水圈的构成是怎样形成的

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水圈(Hydrosphere),地质学专业术语,是地球中作用最为活跃的一个圈层,也是一个连续不规则的圈层。它指地壳表层、表面和围绕地球的中存在着的各种形态的水,包括液态、气态和 固态的水。
水圈的主体是世界大洋,其面积占全球面积的约71%。陆地上的湖泊、河流、沼泽、冰川、地下水,甚至矿物中的水都是水圈的组成部分。可见,水是地球表面分布最广泛的物质。同时,水也是地表最重要的物质和参与地理环境物质能量转化的重要因素。水分和能量的不同组合使地球表面形成了不同的自然带、地带和自然景观类型,水溶解岩石中的营养物质,为满足生物需要创造了前提。水分循环不仅调节气候、净化大气,而且几乎伴随一切自然地理过程促进地理环境的发展与演化。
水圈地球水源
地球上的总水量约1.36×109立方千米,其中海洋占97.2%,覆盖了地球表面积的71%。地表水约2.3×105立方千米,其中淡水只有一半,约占地球总水量的万分之一。地下水总量8.4
0×106立方千米。大气中水量为1.3×104立方千米。地球上的水以、液态和固态三种形式存在于、地表和地下,这些水不停地运动着和相互联系着,以的方式共同构成水圈。
它与大气圈、和地球内圈的相互作用,直接关系到影响人类活动的表层系统的演化。水圈也是的主要介质,是塑造地球表面最重要的角色。如沟谷、河谷、都是的作用形成;溶洞、、石峰等都是流水作用形成。
水圈储存形式
液态和固态水体所覆盖的。水圈中的水可达大气顶部,下界至的下限。包括大气中的水汽、地表水、、地下水和生物体内的水。各种水体参加大小,不断交换水量和热量。水圈中大部分水以液态形式储存、河流、湖泊、水库、及土
壤中;部分水以固态形式存在于极地的广大冰原、冰川、积雪和冻土中;水汽主要存在于大气中。三者常通过热量交换而部分相互转化。
水圈水循环
地球表面的水是十分活跃的。海洋蒸发的水汽进入大气圈,经气流输送到大陆、凝结后降落到地面,部分被生物吸收,部分为地下水,部分成为地表。和大部分回归海洋。水在中不断释放或吸收热能,调节着地球上各层圈的能量,还不断地塑造着地表
的形态。水圈中的地表水大部分在河流、湖泊和土壤中进行重新分配,除了回归于海洋的部分外,有一部分比较长久地储存于内陆湖泊和形成冰川。这部分水量交换极其缓慢,周期要几十年甚至千年以上。从这些水体的增减变化,可以估计出海陆间水热交换的强弱。大气圈中的水分参与水圈的循环,交换速度较快,周期仅几天。由于,使地球上发生复杂的天气变化。海洋和大气的水量交换,导致热量与能量频繁交换,交换过程对各地天气变化影响极大。各国极其关注海-气相互关系的研究。中的生物受洪、涝、干旱影响很大,生物的种群分布和聚落形成也与水的时空分布有极密切的关系。随水的丰缺而不断交替、繁殖和死亡。大量植物的也促进了水分的循环。水在大气圈、生物圈和之间相互置换,关系极其密切,它们组成了地球上各种形式的系统,形成千姿百态的。
水圈形成过程
太阳系八大行星之中只有地球是被液态水所覆盖的星球。地球上水的起源在学术上存在很大的分歧,有几十种不同的水形成学说。有观点认为在地球形成初期,中的氢、氧化合成水,水蒸气逐步凝结下来并形成海洋;也有观点认为,形成地球的星云物质中原先就存在水的成分。
大气圈和水圈起源
另外的观点认为,中硅酸盐等物质受火山影响而发生反应、析出水分。也有观点认为,被地球吸引的彗星和陨石是地球上水的主要来源,甚至地球上的水还在不停增加。
