高中地球科學/地表水

正如我們所學，地球上的一些淡水在地表，存在於河流、溪流、池塘和湖泊中。這種淡水對人類、植物和動物極其重要。溼地是水體和陸地交匯的區域。溼地具有高度的生物多樣性，在自然去除水體汙染物方面發揮著關鍵作用。有時，地表水會氾濫，這往往會給地面的人們造成危險情況。

課程目標

比較河流和溪流及其重要性。
描述池塘和湖泊是什麼，以及它們為什麼很重要。
解釋為什麼溼地在水迴圈中很重要，並描述其生物多樣性。
描述洪水的原因及其影響。

河流和溪流

溪流是由底部（或河床）和泥土兩側（或河岸）限制的移動水體。溪流有很多類別，包括小溪、支流、支流、沼澤和河流——所有這些型別的溪流的大小、深度、速度和位置各不相同。溪流是不斷變化的自然物體，水流向低處，隨著海拔、岩石型別和地形的變化，河流在山丘和平原上轉彎。它們導致大量的侵蝕，並隨著時間的推移會形成巨大的峽谷，因為它們會慢慢地將土壤、卵石，甚至巨石向下遊移動。

河流的部分

溪流發源的地方被稱為源頭；這通常是泉水，但它也可能是山頂。當兩條溪流匯合時，它們匯合的地方被稱為匯合處。較小的溪流被認為是較大溪流的支流。溪流中的水潭有點像游泳池——它是溪流中流速較慢的部分，在那裡水流速度較慢，因此溪流會散開並變得更深。最後，溪流流入大型水體（如海洋或湖泊）的地方被稱為河口。這些區域被稱為河口，它們往往形成獨特的生態系統，在那裡溪流和湖泊或海洋的水混合在一起（圖 13.8）。


圖 13.8：（左）哥斯大黎加達馬斯島的這個河口顯示了水、植物和陸地如何在河口匯聚在一起。（右）這是一張尼羅河三角洲的衛星影像，顯示了河口周圍獨特的生態系統及其形狀（三角洲這個名字來自希臘字母 Δ）。

河流

河流是最大的溪流型別，它們將大量水從高海拔流向低海拔的景觀。北美有幾個分水嶺將土地分成不同的水盆（圖 13.9）。在這些區域的每一個部分，河流最終都會流入大西洋、太平洋、五大湖、北冰洋或墨西哥灣。大多數河流都與洪泛區接壤，洪泛區是在河流溢位河岸時被淹沒的平坦地區。

河流通常會流淌很多水。亞馬遜河是世界上流量最大的河流，其流量接近每秒 220,000 立方米！相比之下，在尼亞加拉瀑布，每秒有將近 1,800 立方米的水落下（圖 13.10）。

由於河流包含大量水，自文明開始以來，人類就利用它們作為水、食物、交通、防禦、能源、娛樂和廢物處理的來源。你喝的水可能來自由河流供水的蓄水池。你家中的電力也可能來自利用河流發電的發電廠。顯然，河流沿岸的自然區域受到人類利用或濫用河流的影響。有時，整個生物種群會被上游數英里的河流汙染所破壞。表 13.1 顯示了世界上十大最長的河流。

表 13.1：世界上十大最長的河流
#	名稱	洲	流量 (^m³⁄_s)	近似長度（公里）
1	尼羅河	非洲	2,900	6,695
2	亞馬遜河	南美洲	225,000	6,683
3	長江	亞洲	33,000	6,380
4	密西西比河	北美洲	13,000	5,970
5	鄂畢河	亞洲	13,000	5,410
6	黃河	亞洲	2,600	4,830
7	剛果河	非洲	43,000	4,630
8	勒拿河	亞洲	17,000	4,400
9	阿穆爾河	亞洲	6,000	4,350
10	葉尼塞河	亞洲	20,000	4,106

池塘和湖泊

從定義上講，河流和溪流是具有水流的水體；它們一直在運動。另一方面，池塘和湖泊則沒有（圖 13.11）。它們通常與山丘或低窪地帶接壤，因此水流被阻止直接流向下坡。它們代表著人類的又一項重要資源，也是需要保護的另一個領域。

雖然池塘這個詞指的是沒有不斷流向下坡的水，但對於池塘的確切定義存在爭議。然而，人們普遍認為，池塘是一個小型淡水體。你可能不需要划船就能穿過它，而且你可能能在裡面站立起來。幾乎沒有地表水透過溪流從池塘中流失，而且它們通常由地下泉水供水。

湖泊是由某些自然過程（如板塊運動、滑坡或人類活動，例如修建水壩）形成的更大淡水體。幾乎所有的湖泊都是淡水湖，水通常透過河流或溪流離開湖泊。所有湖泊都會因蒸發而損失一些水。

一些湖泊非常大，以至於它們有自己的潮汐系統和洋流，並且會影響天氣模式。例如，美國五大湖包含世界淡水地表水量的 22%（圖 13.12）。五大湖中最大的蘇必利爾湖每天都有潮汐漲落幾釐米。五大湖足夠大，可以改變美國東北部地區的整個天氣系統，這就是所謂的“湖泊效應”。它們也是無數種魚類和野生動物的家園。

