05-2地球表层水的分布和水分循环

05-2地球表层水的分布和水分循环
同学们好！虽然我们所赖于生存的星球被称作“地球”，但从太空中看，这实际上是一个充满了水的蓝色行星，覆盖了地球表面三分之二的庞大水体，是这颗星球上所有生物必不可缺的生命之源。

一直以来，我们把水看作是一种资源，而实际上，水不仅是一种资源，更是一种循环，并且所有生命都参与到了这个循环之中。

数十亿年前开始，水循环让这颗星球慢慢冷却了下来，生命才得以诞生并慢慢演化，动植物则进化出了各种千奇百怪的水利用方式。

可以说，
水循环一直以来都是这颗行星上生命的掌舵者。

我们这一节的内容就是地球表层的水分布和水文循环。

正如我们前面所说，水圈(Hydrosphere)是地球外圈中最活跃的一个圈层，是一个连续的不规则圈层。

它与大气圈、生物圈和地球内圈的相互作用，直接关系到人类活动所在的表层系统的演化。

水圈是塑造地球表面最重要的角色。

在我们太阳系中，离太阳最近的一颗行星称为水星，就是图片上的这颗行星，可惜虽然其名字中有水，但根据我们的观测和天文常识推断，水星上是不可能有水的。

而地球则应该是一个名副其实的水星，正如我们前面所说，地球表面3/4的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽及江河覆盖。

我们再简单回顾一下前面的内容。

原始地球初期水是很少，最早是从大气中分化出来的。

当时大气中的大量水汽，由于温度降低，以尘埃为凝结核，形成水滴降落地面。

更多的水来自地球内部岩石中的结晶水，它们由于温度升高形成水汽，随火ft活动等逸出地壳进入大气中，经凝结降落地面。

主流的认识就是这样：水圈是整个地质时期由小，到大长期积累的结果。

当然，现在有许多的证据证明地球上的水可能是天外来客。

地球的总水量有13.8亿立方千米。

大陆表层岩石和土壤的空隙中充填了大量地下水，包括各种矿物中的化合水、结合水以及被深层岩石所封存的液态水。

大气对流层中漂浮着大量的水气和雨、冰晶。

水圈的质量是地球总质量的近1/4000。

如果将水铺在平坦的地球表面，可形成一个水深2744m的海洋，而如果集中起来，就像图中所显示那样，是一个直径1384千米的大水球。

地球海洋是水圈的主体，从这张图我们可以看出，有97.4％的水存在于海洋和咸水湖中。

也就是说，地球上的水绝大部分为咸水，淡水只占全球总水量的2.6％；而其中，淡水中两极的冰帽和冰川占1.98％，地下水占0.59％。

冰川水地处僻远，目前还难以利用，地下水需凿井才能提取。

只有余下的0.014％为江河、湖、土壤和大气圈中的水。

这就是我们平时能见到的水，只占全球总水量的0.014％，也就是万分之二不到，是不是有些反常识，或者难于理解？这从另一个方面也说明了，虽然地球上的水很多，但真正能被利用的水却非常有限。

地球上，海洋、陆地水和大气的水随时随地都通过相变和运动进行着大规模的交换，这种交换过程称为地球水循环。

水循环是多环节的自然过程，全球性的水循环涉及蒸发、大气水分输送、地表水和地下水循环以及多种形式的水量贮蓄。

一般，为了研究的方便，我们将地球上的水循环，分为大循环和小循环。

从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋。

这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。

与此相反，仅在陆地或海洋的局部地区，进行的水循环称为水的小循环。

当然，我们要明确，环境中水的循环是大、小循环交织在一起的，并在全球范围内和在地球上各个地区内不停地进行着。

既然地球上的水要进行循环，而每一个水体类型在一段时间内其储量又是相对保持不变的，那么就存在循环更替周期的问题。

对于海洋和湖泊这样的水体，假设其水体容量保持不变，那么其更替周期就是水体容量除以水循环量，主要是蒸发和降雨，所得到的时间。

水的更替周期是反映水循环强度的重要指标，亦是反映水资源可利用率的基本参数。

从水资源持续利用的角度来看，水体储水量并非全部都能被利用，只有其中积极参与水循环的那部分水量，由于利用后能得到恢复，才能算作可持续利用的水资源量。

而这部分水量的多少，主要决定于水体的循环更新速度和周期的长短，循环速度愈快，周期愈短，可开发利用的水量就愈大。

我们汇总成一张表，就是这样的。

这最后一列，是地球上水的平均停留时间，我们合成在一张表中了。

大家可以停下来认真比较一下。

通过水分的循环，地球上的各种水体得以相互沟通、转换，水也得到更新，从而使地球上的水处在动态平衡之中，称为水量平衡。

我们来看看这张图，图上数值的单位是立方千米。

大家可以根据这张图计算一下，陆地上的降水量比蒸发量多4万立方千米，其中有一部分渗入地下补给地下水，一部分暂存于湖泊中，一部分被植物吸收，多余部分最后以河川径流形式回归海洋，从而完成海陆之间的水量平衡。

