水是地球表面分布最广和最重要的物质,并作为最活跃的因素始终参与地球地理环境的形成和发展过程,在所有自然地理过程中都不可或缺。拥有由大量水体组成的水圈,使地球在太阳系九大行星中显得与众不同,得天独厚。正是因为有水,我们星球的地理环境才变得丰富多彩,充满生机。
     一、地球上水的分布
     地球上除了存在于各种矿物中的化合水、结合水,以及深部岩石所封存的水分以外,海洋、河流、湖泊、地下水、大气水分和冰,共同构成地球的水圈。其中海洋是水圈的主体,其面积约占全球表面积的71%,地球上的水有97%以上在海洋中。陆地水虽然相对少得多,但在自然地理环境中仍然是重要的组成部分。
     关于地球的总水量,有许多不同的估计种。1970年国际水文学会认为:
     地球上水的总体积接近15*108km3,并且把各部分水量在地球表面上的平均深度,定义为它们的当量深度,据估计,海水当量深度约为2700、2800m,冰和雪约为50m,地下水大约15m,陆地水0.4―1m,大气中平均水汽含量的当量深度为0.03m。
     UNICEF提出了另外一组数据,即海水总量13.5*108km3;大气水分13000km3;河流、湖泊与湿地207000km3;雪与冰27000km3;土壤水45000km3;地下水8.2*106km3。其中雪与冰的数字明显偏小,竟不及国际水文学会公布数字的10%。我们只能猜测其中或未含大陆冰盖,或少一个零。
     有报道说,现在每年仍有660km3的水从地幔溢出进入地表。同时,陨石和宇宙尘每年还带给地球约1.5km3水。1995年波拉卫星升空后发现每天都有数千个小屋子一样大的“雪球”落入地球高空1000―20000km处被分解为云,最终成为地球水量来源。据估计,仅这一部分水,每1万----2万年就可使地球海平面升高3cm。
     二、水循环与水量平衡
     (一)水循环
     地球上的水从来不是静止不动的,而是不断通过运动和相变从一个地圈转向另一个地圈,或从一种空间转向另一种空间。水循环是一个复杂过程,但蒸发无疑是其初始的、最重要的环节。海陆表面的水分因太阳辐射而蒸发进入大气。在适宜条件下水汽凝结发生降水。其中大部分直接降落在海洋中,形成海洋水分与大气间的内循环;另一部分水汽被输送到陆地上空以雨的形式降落到地面,出现三种情况:一是通过蒸发和蒸腾返回大气。二是渗入地下形成土壤水和潜水,形成地表径流最终注入海洋。后者即是水分的海陆循环。三是内流区径流不能注入海洋,水分通过河面和内陆尾闾湖面蒸发再次进入大气圈。
     各种形式的水在循环中以不同周期自然更新。水的赋存形式不同,更新周期差别也很悬殊。多年冻土带的地下冰和极地冰盖更新周期最长,约需1万年左右。海水更新则需2500年,山岳冰川视其规模不同约需数十年至1600年,深层地下水1400年,较大的内陆海1000年,湖泊数年至数十年,沼泽1~5年,土壤水280天至1年,河川水10~20天,大气水8―9天,生物水则仅需数小时。
     水循环使各种自然地理过程得以延续,也使人类赖以生存的水资源不断得到更新从而永续利用。因此,无论对自然界还是对人类社会都具有非同寻常的意义。
     (二)水量平衡
     水量平衡是水循环的数量表示。依据质量守恒定律,全球或任一区域水量都应保持收支平衡。高收入则高支出,低收入则低支出。降水量、蒸发量和径流量作为水循环的三个重要环节,同时也是水量平衡的三个重要因素。因此,全球水量平衡方式可写成
                    Pc+Po=Ec+Eo
     方程式表达非常明确,全球降水量等于全球蒸发量。
     近年人们日益关注淡水资源问题。年平均大洋淡水平衡方程式为
                    P+R-E=0
     从全球水量平衡中,可以看出:
     1)海陆降水量之和等于海陆蒸发量之和,说明全球水量保持平衡基本上长期不变。
     2)海洋蒸发量提供了海洋降水量的85%和陆地降水量的89%,海洋是大气水分和陆地水的主要来源。
     3)陆地降水量中只有11%来源于陆地蒸发,说明大陆气团对陆地降水的作用远远不及海洋气团的作用。
     4)海洋蒸发量大于降水量,陆地蒸发量小于降水量。海洋和陆地水最后通过径流达到平衡。
     顺便提一下,我国的水量平衡要素中,年降水量为643mm,年径流量271mm,年蒸发量为372mm,前者为后两者之和,但我国外流区降水量、径流量和蒸发量分别为896,407和489mm,而内流区相应数据仅为197,33和164mm,水量平衡水平显而易见低于外流区。
     无论是在海洋上或陆地上,不同纬度的降水量和蒸发量都有差异。赤道地区,特别是0°~10°N一带水分过剩。相当于副热带高压区的10°~40°N和S间蒸发超过降水,而南半球比北半球更显得水分不足。40°~90°,两个半球的降水又超过蒸发,出现水分“过剩”,南半球更为突出。两极地区降水和蒸发量均少。有必要特别指出,这里的所谓“过剩”,只是表示水量平衡水平高,而不是意味着有任何水的积累。水分不足的纬度区域,也不会出现负平衡,只不过收支都少而已。
     人类主要生活在陆地上。各种生产活动,尤其是农业生产紧密地依赖于水分的正常供应。所以,陆地上特别是某些干旱地区的水量平衡,尤其值得重视。很早以前,人类就已经广泛地利用地表水和地下水来发展灌溉或航运;近代还进行人工增雨、海水蒸馏淡化、远程引水,甚至设想利用极地冰,以补充某些地区水的不足,也就是提高其水量平衡水平。


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