湖泊可以以各種不同的方式形成。一些湖泊，如五大湖，填滿了冰川從景觀中刮出土壤和岩石時侵蝕的窪地。被稱為火山口湖的湖泊是在火山火山口中形成的，這些火山口已被降水填滿。裂谷湖是在構造斷層形成的裂縫中形成的。而冰下湖則位於冰蓋之下。由於地質歷史和地球上陸塊的排列，大多數湖泊都在北半球。事實上，世界上超過 60% 的湖泊都在加拿大——這些湖泊中的大多數都是由在最近一次冰河時期覆蓋加拿大大部分地區的冰川形成的。

湖沼學是對所有淡水體及其所棲息生物的研究。湖泊的生態系統分為三個不同的部分（圖 13.13）

沿岸帶，即最靠近水邊邊緣的傾斜區域。
開闊水域帶（也稱為光合作用帶或湖沼帶），陽光充足的地方。
深水帶（也稱為無光帶或深水帶），陽光幾乎無法到達的地方。

沿岸帶蘊藏著豐富的生命，因為陽光允許湖床上的植物生長。這些植物反過來又為蝸牛、昆蟲和魚類等動物提供食物和住所。鱸魚和鱒魚等其他植物和魚類生活在開闊水域。深水區不允許植物生長，因此居住在那裡的生物更少。在這個區域，大多數生物是食腐動物，如螃蟹和鯰魚，它們以落到水底的死生物為食。真菌和細菌也幫助分解這些死生物。雖然海洋中生活著不同的生物，但海洋水域也根據陽光具有相同的劃分，並且每個區域都生活著類似的生物。

湖泊並不總是景觀的永久特徵。一些**間歇性湖泊**隨著季節變化而出現和消失，因為水位上升和下降。在更長的時間段內，湖泊可能會因沉積物填滿而消失，如果填滿它們的泉水或溪流減少，或者如果它們的出口因侵蝕而擴大。當一個地區的氣候發生變化時，湖泊可能會擴張或收縮，如果降水量大幅減少，湖泊可能會完全消失。

溼地

溼地型別

溼地是指永久或季節性地被水飽和的陸地區域，因此它具有獨特的生態系統的特徵。

沼澤是一種溼地，其特徵是在低窪地區靠近緩慢流動的河流的茂密的樹木和藤蔓（圖 13.15）。

河口是海水與溪流或河流的淡水混合的區域（圖 13.16）。這些半封閉區域是能夠忍受水的持續運動和混合所產生的鹽度急劇變化的動植物的家園。河口包含**半鹹水**，其鹽度比淡水高，但比海水低。由於河口包含不同溶解鹽濃度的水域，因此它們往往擁有多種動植物棲息地。因此，河口具有極高的生物多樣性。

溼地的生態作用

如上所述，溼地是許多不同物種生物的家園。儘管它們只佔美國面積的 5%，但溼地包含美國超過 30% 的植物型別。許多瀕危物種生活在溼地中，因此許多溼地受到保護，禁止人類使用。

溼地還透過去除水中的汙染物發揮關鍵的生物作用。例如，它們可以捕獲並利用從農民田地中沖刷出來的肥料，從而防止這些肥料汙染其他水體。由於溼地自然淨化水質，因此保護溼地也有助於維持清潔的水源。

溼地區別於其他陸地形態或水體的主要因素是其特有的水生植物植被，這些植物適應了其獨特的潮溼土壤。溼地在環境中發揮著許多作用，主要是水淨化、洪水控制和海岸線穩定。溼地也被認為是所有生態系統中生物多樣性最豐富的生態系統，是多種動植物的家園。溼地自然存在於除南極洲以外的所有大陸，最大的溼地包括亞馬遜河流域、西西伯利亞平原和潘塔納爾溼地。溼地中的水可以是淡水、半鹹水或鹹水。[4] 主要溼地型別包括沼澤、溼地、泥炭沼澤和沼澤；亞型別包括紅樹林、卡爾、波科辛和瓦爾澤亞。它們也可以作為水管理工具人工建造，這可能在發展中的水敏感城市設計領域發揮作用。聯合國千年生態系統評估確定，環境退化在溼地系統中比地球上任何其他生態系統都更加突出。國際保護工作正在與快速評估工具的開發相結合，以告知人們有關溼地問題的資訊。

洪水

洪水是水迴圈的自然組成部分，但它們可能是可怕的破壞力量。簡單地說，洪水是指一個地方的水溢位。洪水可能由於多種原因而發生，其影響可以透過多種方式減少。也許不出所料，洪水往往對低窪地區的影響最為嚴重。

洪水成因

洪水通常發生在降雨量超過地面吸收或河流或溪流帶走的水量時。當一個地區發生非常強烈的降雨時，洪水可能是突然的和出乎意料的，比如山洪暴發（圖 13.17）。這種強降雨會以太快的速度降落而無法被地面吸收，並且會溢位溪流和河流的河岸。或者，當長時間的降雨將地面充滿水，並且河流和溪流的水位逐漸上升時，洪水可能會更緩慢地發生。不太常見的是，當水庫沿線的水壩決堤時，可能會發生洪水——正如你所料，這種型別的洪水可能是災難性的。在加利福尼亞州，當降雨量遠遠超過年平均降雨量時，例如在厄爾尼諾年，洪水經常發生。高水位也導致小型水壩決堤，對下游造成嚴重破壞。