全球海洋的总蒸发量为43万立方千米，总降水量为39万立方千米。

蒸发量比降水量多支出的4万立方千米水以水蒸汽形式输送到大陆上空。

全球每年水分的总蒸发量和总降水量均为50万立方千米。

从前面这张图的学习，我们可以认识到，降水、蒸发和径流是水循环过程的三个最主要环节，这三者构成的水循环途径决定着全球的水量平衡，也决定着一个地区的水资源总量。

如果计量降水量呢？对于雨水来说，那就是雨量筒，可以测量在某一段时间内的降水总量。

雨量器主要由集雨装置、计量装置、计时装置、其它辅助装置等组成。

现在一般采用翻斗式计量器。

从这个装置我们可以看出，翻斗盛到一定的水量后会翻转，产生一个脉冲电流，数据采集系统只要记录下载脉冲的次数，就能转化为降雨量。

雨水相对来说是比较容易测量的，而降雪就相对难一些。

右图是一个超声雪深测试仪，也就是采用超声波遥测技术的将降雪过程进行监测。

蒸发是水循环中最重要的环节之一，是维持陆面水分平衡的重要组成部分。

大气层中水汽的循环是蒸发－凝结-降水-蒸发的周而复始的过程。

地表蒸发散，或者称地表蒸散，英文简写为ET，它其实包括了两个部分，一个是地表土壤中的水分蒸发，简称为E，还有一个是植物体内水分的蒸腾作用，简称为T。

开水滚了可以看到的白烟，因为水蒸气饱和了，在空气中冷凝出来，所以看的见。

而水在气态的形式是看不见得。

植物蒸散作用是看不到的。

一般的野外监测是采用图上所示的一些仪器。

如果大家自己想看到蒸散作用，特别是植物的蒸腾，可以用塑料袋把植物包起来，放到太阳底下，植物蒸散作用的水气会被挡住凝结成水雾和水珠，那就是植物蒸散作用所散失的水份。

蒸散（发）作用的测定过程有许多中，有些原理也比较复杂。

如果对这个概念想深入理解的同学，可以看看我推荐的一篇文献阅读。

特别对于
生态学专业的学生来说，建议好好读一读，因为以后你们可能会经常用到。

径流是一个地区（流域）的降水量与蒸发量的差值，一般用水量平衡方程来表示。

在大洋和陆地的水量平衡方程是不同的，多年平均的大洋水量平衡方程为：蒸发量=降水量+径流量；多年平均的陆地水量平衡方程是：降水量=径流量+蒸发量。

但是，无论是海洋还是陆地，降水量和蒸发量的地理分布都是不均匀的，这种差异最明显的就是不同纬度的差异。

测定径流的方法也非常多，根据径流的大小不一样，流速不同，测量方法也各异。

有自动的，也有人工的。

有的还需要建一些基本的设施，就如图上这样。

通过本节的学习，我们明确了：
（1）水循环把水圈中的所有水体都联系在一起，它直接涉及到自然界中一系列物理、化学和生物过程。

水循环对于人类社会及生产活动有着重要的意义。

水循环的存在，使人类赖以生存的水资源得到不断更新，成为一种再生资源；使各个地区的气温、湿度等不断得到调整。

（2）从陆地上看，凡是水循环越活跃的地方，生命的活动就越活跃。

（3）此外，人类的活动也在一定的空间和一定尺度上影响着水循
环，研究水循环与人类的相互作用和相互关系，对于合理开发水资源，管理水资源，并进而改造大自然具有深远的意义。

地球上虽然总水量充沛，但很多地方却总是缺水，并因缺水带来各种环境问题，极大地制约了当地的经济发展。

（4）但是，缺水并非整个地球的问题，而是局部水量分配失衡的问题，而且多半是人为所至。

关于这些问题，我们在以后的相关课程中还会反复提到。

好，这一部分的内容到此结束。