地球上的水循环和水量平衡

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1、第一章 地球上的水循环和水量平衡,第一章 地球上的水循环和水量平衡,第一节 地球上水的性质与分布 第二节 水循环概述 第三节 水量平衡,第一节 地球上水的性质与分布,一、水分子的结构 二、水的三态与水温 三、透明度与水色 四、水的热学性质 五、水的分布,一、水分子的结构,水具有不同于一般物质的分子结构，使水在自然界和生物体内，表现出某些独特的效应与作用。,每个水分子（H2O）都由一个氧原子和两个氢原子组成。 水分子的键角为10431 ，形成等腰三角形。由于氧原子对电子的吸引力比氢原子大得多，所以在水分子内部，电子就比较靠近氧原子。 这样，电子就有在氧原子周围相对集中的趋势，形成较浓厚的电子云，

2、掩盖了原子核的正电核。,所以，在氧原子一端显示出较强的负电荷作用，形成负极；相反，在氢原子周围，电子云相对稀薄，于是显示出原子核的正电核作用，形成正极，使水分子具有极性结构。 因此，在自然界，水不完全是单水分子，而更多的情况下是水分子的聚合体。水分子聚合体包括：单水分子(H2O)，双水分子(H2O)2、三水分子(H2O)3 。,二、水的三态与水温,地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在，在常温条件下三相可以互相转化，这也是自然界水循环的基础。 在一个标准大气压下，纯水0为冰点，100为沸点。 0以下为固体，0100为液体，100以上为气体。,三、透明度与水色,（一）湖水的透明度与水色 （二）

3、海水的透明度与水色,（一）湖水的透明度与水色,1、湖水的透明度： 是指湖水能使光线透过的程度。 通常用透明度盘测定透明度。 湖水透明度有明显的时间变化规律。 浮游生物有垂直迁移现象，中午迁至水面以下，早晚浮至水面。,十分浑浊湖泊的透明度不足0.1m，而十分清澈的湖泊透明度可达40m以上，一般湖泊在0.210m内。 据实测资料，世界上湖泊最大透明度记录为41.6m，出现在日本的麾周湖。 贝加尔湖为40.5m。,新疆地区和青藏高原上的一些湖泊，因陆源腐殖质缺乏，浮游生物不多，一般透明度较大，如青海湖可达10m。,西藏玛法木错实测透明度为14m，是已调查湖泊中最大记录。,我国东部地区的淡水湖群，由于

4、湖底平浅，入湖来水、含沙量大，浮游生物繁茂，所以透明度均在23m以下，低的只有几十厘米。江苏洪泽湖为1040cm。,太湖透明度为1520cm。,2、湖水的水色： 水色，是指垂直方向上位于透明度一半深处，白色圆盘上所显现的湖水颜色。 为了统一标准，通常用水色计中事先配制好的标准色泽与湖水比较，以确定湖水的水色。 水色计中标准色泽共分21个等级，从浅蓝色到棕色，等级越大，水色越低。,水色取决于水对光线的选择吸收和选择散射的情况。 由于光线散射强度与光波频率的四次方成反比，即波长愈短，光愈容易被散射。 可见光中以蓝色波长较短，因此深度较大、清澈的湖水，常呈浅蓝色。 由于光线被湖水吸收和散射，又和湖水

5、中悬浮质、浮游生物、离子含量、腐殖质等有关，所以实际湖水呈现多种多样的水色。,如湖水中悬浮物质数量多，水呈蓝绿色或绿色，甚至呈黄色或褐色。 长江中下游地区淡水湖群，由于汛期时泥沙大量入湖，湖水常呈黄色或黄褐色，水色多为1316号。,浮游生物的大量繁殖不仅减少透明度，而且显著地改变水色，湖水可呈现绿色或蓝绿色，以至粉红色等多种色泽。 如含有多量的钙盐、铁盐、镁盐时，常呈黄绿色。 而腐殖质含量较多的湖泊，湖水常呈黄褐色。 湖水水色与透明度之间有着密切的关系。通常是透明度大，水色等级低；反之，透明度小，则水色等级高。,我国疆域辽阔，自然条件复杂多样，各地湖泊水色差异大。 青藏高原区湖泊，湖水较清澈，

