式出现，但也可以以雪、雨夹雪或冰雹的形式出现。

蒸腾作用

植物叶片向空气中释放水蒸气；有时称为蒸散作用。

水循环

水在地球上循环的循环过程，改变其相（固体到液体到气体）和位置（在海洋、云层、河流和湖泊以及地下水体中）。

水蒸气

以气体形式存在的水。水蒸气对人类是无形的；当我们看到云层时，实际上是在看到云层中的液态水。

需要考虑的几点

• 降水如何影响地球的地形？
• 水循环会导致哪些自然灾害？
• 污染如何影响远离污染源的生物？
• 建造水坝如何会破坏自然水循环？
• 如果地球的温度因全球变暖而升高，水循环可能会如何改变？