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水循環

水循環是指地球不同的地方透過吸收太陽以來的能量轉變存在的模式到地球中另一些地方,例如:地的水分被太陽蒸發成為空氣中的水蒸氣。而水在地球的存在模式包括有固態液態氣態。而地球中的水多數存在於大氣層中、地面、地底、湖泊河流海洋中。水會透過一些物理作用,例如:蒸發降水滲透、表面的流動和表底下流動等,由一個地方移動至另一個地方。如水由河川流動至海洋。

描述编辑

水循環指水在一個既沒有起點亦沒有終點的循環中不斷移動或改變存在的模式。當水在地球中移動時,將會在氣態固態液態,三個狀態中不斷轉變。水由一個地方移動至另一個地方所需的時間可以秒作單位,亦可以是數以千計。而地球中的總水量約為1.37 X 109 km3,其中以包含海洋的含水量。而儘管水在水循環中不斷改變,但地球的含水量基本不變。

水會透過各種物理變化或生物物理變化而達成移動。而蒸餾和降水在整個水循環中擔當一個非常重要的角色,這兩個過程於每年令505,000 km3的水產生移動。它們亦令地球中大部份水產生移動。河流所帶動的水流只屬於中等,而由直接昇華水蒸氣更是非常少。

水循環的环节有:

儲水量编辑

 
海洋是地球上大多數水分的貯存處。圖為地球上的所有海洋的分佈情形。圖片中間偏右的南極洲則藏有地球上大多數的冰。

地球會貯存在整個水循環中不同的地方,而這些地方便是貯水處。在地球中最大的貯水處為海洋,它的貯水量是地球的總含水量的97%,而第二大的貯水處是以固體形式貯存水的冰帽冰河。而整個生物圈所存的水則為最少的。[9]

在水循環中各部份的貯水量[10]
貯水處 水的容量
(106 km3)
佔全部的百份比
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
濕潤的泥土 0.065 0.005
大氣層 0.013 0.001
溪流河流 0.0017 0.0001
生物圈 0.0006 0.00004

水於水循環中各部份平均停留的時間编辑

平均用时[10]
貯水處 平均停留時間
南极洲 20,000年
海洋 3,200 年
冰河 20 至 100 年
季節性的積雪 2 至 6 月
濕潤的泥土 1 至 2 月
淺的地下水 100 至 200 年
深的地下水 10,000 年
湖泊 50 至 100 年
河流 2 至 6 月
大氣層 9 日

表中顯示水分子於水循環中各部份的平均停留時間。然而,這些數據只是平均值,當中水份的停留時間是絕對有機會長過或短過平均值。

地下水在離開前可於地底停留超過一万。因會透過蒸發蒸騰溪流的流動和地下水的補充離開泥土及水在地面中的分佈是非常廣泛,所以水只會被短暫地儲存於泥土中。而水在蒸發蒸騰後及凝結降水前,會存於大氣層中大約九

水文學,有兩個方法去估計水的停留時間。常用方法主要是依賴質量守恆定律和假設既定的儲水處的儲水量是大概不變的。這個方法是透過找出進出存水處的水量比例以估計水的停留時間。在概念上,這相當於計算填滿一個空的、或沒有水份流出的容器所需的時間。反之,則是計算水份從一個裝滿水的、或沒有水份進入的容器中完全流失所需的時間。

而另一個方法是用同位素技術去尋找水的停留時間,而這技術會多用於地下水。這技術是水文學的分域——同位素水文學。

隨時間的改變编辑

在過往幾個世紀中,因為全球變暖的關係,加速了降水蒸發的速度。而暖的空氣亦提供了一個比較大的空間而儲存水份,所以水循環亦變得越來越劇烈。

在2007年政府間氣候變化專門委員會在科學範疇上一致通過一個關於政策製定的總結[11],而其目的是要在二十一世紀中繼續增強整個水循環,但這不代表會增強全部地區的降水量。在二十一世紀中,亞熱帶地區降水量將會下降,令發生乾旱的機會增加。而緯度越高、越接近兩極的亞熱帶地區(如地中海盆地南非澳洲南部,以及美國西南部等),乾燥的程度則越高。赤道地區的氣候傾向濕,而年降雨量亦相應的上升。