6、透明度大，水色多呈青绿或浅蓝色，水色等级在39号之间； 东部平原地区大多数浅水湖泊，由于泥沙来量大，浮游生物繁茂，湖水较浑浊，透明度低，水色多呈黄绿或黄褐色，水色等级一般在1112号以上，甚至达到1819号。,此外我国还有少数湖泊的水色颇为特殊，如四川的新路海和新疆的乌伦古湖的部分水域呈乳白色。 至于不少遭污染的湖泊，其水色更为复杂多样。,（二）海水的透明度与水色,1、海水的透明度： 透明度是表示海水能见程度的一种指标，如前所述，以直径30厘米的白色圆盘投入水中的可见深度来表示。 海水颜色、悬浮物质、浮游生物、入海径流、天空云量等都对透明度有影响。,一般规律是低纬海区的透明度大，高纬海区透明度

7、小；暖流的透明度大，寒流透明度小。此外是愈近大陆透明度愈低。 如我国渤海黄河口处的透明度仅12m，黄海中部海区的透明度为l015m，到南海就增加到2030m。,渤海与黄海的分界线,而大洋的透明度可达4050m以上， 其中位于大西洋中部的马尾藻海，受大陆影响小，表层缺乏上涌海水带来的营养物质，浮游生物极少，盐度高，离子浓度大，海水运动不强烈，悬浮物质下沉得快，因而颜色最蓝， 透明度达66.5m，是世界上海水透明度的最高记录。,马尾藻海,2、海水的水色 海水水色是指阳光经过海水折射、散射以后的光谱色。 注意：它和日常所说的海面颜色是不同的。 通常用水色计来测定。,水色的高低，不仅取决于水的光学性质

8、，还与水中浮游生物及各种悬浮物的大小、数量和颜色有关，所以各海域的水色差别很大。 沿岸海水多呈绿、黄和棕色，部分原因便是由于生物丰富和河流带来泥沙所致。,清洁的大洋水显蓝色。 热带海域浮游生物少，水色高，多呈蓝色（12号），如黑潮呈墨蓝色； 温带、寒带多呈青蓝、青绿色（36号）； 极地海域水色低，多呈绿色（910号），如亲潮：几乎呈绿色。,红海的水温高、盐度大，适合蓝绿藻生存，其细胞里的藻红素把海面染成一片红色。透明度和水色关系密切，水色越高（号码小），透明度越大，水色越低（号码大），透明度越小。,四、水的热学性质,水的比热较之其它液体和固体的比热大。 水是所有固体和液体中热容量最大的物质之一

9、（仅比氢和铝的热容量小），能吸收相当多的热量而不损害其稳定性。 即，把水加热到某一温度，要比重量相同的其它物质加热到同一温度，需要更多的热量。（海陆增温冷却的差异）,水变成水汽或冰融成水都要吸收热量，水汽凝结和水结成冰都要放出热量，吸收和放出的热量是相等的，称为水的潜热。 水的融解和水的蒸发，其潜热均较其它液体为大，这与水分子结构有关。 因为热量不仅用于克服分子力，而且需用于双水分子和三水分子聚合体的分解上。,水的传热性比其它液体小，在20时的传热率为0.5987焦/米秒度； 冰的传热率为2.261焦/米秒度； 雪的传热率当密度等于0.1时，为0.0293焦/米秒度。,由于水的比热大、传热率小

10、，在天然水体中，封冻时，冰体缓缓增厚。我国北方，整个冬季冰厚仅能达11 .8米。只要水体有足够的深度，冰层下仍是液态的水。 如果冰上还覆盖有厚雪，则冰层厚度将更小。水的这种特性对自然界的水下生命具有特别重要的意义。,由于水的比热大、传热率很小，以及对于太阳辐射的透热性小，在平静的水体中，热能非常缓慢地透入深处，表层的水温略为升高。 同样，水体内部储蓄的热量在外界温度较低时也只能缓慢地传导出来。 因此，冬季水体下部的温度往往较气温为高。 水体是一个良好的储热器，它对周围环境又是一个良好的气候调节器。,自然界的水、河水、湖水、地下水和海水等的性质与纯水的性质是不相同的，因为自然界的水常含有各种溶解

11、质与悬移质。 例如地下水与海水，因含的溶解质较多，其比热就略小于纯水，且随着含盐度的增加而减小，冻结温度也较纯水低，最大密度也发生在低于4的情况下。 一般河流在枯水期，因地下径流占的比例大，故其冻结温度、最大密度和比热等也有相应的变化。,五、水的分布,水是地球上分布最广泛的物质之一。 它以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地表和地下，成为大气水、海水、陆地水，以及存在于所有动植物有机体内的生物水，组成了一个统一的相互联系的水圈。,地球上水的总储量为13.86亿立方千米，其中97.47%是咸水，包括海水、盐湖水和高矿化地下水。 淡水仅占总水量的2.53%，体积约为3502.9万立方千米，其中约