地球刚刚诞生的时候,没有河流,也没有海洋,更没有生命,它的表面是干燥的,大气层中也很少有水分。地球是由分化出来的聚合而成的,它的基本组成有氢气和以及一些尘埃。固体尘埃聚集结合形成地球的内核,外面围绕着大量气体。地球刚形成时,结构松散,质量不大,引力也小,温度很低。后来,由于地球不断收缩,内核放射性物质产生能量,致使地球温度不断升高,有些物质慢慢变暖熔化,较重的物质,如、等聚集在中心部位形成,最轻的物质浮于地表。随着地球逐渐降低,地表开始形成坚硬的地壳。但因地球内部温度很高,就非常激烈。爆发十分频繁,地壳也不断发生变化,有些地方隆起形成山峰,有的地方下陷形成低地与山谷,同时喷发出大量的气体。由于地球体积不断缩小,引力也随之增加,此时,这些气体已无法摆脱地球的引力,从而围绕着地球,构成了“大气”。由多种成分组成,便是其中之一。
组成原始地球的固体尘埃,实际上就是衰老了的星球爆炸而成的大量碎片,这些碎片多是无机盐之类的东西,在它们内部蕴藏着许多水分子,即所谓的。结晶水合物里面的在地球内部高温作用下出来就变成了水蒸气。喷到空中的水蒸气达到饱和时便冷却成云,变成雨,落成地面上,聚集在低洼处,逐渐积累成湖泊和河流,最后汇集到地表最低区域形成海洋。
地球上的水在开始形成时,不论湖泊或海洋,其水量不是很多,随着地球内部产生的水蒸气不断被送入大气层,地面水量也不断增加,经历几十亿年的地球演变过程,最后终于形成我们现看到的江河湖海。
水圈人体组成
水是人类生活中不可缺少的物质,人类为了维持生命,必须喝水和从食物中得到必要的水分。一个成年人体内水的总量占总体重的65%~70%。人体内的水主要存在于血液、淋巴和细胞中,人的血液与有着千丝万缕的联系。人的器官和组织中都有水:心、肺、肾中约占80%,骨骼中平均占30%,牙齿珐琅质中占0.3%。在人体中的生物液体,唾液、胃液、尿中占95%~99%。
水圈相互影响
人类大规模的活动对水圈中水的运动过程有一定的影响。大规模的砍伐森林、大面积的荒山植林、大流域的调水、大面积的排干、大量抽用地下水等,都会促使水的运动和交换过程发生相应变化,从而影响地球上的过程和的组成。人类的经济繁荣和生产发展也都依赖于水。如水力发电、灌溉、航运、渔业、工业和城市的发展,无不与水息息相关。
伍光和,王乃昂,胡双熙,田连恕,张建明.自然地理学:高等教育出版社,2007:35-37
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水是怎么形成的?
关于水的起源的认识仍存在很大的分歧,目前在约有32种关于水的形成的学说。这里简述几种主要学说。一种学说认为在地球形成之前的初始物质中存在一种H2O分子的原始星云,类似于现在平均含水0.5%的陨石,地球形成后降到地球上,从而使地球上有了水。 另一种学说认为在地球形成后才有形成水的原始元素(氢和氧)。氢与氧在适宜的条件下化合。生成羟基(OH)。羟基再经过复杂的变化,形成水(H2O)。 荷兰的天文学家奥特认为,地球上的主要来源是我们这颗行星的内部的岩石圈的上地幔。岩石圈的物质一半是由硅组成,其中硅酸盐和水分。这些岩石在一定的温度和适宜的条件下(如火山爆发)脱水,从而形成了地球的水。美国学者肯尼迪等认为岩石在熔化中完全混合时,含有硅酸盐75%,含水25%。在地球形成初期,火山爆发频繁,从而加快了地球水的形成。由于地球内部的高温,地球的水还在增加。在研究中,有资料表明,大洋面近1000年内上升了1.3m。不过近几十年海洋水面快速升高可能主要由于全球气候变暖造成。
采纳率:70%
水 水(H2O)是由氢、氧两种元素组成的无机物,在常温常压下为无色无味的透明液体。水是最常见的物质之一,是包括人类在内所有生命生存的重要资源,也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。人类很早就开始对水产生了认识,东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种基本的组成元素,水是中国古代五行之一;西方古代的四元素说中也有水。
水在常温常压下为无色无味的透明液体。在自然界,纯水是罕见的,水通常多是酸、碱、盐等物质的溶液,习惯上仍然把这种水溶液称为水。纯水可以用铂或石英器皿经过几次蒸馏取得,当然,这也是相对意义上纯水,不可能绝对没有杂质。水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的物质。固态的水称为冰;气态叫水蒸汽。水汽温度高于374.2℃时,气态水便不能通过加压转化为液态水。