植被是決定是否發生洪水的關鍵因素。植物往往會減緩流經土地的水流，使其有時間進入地下。即使地面太溼無法吸收更多水，植物仍然會減緩水流速度，延長降雨與水流到達溪流之間的時間。出於同樣的原因，溼地在最大限度地減少洪水影響方面也發揮著關鍵作用；它們充當土地與高水位之間的緩衝區。因此，植被茂密的地區洪水較少，而最近伐木的地區洪水可能更嚴重。

洪水的影響

美國曆史上最近一次災難性的洪水發生在 2005 年卡特里娜颶風過後，新奧爾良遭受洪水侵襲（圖 13.18）。這場洪水是由於該市防洪堤（為阻擋河流或湖泊而建造的加高結構）失控造成的。新奧爾良防洪堤設計缺陷，風暴過後在多處決堤，導致洪水湧入城市（圖 13.19）。最終，該市超過 80% 的地區被淹，90% 的城市居民疏散，這場災難造成超過 1800 人死亡。

並非洪水的所有後果都是負面的。洪水在洪泛區沉積沉積物，這些沉積物富含有機質，適合耕作。因此，如今許多農民在主要河流的洪泛區種植農作物。這種降雨和洪水模式對尼羅河沿岸的古埃及人等民族也很重要。

洪水還負責在河流中移動大量的沉積物。這些沉積物為動物提供了棲息地，沉積物的週期性移動對於幾種生物的生存至關重要。例如，科羅拉多河沿岸的許多植物和魚類依賴季節性洪水來重新排列沙洲。

課程總結

水返回海洋的一種方式是透過河流和溪流。
河流起源於較高海拔地區，許多支流在流向較低海拔地區的途中匯合。
成熟的河流會形成洪泛區，最終可能會形成河流與海洋交匯處的三角洲。
水暫時儲存在池塘和湖泊中，這些水體大多是淡水。
科學家研究湖泊、溼地和河口，因為它們在生物學上是重要的區域。
洪水是所有河流自然迴圈的一部分，它為洪泛區帶來重要的營養物質。
洪水給居住在洪泛區或沿海地區的人們帶來了困難，特別是在堤壩決堤時。

複習問題

溪流起源於哪裡？
比較和對比溪流和河流。
住在洪泛區的優缺點是什麼？
十條最長河流中，哪條流量最大？
比較和對比池塘和湖泊。
溼地主要有哪些型別？
考慮一種常見於沼澤的動物和一種常見於河流的動物。它們各自對棲息地有什麼自然適應能力？
沙漠是降雨量很少的地方。為什麼它們有時會面臨暴洪的危險？

詞彙

無光層: 淡水體中陽光無法到達的區域。也稱為深水區或深水層。
半鹹水: 淡水和鹽水的混合水。
匯合處: 兩條河流匯合的地方。
分水嶺: 將一個水盆與另一個水盆隔開的山脊。每個水盆都將被溪流排入不同的海洋。
河口: 海水與河流或溪流的淡水混合的區域。河口通常生物多樣性很高。
洪泛區: 溪流或河流泛濫時被水覆蓋的平坦區域。通常富含營養物質，因此是良好的耕作場所。
間歇性湖泊: 隨著水位的漲落，季節性出現和消失的湖泊。
湖泊: 較大的淡水體，通常由溪流排幹。可能是自然形成的，也可能是人為的。
堤壩: 為防止洪水時溪流或河流的水流而建造的防洪設施。
湖沼學: 對所有淡水體及其棲息生物的研究。
沿岸帶: 淡水體中最靠近岸邊的區域。通常包含水體中大部分生命。
沼澤: 湖泊、溪流或海洋周圍的一種溼地，以草和蘆葦為常見，但沒有樹木。可能是淡水、鹹水或半鹹水。水通常很淺。
河口: 溪流流入更大的水體（如湖泊或海洋）的地方。
透光層: 淡水體中陽光充足的區域。也稱為開闊水域或湖沼區。
池塘: 小型淡水體，沒有溪流排幹。通常由地下泉水供水。
水潭: 溪流中深而緩慢流動的部分。溪流在有水潭的地方通常更寬。
源頭: 溪流的起點。
溪流: 移動水體，被堤岸（兩側）和河床（底部）所包圍。
沼澤: 低窪地區的溼地，水流動非常緩慢。沼澤中氧氣含量通常很低。
支流: 兩條河流中較小的河流，匯合在一起形成更大的河流。
溼地: 長期積水的大片土地，生長著適應潮溼環境的特殊植物。

需要考慮的要點

你在你所在的地區見過哪些型別的溪流？
為什麼水體從不真正永久存在？
你的家可能會被洪水淹沒嗎？如果被洪水淹沒，你會怎麼辦？

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