水圈

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地球是一个表面充满行星

水圈英语:hydrosphere),是一个行星卫星小行星上所有的以及其所构成的系统。地球上的水以气态液态固态三种形式存在于空中、地表和地下,包括大气水、海水、陆地水(沼泽冰雪土壤水英语Soil water (retention)地下水),以及生物体内的生物水。水圈可能与岩石圈生物圈大气圈磁圈等其他地球外表圈层高度重叠,共同形成地球的生态圈英语Ecosphere (planetary)

地球上水圈的总质量约为1.4×1018公吨,占地球质量的0.023%。约有20×1012公吨存在于地球大气层。地球表面积3.61亿平方公里(75%)被海洋所覆盖。地球海洋的平均盐度为每公斤海水35克(3.5%)[1]

水圈的上限可视为对流层顶,下限为深层地下水所及的深度。

分布[编辑]

全球水的总储藏量约为13.86亿立方公里[2],其中97.5%是咸水,只有2.5%是淡水。而淡水中约68.9%在极地冰盖和高山冰川,以或永久积雪的形式存在;30.8%是地下水体;只有0.3%分布于容易接近的湖泊河川水库系统[2] 。它们在物质状态和水体之间不断地转化和循环,形成水的大循环和相对稳定的分配。

通常情况下,一个水体就是一个完整的生态系统,包括其中的悬浮物、溶解物、底质和水生生物等。因此也可以称其为水环境

水循环[编辑]

水圈中的水借由水循环的方式,展现各种不同的形态[3]

水循环将水从一种状态转移到其他状态,或从一个水体转移到另一个水体。水体包括大气水分()、海洋河流溪流湖泊地下水、地下含水层、极地冰盖和饱和土壤太阳能日照)的形式出现,重力导致为期数小时到数千年的物质状态转换。大多数蒸发来自海洋,并且会因降水返回地面[4]升华指的是冰与雪的蒸发。 蒸腾是指植物通过维管束气孔散失的水分。蒸散则是水文学家对蒸腾、升华和蒸发三种过程的合称[4]

马克·德维利耶(Marq de Villiers)在他的著作《水》中,将水圈描述为一种存在有水的封闭系统。水圈是错综复杂、相互依赖的;是整体的、稳定的;并且"似乎是为了调控生命而建立的”[4] 。 德维利耶宣称:“地球的总水量在地质时代几乎不会改变,我们曾经有什么我们就仍然有什么。水可以被污染、滥用和误用,但不是被创造也不是被毁灭,它只能转移。没有证据显示水蒸汽会逸散至太空[4]

“每年地球上水分的转移量有5.77万立方公里。这是从海洋表面(5.03万立方公里)和陆地(0.74万立方公里)蒸发的水。大气的总降水量与之相同,海洋总量4.58万立方公里,陆地1.19万立方公里。地表降水与蒸发量之间的差异(119,000 - 74,200 = 44,800 立方公里/年)代表了地球河川的总径流量(42700 立方公里/年)和由地下水直接到海洋的总径流量(2100 立方公里/年)。这些是支持生命和人类经济活动的淡水的主要来源。[2]

根据伊戈尔·希克洛马诺夫(Igor A. Shiklomanov)的说法,海水再补充和替代的循环需要2500年才能完成,永久冻土需要1万年,深层地下水和高山冰川需要1500年,湖泊需要17年,河流需要16天[2]

水圈与大气圈[编辑]

水圈对当前大气的形成也相当重要。地球刚形成时,大气只有非常稀薄的氢气氦气,与目前的水星大气相似。之后,氢气和氦气从大气中排出,随着地球冷却和火山喷发而释放的氮气和水蒸气等气体[5] 。随着地球的冷却,大气中的水蒸汽凝结成雨降下。同时,大气中的二氧化碳溶解在雨水中,使大气进一步冷却。接着进一步导致水蒸汽凝结和下降。雨水充满了地球表面的凹陷,形成了海洋。据估计,这发生在40亿年前。第一生命形式于海洋开始,这些生物体不是呼吸氧气。之后,当蓝菌演化出现,转化二氧化碳为食物并制造氧气的过程开始[6]。结果导致我们的大气与其他行星的组成明显不同,是地球上生命的基本要素。

参见[编辑]

注释与参考资料[编辑]

  1. ^ Kennish, Michael J. Practical handbook of marine science. Marine science series 3rd. CRC Press. 2001: 35. ISBN 0-8493-2391-6. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 World Water Resources: A New Appraisal and Assessment for the 21st Century (Report). UNESCO. 1998 [2013-06-13]. (原始内容存档于2013-09-13). 
  3. ^ Arctic Climatology and Meteorology. Precipitation.
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Marq de Villiers. Water: The Fate of Our Most Precious Resource 2. Toronto, Ontario: McClelland & Stewart. 2003: 453. ISBN 978-0-7710-2641-6. OCLC 43365804. 
  5. ^ Zahnle, K.; Schaefer, L.; Fegley, B. Earth's Earliest Atmospheres. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2010, 2 (10): a004895. PMC 2944365. PMID 20573713. doi:10.1101/cshperspect.a004895. 
  6. ^ University of Zurich. "Great Oxidation Event: More oxygen through multicellularity." ScienceDaily. ScienceDaily, 17 January 2013.