自然环境系统学自然地理 (10).pdf

地球上的水地球上的水地球水圈的总水量约为13.6亿km3（具体地说，1359 208 000km3）。科学证据表明：地球上的许多水来源于冰彗星以及小行星组成的氢氧碎片，地球就是由这些小行星合并而形成的。2007年，太空轨道上运行的斯皮策太空望远镜，在离地球1000光年的一个星系中，首次观察到行星形成时产生的水汽和冰。这一发现证明宇宙中存在丰富的水。在一颗行星的形成过程中，水从行星内部向表面迁移并释放水汽。释气作用释气作用是一个持续过程。水和水汽从距地表25km以下的地层深处或地壳下面，通过水汽释放溢出地表。全世界有许多这样的地方，图1和图2展示了冰岛和美国怀俄明州的相关情况。图图1 地壳中释放的水汽地壳中释放的水汽1注：地热区域从地壳中溢岀的水汽：2010年冰岛西南端，埃亚菲亚德拉冰盖的火山喷发。图图2 地壳中释放的水汽地壳中释放的水汽2注：美国怀俄明州黄石国家公园，在游览步道上看到的水汽热力特征、钙华沉积和热矿泉。地球早期大气中，释放的大量水汽凝结，并以大暴雨的形式降落到地面。由于水滞留于地球表面，所以陆地温度下降至沸点（100）以下，这些大约发生于38亿年前。地球表面上的最低洼处开始积水先形成池塘大小的尺度，再形成湖泊和海，最后形成庞大的大洋。巨大的流水冲刷着地球表面，把溶解的和未溶解的固体物质冲刷至早期的海洋中。水汽释放从未停歇。在火山喷发、热喷泉中，人们均可见到水汽渗溢出地表的现象。1.全球水量平衡全球水量平衡目前，水是地球表面最常见的化合物。大约20亿年前，水就已经达到了现在的体积。在水圈系统中，尽管水不断地散失，1但水量仍保持相对恒定。水可分解为氢气和氧气，如果其中的氢气挣脱地球引力进入太空或分解后的气体与其他元素形成新的化合物时，这部分水就消失了。由于水圈系统中的原始水并非存在于地表，而是来源于地壳内部，所以它能够弥补水圈系统中散失的水分。水的这种输入和输出，最终使地球上水圈水量处于稳定的平衡状态。尽管水的总量保持净平衡，但是全球海平面确实发生着变化。海面升降海面升降(eustasy)这一概念用于描述全球海平面的升降状况。海平面变化与海水体积相关，可是地球上的总水量并未改变。海面变化的一部分原因是冰川和冰盖所储存的水量发生了变化，即：冰川性海面升降冰川性海面升降(glacio-eustatic factors)。在寒冷期，大量的水储存于冰川（山区和高纬度地区）和冰盖中（格陵兰和南极洲），从而导致海平面降低。在温暖期，冰储存的水量减少了，从而造成海平面上升。距今最近的冰期大约发生于1.8万年前，当时海平面比现在低100多米；4万年前的海平面比现在低150m。过去100年来，全球海平面平均上升了2040cm,而且目前上升速度仍在加快。这是气温变暖导致冰体融化加速和海水热膨胀的结果。地壳均衡说是指陆块实际发生的垂直物理运动，例如大陆的抬升或沉降。相对于海岸环境来说，这种地形升降变化可导致明显的海面变化。7.1.2当今地球上的水量分布从地理学角度看，地球表面的海陆分布不均匀。地球大部分陆地集中于北半球，而海洋集中于南半球。若从特定角度来看，地球呈现为一个水半球和一个陆半球（图3）。图图3 陆半球和水半球透视图陆半球和水半球透视图图4给出了当前地球上所有液态水和固态水(包括淡水和咸水)的分布比率。海洋占地球总水量的97.22%图4(a)。图中列表对四大洋太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋进行了详细说明。环绕南极大陆的是“南大洋”，它由太平洋、大西洋和印度洋的最南端部分组成。在五个大洋中，南大洋的面积位列第四；由于其缺少精确边界，表中把它合并在三个大洋中。陆地水(非海水)仅占地球总水量的2.78%。如图4(b)中的饼状图和表1所示，陆地水包括地表水和地下水。冰盖和冰川是地表最大的陆地淡水储存库，占地球陆地总水量的77.14%；若再算上地下水和冻结的地表水，合计共占陆水总量的99.36%。其余的陆地水滞留于湖泊、河川和溪流之中，实际上这部分水量还不到陆地水总量的1%图4(c)。全球淡水湖总水量为12.5万km3,有80%的水量集中在40个最大湖泊中，其中7个湖泊的水量就占50%左右（表1）。图图4 地球上海水和陆地水的分布比例地球上海水和陆地水的分布比例2 表表1 地球陆地水的水量分布地球陆地水的水量分布俄罗斯西伯利亚的贝加尔湖是水量最大的湖泊。它形成于两千五百万年前；其水量几乎相当于北美五大湖的总水量。非洲坦喝尼喀湖的湖水容量位列世界第二，其次是五大湖。总体而言，70%的湖泊水量分布于北美、非洲和亚洲，另外大约1/4的湖水散布于世界上数不胜数的湖泊之中。仅美国阿拉斯加州就有300多万个湖泊，加拿大的湖泊面积超过750km2。咸水湖和内陆咸海与海洋相隔离。它们通常分布于内陆河流域（无出海口）。由于湖水不断蒸发，伴随时间的推移，湖水盐分浓缩升高。这些咸水湖和内陆咸海的水量总计为10.4万km3。例如，美国犹他州的大盐湖（图5）、加利福尼亚州的莫诺湖、亚洲西部的里海和咸海、以色列与约旦之间的死海。3图图5 大盐湖大盐湖咸水湖泊咸水湖泊注：大盐湖是博纳维尔古湖泊的残留湖，该湖泊的水量除蒸发外并无排水出口。1.8万年前，博纳维尔湖的面积达到最大；古湖岸线曾延伸到内华达州东部、犹他州北部和爱达荷州南部；科学家正在对湖盆的古湖岸线进行研究。想象一下，大气中的全部水分以及地球上的所有河流和小溪，它们的水量加在一起只有1.425km3,仅占陆地水量的0.033%；或者说仅占地球总水量的0.0011%。然而，这部分水量是动态水量。一个水分子，在不到两周的时间内，就可从大气降落至地面，再变成地表水，至此完成了一次完整的水文循环（海洋-大气-降雨-径流）。与此形成对比的是深海环流中的地下水或冰川中的水分子，它们的移动速度十分缓慢，需要数千年才能完成水圈系统的循环。4