在20℃时,水的热导率为0.006 J/s·cm·K,冰的热导率为0.023 J/s·cm·K,在雪的密度为0.1×103 kg/m3时,雪的热导率为0.00029 J/s·cm·K。水的密度在3.98℃时最大,为1×103kg/m3,温度高于3.98℃时,水的密度随温度升高而减小 ,在0~3.98℃时,水不服从热胀冷缩的规律,密度随温度的升高而增加。水在0℃时,密度为0.9 kg/m3,冰在0℃时,密度为0. kg/m3。因此冰可以浮在水面上。
水的热稳定性很强,水蒸气加热到2000K以上,也只有极少量离解为氢和氧,但水在通电的条件下会离解为氢和氧水。具有很大的内聚力和表面张力,除汞以外,水的表面张力最大,并能产生较明显的毛细现象和吸附现象。纯水有极微弱的导电能力,但普通的水含有少量电解质而有导电能力。
水本身也是良好的溶剂,大部分无机化合物可溶于水。
在-213.16℃,水分子会表现出现厌水性。[1]
地球是太阳系九大行星之中唯一被液态水所覆盖的星球。地球上水的起源在学术上存在很大的分歧,目前有几十种不同的水形成学说。有观点认为在地球形成初期,原始大气中的氢、氧化合成水,水蒸气逐步凝结下来并形成海洋;也有观点认为,形成地球的星云物质中原先就存在水的成分。另外的观点认为,原始地壳中硅酸盐等物质受火山影响而发生反映、析出水分。也有观点认为,被地球吸引的彗星和陨石是地球上水的主要来源,甚至现在地球上的水还在不停增加。
水和水体的作用
对气候的影响
水对气候具有调节作用。大气中的水汽能阻挡地球辐射量的60%,保护地球不致冷却。海洋和陆地水体在夏季能吸收和积累热量,使气温不致过高;在冬季则能缓慢地释放热量,使气温不致过低。
海洋和地表中的水蒸发到天空中形成了云,云中的水通过降水落下来变成雨,冬天则变成雪。落于地表上的水渗入地下形成地下水;地下水又从地层里冒出来,形成泉水,经过小溪、江河汇入大海。形成一个水循环。
雨雪等降水活动对气候形成重要的影响。在温带季风性气候中,季风带来了丰富的水气,形成明显的干湿两季。
此外,在自然界中,由于不同的气候条件,水还会以冰雹、雾、露水、霜等形态出现并影响气候和人类的活动。
对地理的影响
地球表面有71%被水覆盖,从空中来看,地球是个蓝色的星球。水侵蚀岩石土壤,冲淤河道,搬运泥沙,营造平原,改变地表形态。
地球表层水体构成了水圈,包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气中的水。由于注入海洋的水带有一定的盐分,加上常年的积累和蒸发作用,海和大洋里的水都是咸水,不能被直接饮用。某些湖泊的水也是含盐水。世界上最大的水体是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。欧亚大陆上的里海是最大的咸水湖。
地球上水的体积大约有 1 360 000 000 立方公里. 当中
海洋占了的1 320 000 000立方公里(或97.2%)。
冰川和冰盖占了25 000 000立方公里(或1.8%)。
地下水占了13 000 000立方公里(或者0.9%)。
湖泊,内陆海,和河里的淡水占了250 000 立方公里(或0.02%)。
大气中的水蒸气在任何已知的时候都占了13 000立方公里(或0.001%)。
对生命的影响
地球上的生命最初是在水中出现的。水是所有生物体的重要组成部分。人体中水占70%;而水母中98%都是水。水中生活着大量的水生植被等水生生物。
水有利于体内化学反应的进行,在生物体内还起到运输物质的作用。 水对于维持生物体温度的稳定起很大作用。
不同的学科对水有着一些不同的称呼:
根据水质的不同,可以分为:
软水:硬度低于8度的水为软水。