冰川退縮是其中一種水循環的改變。自1850年的冰川因降水量不及水份經昇華及溶雪流失的速度而令退縮的範圍擴大。[12]

一些人為的活動亦可以改變水循环:

對氣候的影響编辑

水循環的能量主要來自太陽。全球有86%的份蒸發是來自大,而大則透過蒸發降低溫度。當沒有來自蒸發的冷卻作用時,溫室效應會令表面溫度升至67和變成一個更暖的行星[13]

而大部分光能會照射至熱帶的海洋。在蒸發發生後,水蒸氣上升至大氣層及被風吹離熱帶。而大部分蒸氣會在熱帶中凝結成雨,其釋放的能量則會令空氣。而這會產生大氣環流

對生物地質化學循環的影響编辑

水循環是众多生物地質化學循環之一[14]。而水流在众多的生物地質化學循環中皆扮演著重要的角色。徑流多負責把被腐蝕沈積物[15]陸地傳送至水中生物。在陸地被水流侵蝕後,一些可溶的鹽便會溶入水中。而海水的鹽度亦被此控制。在耕地中使用含有豐富肥料且遇到大時,大量此類肥料會被沖至河流中,令湖泊富營養化水流地下水流氮循環中亦有舉足輕重的作用,它們皆為水中生物帶來大量化物。然而化物亦產生一個很嚴重的問題,當農場把含有硝酸鹽的肥料經水道系統排放至墨西哥灣,在密西西比河的出口便會產生一個缺的海洋區域。水流碳循环中負責傳送一些已被侵蝕岩石及泥土[16]以被視為一個重要的角色。

參見编辑

参考文献编辑

  1. ^ Arctic Climatology and Meteorology.(北極風土學和氣象學) Precipitation. 取於 2006-10-24.
  2. ^ Dr. Art's Guide to Planet Earth (Dr. Art對地球的指南) . The Water Cycle(水循環). 页面存档备份,存于互联网档案馆 取於 2006-10-24.
  3. ^ National Weather Service Northwest River Forecast Center. (國家氣象局西北河展望中心)Hydrologic Cycle(水文學循環). 取於 2006-10-24.
  4. ^ Arctic Climatology and Meteorology (北極風土學和氣象學). Evaporation(蒸發). 取於 2006-10-24.
  5. ^ Dr. Art's Guide to Planet Earth (Dr. Art對地球的指南). The Water Cycle(水循環). 页面存档备份,存于互联网档案馆 取於 2006-10-24.
  6. ^ Arctic Climatology and Meteorology(北極風土學和氣象學). Sublimation(昇華). 取於 2006-10-24.
  7. ^ Arctic Climatology and Meteorology(北極風土學和氣象學). Advection(移流). Retrieved on 2006-10-24.
  8. ^ Arctic Climatology and Meteorology(北極風土學和氣象學). Condensation(凝結). 取於 2006-10-24.
  9. ^ Environmental Literacy Council (環境知識委員會). Water Cycle(水循環). 互联网档案馆存檔,存档日期2004-05-17. 取於 2006-10-24.
  10. ^ 10.0 10.1 PhysicalGeography.net. CHAPTER 8: Introduction to the Hydrosphere.(第八章:水圈簡介) 取於 2006-10-24.
  11. ^ Intergovernmental Panel on Climate Change(政府間在氣候變化討論小組). Climate Change 2007: The Physical Science Basis, WG1 Summary for Policymakers(氣候變化2007:物理為本,WG1總結給政府決策人員) 互联网档案馆存檔,存档日期2007-11-14.
  12. ^ U.S. Geologic Survey. GLACIER RETREAT IN GLACIER NATIONAL PARK, MONTANA. 取於 2006-10-24.
  13. ^ Science at NASA(美國國家航空和太空總署的科學研究). NASA Oceanography: The Water Cycle(水循環). 取於 2006-10-24.
  14. ^ The Environmental Literacy Council(環境知識委員會). Biogeochemical Cycles(生態系統的物質循環). 取於 2006-10-24.
  15. ^ The Environmental Literacy Council(環境知識委員會). Phosphorus Cycle(磷循環). 取於 2006-10-24.
  16. ^ NASA's Earth Observatory(美國國家航空和太空總署地球觀測所). The Carbon Cycle(碳循環). 取於 2006-10-24.