12、70%为固态水，储存在南北极和高山上，30左右为液态水，包括河水、湖泊淡水、地下淡水和大气水等。,海水分布 世界海洋的面积为3.613亿平方千米，占地球表面积的71。 海水的体积为13.38亿立方公里，占地球上总储水量的96.5，折合成水深可达3700米。 海水虽然是咸水，但它却是自然界“生产”淡水的水源。,地下水分布 地下水通常是指储存在地壳约10千米范围含水层中的重力水。 由于全球各地的地质构造、岩石条件等变化复杂，很难对地下水储量作出精确的估算，从已发表的数值来看，大小之间可差一个数量级。 现根据前苏联学者1974年所发表的研究成果，从地面至深达2公里的地壳内，地下水总储量为2340万立

13、方千米，占地球上总储水量的1.7，其中地下淡水的体积为1050万立方千米，占地球上淡水储量的30.1。,土壤水分布 土壤水是指储存在地表最上部约2米厚的土层内的水。 据调查土层的平均湿度为10，相当于含水深度为0.2米，如以陆地上土壤覆盖总面积8200万平方千米计算，那么土壤水的储量为16500立方千米。 占地球上总储水量的0.001，占淡水储量的0.05。,冰雪水分布 据估算，陆地上现代冰川的总面积超过1600万平方千米，总体积为2700万立方千米。 若以冰的密度为0.9克/立方厘米计算，折合液态水为2400多万立方千米，约为地表河流、湖泊总储水量的127倍，（总储水量第二位，淡水储量第一位

14、）因而素有“天然的固态水库”之称。,地下冰分布 地下冰是指多年冻土面下的固态水。 据估测世界多年冻土面积有2100万平方公千米，占陆地面积的14，绝大部分集中在欧洲东北部、亚洲的北部和东北部、加拿大及北极诸岛和格陵兰等地区。 地下冰常常呈脉层或成层分布。 按近似估算，地下冰的储水量大约有30万立方千米。 占地球上总储水量的0.222，占淡水储量0.86。,湖泊水分布 世界上大小湖泊多达数百万个，但是它们之间面积、容积相差十分悬殊。 据前苏联学者的研究，湖泊蓄水量主要集中于少数大湖，其中面积超过100平方公里的145个大湖的蓄水量为16.83万立方千米，占全球湖泊总储水量的95。 据此估算，全球

15、湖泊总储水量为17.64万立方千米，其中淡水有9.1万立方千米，占淡水储量0.26。（地表液态淡水第一位）,沼泽水分布 沼泽是一种特殊的水体，没有开阔的水域，它只是陆地上层土壤中含有大量停滞水分的过湿地段。 地球上沼泽的总面积约为268.2万平方千米，若按沼泽中平均含水95来计算，可得出地球上沼泽水的总量约为1l470立方千米。 占地球上总储水量的0.0008，占淡水储量0.03。,河水分布 由于河水不停地流动，所以很难确定地球上所有河流同一时刻储存的水量。 一般由河流的多年平均流量来计算河床的平均容水量，从而估算出全世界河床静贮水量有2120立方千米， 占地球上总储水量的0.0002%，占淡

16、水储量的0.006%。,生物水分布 是指生命有机体中所含的水分。 据研究，这部分水量约占生命物质重量的80%，而全球生物圈中生命物质的总量有14000亿吨左右，据此计算，全球生物水的总量为1120立方千米，占地球总储水量的0.0001%。,大气水分布 大气中的水分包括水汽、水滴和冰晶。 同一时刻大气中水分总量为12900立方千米，占世界储水总量的0.001%，占淡水储量的0.04%，如果这些水分全部凝结并均匀地落到地球表面，将形成25毫米厚的水层。 虽然量不多，但活动能力却很强，是云、雨、雪、雹、霰、雷、闪电的根源。,地球上的水，水平分布面积很广，垂直分布存在于大气圈、生物圈、岩石圈中，其水量非常丰富，所以地球有“水的行星”之称。,第二节 水循环概述,一、水圈 二、水循环基本过程 三、水循环的类型与层次结构 四、水体的更替周期 五、水循环的作用和效应,一、水圈,（一）水圈的结构水圈是基本连续但不规则的圈层。水可以通过的气、液、固3相转化，伸人到地球表层系统的每一处。同时，通过水循环把地球的其他各个圈层联系起来，在地表形成一个连续的圈层。但各处由于条件不同，水的形态和分布也不同，从而呈现出一种不规则的特点。,