第一章_地球上水的性质和分布

◇ 海水结冰与淡水结冰，
谁更难？
冻河，冻海？
通常大洋表面盐度均大于24.695‰，因此冰点更低。当海面水温 达到冰点时，因密度增大形成对流，所以难于结冰。只有相当深 的一层海水充分冷却后才开始结冰。海水结冰时，就要不断的析 出盐分，使表层海水盐度增加，密度增大，因而表层水继续下沉， 加强了海水的对流，结冰就更困难、更缓慢。
2）水温的年变
太阳辐射
季风
水温年变 影响因素
洋流性质 海陆位置
2）水温的 年变
水温年变的地理分布为： •从赤道和热带海区向中纬海区增大，然后向高纬 海区减小； •在同一热量带，大洋西侧较东侧变幅大，靠近海 岸地区更大； •北半球各纬度带年较差大于南半球。
4. 海冰
直接由海水冻结 而成的咸水冰
淡水的冰点为 0℃ ，最大密 度的温度是 3.98℃；而海水 的冰点和最大密度的温度都 随盐度的增大而降低，但冰 点降低比较和缓。
◇ 三态变化与水温的关系
1）随着水温升高，水分子聚合体不断减少，单水分子不断 地增多。温度高于 100℃呈气态时，水主要由单水分子组成。
2）随着温度降低，水分子聚合体不断增多，单水分子不断 减少。水温达到0℃结冰时，单水分子为零，而强力缔合结 构的三水分子增多。液态水变成固态冰时，体积膨胀10％， 若冰变成液态水时，体积减小10％。
3. 海水温度的时间变化 1）水温的日变
太阳辐射
季节变化
潮汐
……
水温日变 影响因素
天气状况 地理位置
3. 海水温度的时间变化 1）水温的日变
• 大洋表面水温日变一般很小，日较差不超过 0.4℃。
• 靠近大陆浅海区日较差可达3—4℃以上 • 最高、最低水温出现的时间各地不同，但最
高水温出现在14—16 时，最低水温则出现在 4—6 时。
当温度升高至 0℃ 以上时，氢原子振动和水 分子的热运动，便从劣势转为优势，运动的 结果使氢键部分断裂。于是，冰晶的有规则 的固体结构崩溃，并熔化为液态水。
◇ “闪动簇团”模型 P9 图1-5
液态水既包含水分子的缔合体即簇团，又包含水分 子的微粒，是一个极度复杂的凝聚相体系，二者在 液态温度0—100℃的条件下共居、共存，且处于连 续的转化“闪动”之中。
0℃蒸发，潜热为2500J/g； 100℃时，汽化潜热为2257J/g ； 冰在0 ℃ 时， 融解潜热为1401J/g ； 冰直接升华潜热为1401+2500=3901J/g。
三、水温 （一）海水温度
1. 海水热量的收支
2. 海水温度的分布 1）海水温度的水平分布
•北半球高于南半球； •南北纬0º—30º之间以印度洋水温最高； •南北纬50º—60º之间大西洋水温相差悬殊。
（一）水分子的结构 水的组成最先由Henry Cavendish 在1781年左右提出的。
分子式为：H2O。
5
• 每个水分子都是由一个氧原子 和两个氢原子组成。
• 在吸引力作用下，电子向氧原 子一端靠近，氧原子一端形成 负极，而氢原子一端形成正极 。使得水分子具有极性结构。
6
• 水有很强的溶解能力，是一种极性溶剂。 • 溶剂可分为极性溶剂、非极性溶剂两种。 • 极性溶剂能够溶解离子化合物以及能离解的共价
化合物，而非极性溶剂则只能够溶解非极性的共 价化合物。比如，食盐，是一种离子化合物，它 能在水中溶解，却不能在乙醇中溶解。
7
视频资料：水的表面张力
8
水表面的水分子由于上层空间气相分子对它的吸引力小于 内部液相分子对它的吸引力，产生垂直指向液体内部的合 力，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力 称为表面张力。 如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。 如果液面 是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。
◇ 世界大洋表面水温分布的总趋势
•水温从低纬向高纬递减； •南北回归线之间的热带海区水温最高； •大洋东西两侧，水温分布有明显差异；
•寒暖流交汇处水温水平梯度很大； •夏季大洋表面水温普遍高于冬季，梯度则冬大于夏。
2）水温的垂直分布
大洋水温的垂直分布，从海面向 海底呈不均匀递减的趋势。南北 纬40°之间，海水垂直结构可分 两层，即表层暖水对流层和深层 冷水平流层。表层暖水对流层的 最上一层受气候影响明显，紊动 混合强烈，对流旺盛，水温垂直 分布均匀，垂直梯度极小，称为 表层扰动层。此层下部与冷水之 间形成一个温跃层，水温垂直梯 度递减率达最大值。
3）水温在3.98℃时，结合紧密的二水分子最多，此时水的 密度最大，比重为1。
2. 固态水（冰）的结构
冰晶中，氧原子和氢原子的排列很有规则，每个氧原 子按四面体取向通过氢键与另外四个氧原子连结，从 而形成六方晶系的冰，而冰晶中水分子则具有比较完 整的正四面体结构形态。
3. 液态水结构的主要理论模型
所谓“闪动”，是说簇团本身非常动荡，意即这里 的氢键缔合解开了，而另一处缔合又立即完成，簇 团与非簇团的水分子之间，也是处在连续地相互渗 透、相互转化之中。
二、水的热学性质
水变成水汽或冰融成水都要吸收热量。相反，水汽 凝结和水结成冰都要放出热量，而且吸收或放出的 热量相等。这种吸收或放出的热量称为水的潜热。
9
• 自然界，水不完全是单水分子H2O，而更多的情况 下是水分子的聚合体。水分子聚合体包括：单水 分子(H2O)、双水分子(H2O)2、三水分子(H2O)3。 分子结构见 P7，图1-2
10
（二）水的三态及其转化
1.水的三态与水温 随着水温的变化，三态水分子的聚合体也在不 断的变化。
不同水温水分子聚合体的分布（％） P8 表1-1
Biblioteka Baidu
（二）河水温度 ◇ 影响河水温度的因素
气温
◇ 河流水温的空间变化
• 一般河流水温的分布形势， 大体与气温一致；
• 河流年平均水温都略高于当地的年平均 气温，但差值不大，一般只有 1－2℃ ，但在封冻期很长、冬季气温很低的地 区，差值增大。
第一章 地球上水的性质和分布
1
课程内容
1.1 地球上水的物理性质 1.2 地球上水的化学性质 1.3 地球上水的分布与水资源
2
本章重点：水资源涵义、我国水资源分布 本章难点：水体的化学性质
3
第一节 地球上水的物理性质
水的形态 及其转化
水的热学性质
水温
水的密度
水色及透明度
4
一、水的形态及其转化