硬水:硬度高于8度的水为硬水。硬水会影响洗涤剂的效果,硬水加热会有较多的水垢。
饮用水根据氯化钠的含量,可以分为:
咸水 此外还有:
生物水:在各种生命体系中存在的不同状态的水。
土壤水:贮存于土壤内的水
地下水:贮存于地下的水
超纯水:纯度极高的水,多用于集成电路工业
结晶水:又称水合水。在结晶物质中,以化学键力与离子或分子相结合的、数量一定的水分子。
重水的化学分子式为D2O,每个重水分子由两个氘原子和一个氧原子构成。重水在天然水中占不到万分之二,通过电解水得到的重水比黄金还昂贵。重水可以用来做原子反应堆的减速剂和载热剂。
超重水的化学分子式为T2O,每个重水分子由两个氚原子和一个氧原子构成。超重水在天然水中极其稀少,其比例不到十亿分之一。超重水的制取成本比重水还要高上万倍。
氘化水的化学分子式为HDO,每个分子中含一个氢原子、一个氘原子和一个氧原子。用途不大。
与水相关的化学反应
水的电离与溶液pH值
水是一种极弱的电解质,它能微弱地电离: H2O+H2O??H3O++OH- 通常H3O+简写为H+
水的离子积 Kw=[H+][OH-]
25度时,Kw=1×10-14
pH=-log10([H+])
pH&7,溶液为酸性,pH=7,溶液为中性,pH&7,溶液为碱性。
能溶于水的酸性氧化物或碱性氧化物都能与水反应,生成相应的含氧酸或碱。酸和碱发生中和反应生成盐和水。水在电流的作用下能够分解成氢气和氧气。碱金属和水接触会发生燃烧。
在催化剂的作用下,无机物和有机物能够与水进行水解反应:
有机物的水解:有机物分子中的某种原子或原子团被水分子的氢原子或羟基(-OH)代换,例如乙酸甲酯的水解:
无机物的水解:通常是盐的水解,例如弱酸盐乙酸钠与水中的H+结合成弱酸,使溶液呈碱性:
此外,水本身也可以作为催化剂。
淡水短缺问题与对策
地球上水总储量约为1.36x1018m3,但除去海洋等咸水资源外,只有2.5%为淡水。淡水又主要以冰川和深层地下水的形势存在,河流和湖泊中的淡水仅占世界总淡水的0.3%。
世界气象组织于1996年初指出:缺水是全世界城市面临的首要问题,估计到2050年,全球有46%的城市人口缺水。对于水资源稀少的地区来说,水已经超出生活资源的范围,而成为战略资源,由于水资源的稀有性,水战争爆发的可能性越来越高。
为让全世界都关心淡水资源短缺的问题,第47届联合国大会确定每年3月22日为世界水日。
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水滴扬起水在科学、哲学、宗教、文学、美术、体育、神话等中都有所体现。
水是人类生活的重要资源,特别是农业需要大量水进行灌溉,人类文明的起源大多都在大河流域。早期城市一般都在水边建立,以解决灌溉、饮用和排污问题。在人类日常生活中,水在饮用、清洁、洗涤等方面的作用不可或缺。
随着科学技术的发展,人们兴修水利,与水涝害和洪水等自然灾害作斗争。因此形成了一些专门与水有关的研究领域,如水力学,水文科学,水处理等,甚而产生了以水为生的产业水产业。
工业生产和化工生产大量使用这种廉价的原料。但未经处理的废水的任意排放就会造成水污染。为了解决这一问题,污水的处理就变得十分必要。 (见水污染和污水处理。)
古代世界观中的水
在文明的早期,人们开始探讨世界各种事物的组成或者分类,水在其中扮演了重要角色。古代西方提出的四元素说中就有水;佛教中的四大也有水;中国古代的五行学说中水代表了所有的液体,以及具有流动、润湿、阴柔性质的事物。
在人类的童年时期,对于水兼有养育与毁灭能力、不可捉摸的性情,产生了又爱又怕的感情,产生了水崇拜。通过赋予水以神的灵性,祈祷水给人类带来安宁、丰收和幸福。
中国传统上的龙王就是对水的神格化。凡有水域水源处皆有龙王,龙王庙、堂遍及全国各地。祭龙王祈雨是中国传统的信仰习俗。
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