书城科普读物探索神秘的大自然:有趣的物质循环
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第23章 水循环的类型和成因

水循环的类型

水循环示意图水循环系统是多环节的庞大动态系统,自然界中的水是通过多种路线实现其循环和相变的。其范围可由地表向上伸展至大气对流层顶以上,地表向下可及的深度平均约1000米。全球性的水循环称为大循环,由海洋、陆地和一系列大小区域的水循环所组成。水循环按其发生的空间又可以分为海洋水循环、陆地水循环(包括内陆水循环)。因此,水循环的尺度大至全球,小至局部地区。从时间上划分,可以是长时期的平均,也可以是短时段的状况。相应的,研究水循环时,研究的区域可大至全球、某一流域,也可小至某一地域内的土壤或地下含水层内的水循环,时间也可长可短。

水循环还可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。仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。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。

形成水循环的原因

形成水循环的内因是水在通常环境条件下气态、液态、固态易于转化的特性,外因是太阳辐射和重力作用为水循环提供了水的物理状态变化和运动的能量。地球上的水分布广泛,贮量巨大,是水循环的物质基础。

由于地球上太阳辐射的强度不均匀,不同地区的水循环的情况也就不相同。如在赤道地区太阳辐射强度大,降水量一般比中纬地区多,尤其比高纬地区多。

水循环的动力来源于太阳。太阳是一个巨大的能源,它不断地向外辐射着能量。这些能量中约有1/20亿到达地球,维持着地球上的一切生命活动。

在到达地球的太阳能中,有23%消耗于海洋表面以及陆地水的蒸发上。当蒸发的水汽遇冷凝结时,这些热量又重新被释放出来。由于吸收了太阳的热量,海洋水、陆地水、大气水都在运动着,它们连续不断地改变着自己的形态,变换着位置。

从上面的介绍中可以看出,水的循环包括4个主要环节:蒸发、输送、降水和径流。据科学家们计算,在大气与地表水分的交换过程中,海面上的蒸发量大于降落到海面上的降水量,陆地上的降水量大于蒸发量。在陆地和海洋的交换过程中,海洋上空向陆地输送的水汽要多于陆地上空向海洋回送的水汽。

这样一说,大家可能会产生一个想法:如果长期这样下去的话,海洋会不会逐渐缩小,陆地上的水会不会渐渐多起来?让我们再回过头来,看一看开始你产生的疑问,这两方面是不是相互矛盾?实际上,这是各自看到了问题的一个方面,二者正好是互补的。海洋上空多输送给陆地的水汽,转化为降水,在陆地上通过径流最后同样多地回归大海。问题的关键在于水循环过程中的蒸发、输送两个环节,是人们所看不到的现象,所以容易被看见的现象所迷惑,只见到天空中不断地降雨、下雪,地面上的河流总在流,原来它们都有充足的供应源地作为后盾啊。难怪天上的水下不完,地下的河流流不干,海洋纳百川,也并非其“胸怀”宽广,而是众目睽睽之下容纳,静悄悄地转移,而且两者的数量相差无几。

人们研究海洋、大气、陆地之间的水分交换的复杂关系,把水循环分割成3大部分:海洋小循环,陆地小循环和水分大循环。从海洋表面蒸发出来的水汽,在海洋上空成云致雨,又降回海面,这种循环称为海洋小循环。类似地,从陆地表面蒸发出来的水汽,在陆地的上空形成降水,再降落到地面,称为陆地小循环。从海面上蒸发的水汽,有些乘风运移,漂洋过海,在陆地上空形成雨雪,洒向大地,这些地面降水,一部分渗入地下,一部分重又蒸发,还有一大部分汇入江河溪流,经长途运转,重又返回大海,这样构成了海洋—空中—陆地—海洋的水分大循环。

水的循环旅程虽然复杂,但都是重复进行着水循环的基本过程,而且不会出现循环的中断。

水循环能长期地循环下去的根本原因是这种循环遵循着一条这样的规律——水量平衡。所谓水量平衡是指某一区域,在某一时段内,收入的水量与支出的水量之间的差值等于这一时段该区域内储存的水量的变化。举个例子来说,在一个地区。一年的降水量加上通过径流流入的水量为5000立方米,即收入的水量为5000立方米,蒸发、径流流出的水量为4500立方米。由于该区内收入量大于支出量,所以该区储存的水量会增加500立方米。如果考虑相当长的时间段的话,如多年的平均值,那么收入量和支出量是近似相当的。

位于大气中的大气水,位于地球表面上的陆地水和海洋水,位于地壳中的地下水,正是这样通过水的循环,相互紧密地联系起来,并不断得到更新。知识点承压水承压水,是充满两个隔水层之间的含水层中的地下水。承压水由于顶部有隔水层,它的补给区小于分布区,动态变化不大,不容易受污染。它承受静水压力。在适宜的地形条件下,当钻孔打到含水层时,水便喷出地表,形成自喷水流,故又称自流水。人们利用这种自流水作为生活用水和农田灌溉水源。在中国,承压水的发现和利用距今已有2000多年。