高中地球科學/地球上的水

水是一種簡單的化合物，由兩個氫原子和一個氧原子結合在一起形成。水比地球上任何其他物質都重要，它具有非凡的特性。如果沒有水，生命可能甚至無法在地球上存在。從太空中看地球，地球上豐富的淡水資源變得顯而易見——參見圖 13.1。在陸地上，水也很常見：它在溪流中旋轉和蜿蜒，從天空落下，凍成雪花，甚至構成了你我大部分的身體。在本章中，我們將看看地球上水的分佈，並研究其一些獨特的特性。

圖 13.1：地球，這顆“藍色彈珠”，從這張照片中可以看到，大部分都被液態水覆蓋。

課程目標

• 描述水在地球上的分佈情況。
• 描述是什麼推動水迴圈以及水如何在這個迴圈中移動。

地球水的分佈

如圖 13.1 所示，水是地球表面最豐富的物質。地球表面約 71% 被水覆蓋，大部分水存在於海洋中。事實上，地球上 97% 的水，幾乎所有水，都存在於地球的海洋中。這意味著地球上只有 3% 的水是淡水，即鹽濃度低的淡水（圖 13.2）。大多數淡水以冰的形式存在於格陵蘭島的廣闊冰川和南極洲的巨大冰蓋中。剩下只有 0.6% 的地球水是人類可以輕鬆利用的淡水。大多數液態淡水以地下水的形式存在於地球表面之下，而其餘的淡水則存在於湖泊、河流和溪流中，以及天空中水蒸氣的形式。

圖 13.2：地球上的水大部分都在海洋中。淡水只佔地球上所有水的 3%，而且大部分以冰的形式存在。

水的三種狀態

水是一種特殊的物質。它在地球上含量豐富，經常以氣體、液體和固體的形式出現。它是地球上為數不多的幾種經常以三種物質狀態存在的物質之一。此外，它可以很容易地在地球上迴圈：同一個分子可以在地球上的許多不同區域迴圈。

水之所以獨特的部分原因是它的熔點和沸點。在正常大氣條件下，水在 0°C (32°F) 時結冰，在 100°C (212°F) 時沸騰。由於地球在太陽系中的位置，地球的溫度變化範圍從遠低於水的熔點到遠高於熔點。儘管水在正常溫度下不會沸騰，但它經常透過蒸發變成氣態的水蒸氣。所有這些都意味著我們經常在地球上看到水的三種狀態（見圖 13.3、13.4 和 13.5）。

圖 13.3：固態冰漂浮在液態水中。這張圖片顯示瞭如果能夠看到冰山的水面以上和水面以下部分，它可能是什麼樣子。

圖 13.4：液態水。

圖 13.5：水蒸氣對我們的眼睛來說是不可見的。但是，我們可以看到水蒸氣凝結時形成的雲。

水迴圈

地球上的水以水迴圈（圖 13.6）的形式在地球上移動。因為它是一個迴圈，所以它沒有真正的起點和終點。今天你手中的那杯水中的同一個水分子可能在地球上存在了數十億年。它可能存在於冰川或地下深處。它可能存在於大氣層的高處，也可能存在於恐龍的腹部深處。誰知道它今天會去哪裡，當你用完它的時候！

圖 13.6：地球上的水不斷運動。

讓我們看一下圖 13.6。數百萬公里外的太陽提供了驅動水迴圈的能量。由於海洋擁有地球上大部分的水，所以讓我們從那裡開始。正如你在圖示中看到的，海洋中的水以水蒸氣的形式蒸發到空氣中。然而，海洋中的鹽不會隨著水一起蒸發，所以水蒸氣是新鮮的。空氣中一些不可見的水蒸氣凝結形成雲中的液態水滴。雲被風吹遍全球。隨著雲中的水顆粒碰撞並增長，它們會以降水的形式從天空落下。降水可以以雨、雨夾雪、冰雹和雪的形式出現。有時降水直接落回海洋。然而，其他時候，它會以淡水的形式落到固態地球上。

這種現在在地球上的淡水，可以以雪或冰的固態形式存在。其中一些水會直接回到空氣中再次形成水蒸氣和雲。然而，大多數固態水都位於山頂，隨著時間的推移慢慢融化，為下面的溪流、河流和湖泊提供穩定的淡水流。一些水進入地球的地下水，透過地下的孔隙滲透到地表之下。這種水可以形成含水層，儲存淡水幾個世紀。或者，它可能透過泉水來到地表，或找到回到海洋的路。

當雨水從天空中落下時，它會形成溪流和河流，流向下游，最終流入海洋和湖泊。人們利用這些自然資源作為他們的水源。他們還建造運河、水渠、水壩和井，將水引到居住區，以滿足他們的需求（圖 13.7）。有時，我們對水的操控或汙染會嚴重影響其他物種。許多科學家正在尋找更好的方法，以可持續和高效的方式利用地球上的水。

圖 13.7：科羅拉多河上的胡佛水壩。

顯然，人類並不是唯一依靠水的生物。植物和動物也依賴於這種重要的資源。植物在水迴圈中起著重要作用，因為它們從葉子中釋放大量的水蒸氣到空氣中。這種蒸騰作用的過程將植物中的液態水轉移到空氣中。如果你用塑膠袋覆蓋植物上的幾片葉子，你就可以看到蒸騰作用。在幾個小時內，從葉子中釋放的水蒸氣會在袋子的表面凝結。

課程總結

• 地球表面大部分被水覆蓋。大部分水都在我們的海洋中，只留下 3% 的淡水。
• 地球上的水以三種狀態存在：固態、液態和氣態。
• 水迴圈將水從水圈轉移到大氣層，再轉移到陸地，然後再次返回。
• 水迴圈的主要過程包括蒸發和蒸騰、凝結、降水以及透過徑流和地下水供應返回海洋。

複習題

1. 地球上的水大約有多少是淡水？
2. 地球上所有水中，大約有多少存在於地下水、溪流、湖泊和河流中？
3. 解釋以下語句：其他星球上的水以與地球上不同的形式存在。
4. 是什麼推動水迴圈？
5. 在 130°C 時，水會以什麼狀態存在？在 -45°C 時，水會以什麼狀態存在？
6. 定義凝結和蒸發的含義。
7. 總結水迴圈。
8. 為什麼你認為大氣層對水迴圈如此重要？
9. 假設太陽的強度變得強得多。這將如何影響水迴圈？

詞彙

含水層

一層岩石、沙子或礫石，可以容納大量地下水。人類通常使用含水層作為淡水來源。

凝結

從氣體變成液體。

淡水

鹽濃度低的淡水，可供人類飲用和使用。

地下水

存在於地球表面以下，土壤或岩石顆粒之間的水。

降水

從天空降落到地球上的水。降水通常以雨的形式出現，但也可以以雪、雨夾雪或冰雹的形式出現。

蒸騰作用

植物葉片向空氣中釋放水蒸氣；有時稱為蒸散作用。

水迴圈

水在地球上迴圈的迴圈過程，改變其相（固體到液體到氣體）和位置（在海洋、雲層、河流和湖泊以及地下水體中）。

水蒸氣

以氣體形式存在的水。水蒸氣對人類是無形的；當我們看到雲層時，實際上是在看到雲層中的液態水。

需要考慮的幾點

• 降水如何影響地球的地形？
• 水迴圈會導致哪些自然災害？
• 汙染如何影響遠離汙染源的生物？
• 建造水壩如何會破壞自然水迴圈？
• 如果地球的溫度因全球變暖而升高，水迴圈可能會如何改變？