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水循环

水循环是指地球不同的地方透过吸收太阳以来的能量转变存在的模式到地球中另一些地方,例如:地的水分被太阳蒸发成为空气中的水蒸气。而水在地球的存在模式包括有固态液态气态。而地球中的水多数存在于大气层中、地面、地底、湖泊河流海洋中。水会透过一些物理作用,例如:蒸发降水渗透、表面的流动和表底下流动等,由一个地方移动至另一个地方。如水由河川流动至海洋。

描述

水循环指水在一个既没有起点亦没有终点的循环中不断移动或改变存在的模式。当水在地球中移动时,将会在气态固态液态,三个状态中不断转变。水由一个地方移动至另一个地方所需的时间可以秒作单位,亦可以是数以千计。而地球中的总水量约为1.37 X 109 km3,其中以包含海洋的含水量。而尽管水在水循环中不断改变,但地球的含水量基本不变。

水会透过各种物理变化或生物物理变化而达成移动。而蒸馏和降水在整个水循环中担当一个非常重要的角色,这两个过程于每年令505,000 km3的水产生移动。它们亦令地球中大部分水产生移动。河流所带动的水流只属于中等,而由直接升华水蒸气更是非常少。

水循环的环节有:

储水量

海洋是地球上大多数水分的贮存处。图为地球上的所有海洋的分布情形。图片中间偏右的南极洲则藏有地球上大多数的冰。

地球会贮存在整个水循环中不同的地方,而这些地方便是贮水处。在地球中最大的贮水处为海洋,它的贮水量是地球的总含水量的97%,而第二大的贮水处是以固体形式贮存水的冰帽冰河。而整个生物圈所存的水则为最少的。

在水循环中各部分的贮水量
贮水处 水的容量
(106 km3)
占全部的百份比
海洋 1370 97.25
冰帽冰河 29 2.05
地下水 9.5 0.68
湖泊 0.125 0.01
湿润的泥土 0.065 0.005
大气层 0.013 0.001
溪流河流 0.0017 0.0001
生物圈 0.0006 0.00004

水于水循环中各部分平均停留的时间

平均用时
贮水处 平均停留时间
南极洲 20,000年
海洋 3,200 年
冰河 20 至 100 年
季节性的积雪 2 至 6 月
湿润的泥土 1 至 2 月
浅的地下水 100 至 200 年
深的地下水 10,000 年
湖泊 50 至 100 年
河流 2 至 6 月
大气层 9 日

表中显示水分子于水循环中各部分的平均停留时间。然而,这些数据只是平均值,当中水分的停留时间是绝对有机会长过或短过平均值。

地下水在离开前可于地底停留超过一万。因会透过蒸发蒸腾溪流的流动和地下水的补充离开泥土及水在地面中的分布是非常广泛,所以水只会被短暂地储存于泥土中。而水在蒸发蒸腾后及凝结降水前,会存于大气层中大约九

水文学,有两个方法去估计水的停留时间。常用方法主要是依赖质量守恒定律和假设既定的储水处的储水量是大概不变的。这个方法是透过找出进出存水处的水量比例以估计水的停留时间。在概念上,这相当于计算填满一个空的、或没有水分流出的容器所需的时间。反之,则是计算水分从一个装满水的、或没有水分进入的容器中完全流失所需的时间。

而另一个方法是用同位素技术去寻找水的停留时间,而这技术会多用于地下水。这技术是水文学的分域——同位素水文学。

随时间的改变

在过往几个世纪中,因为全球变暖的关系,加速了降水蒸发的速度。而暖的空气亦提供了一个比较大的空间而储存水分,所以水循环亦变得越来越剧烈。

在2007年政府间气候变化专门委员会在科学范畴上一致通过一个关于政策制定的总结,而其目的是要在二十一世纪中继续增强整个水循环,但这不代表会增强全部地区的降水量。在二十一世纪中,亚热带地区降水量将会下降,令发生干旱的机会增加。而纬度越高、越接近两极的亚热带地区(如地中海盆地南非澳洲南部,以及美国西南部等),干燥的程度则越高。赤道地区的气候倾向湿,而年降雨量亦相应的上升。

冰川退缩是其中一种水循环的改变。自1850年的冰川因降水量不及水分经升华及溶雪流失的速度而令退缩的范围扩大。

一些人为的活动亦可以改变水循环:

对气候的影响

水循环的能量主要来自太阳。全球有86%的份蒸发是来自大,而大则透过蒸发降低温度。当没有来自蒸发的冷却作用时,温室效应会令表面温度升至67和变成一个更暖的行星

而大部分光能会照射至热带的海洋。在蒸发发生后,水蒸气上升至大气层及被风吹离热带。而大部分蒸气会在热带中凝结成雨,其释放的能量则会令空气。而这会产生大气环流

对生物地质化学循环的影响

水循环是众多生物地质化学循环之一。而水流在众多的生物地质化学循环中皆扮演着重要的角色。径流多负责把被腐蚀沉积物陆地传送至水中生物。在陆地被水流侵蚀后,一些可溶的盐便会溶入水中。而海水的盐度亦被此控制。在耕地中使用含有丰富肥料且遇到大时,大量此类肥料会被冲至河流中,令湖泊富营养化。水流及地下水流在氮循环中亦有举足轻重的作用,它们皆为水中生物带来大量化物。然而化物亦产生一个很严重的问题,当农场把含有硝酸盐的肥料经水道系统排放至墨西哥湾,在密西西比河的出口便会产生一个缺的海洋区域。水流在碳循环中负责传送一些已被侵蚀岩石及泥土以被视为一个重要的角色。

参见

参考文献

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