地球上的水

那是一種無色無味的化合物，性質(zhì)極為多變，一般情況下比較溫和，但有時(shí)候一下子可以致命。它可以灼傷你，也可以凍壞你，這取決于它處于什么狀態(tài)。我們把這東西稱之為水。

哪里都有水。一個(gè)馬鈴薯80％是水，一頭牛74％是水，一個(gè)細(xì)菌75％是水。一個(gè)西紅柿95％是水，幾乎全是水。連人也65％是水，因此我們身上的液體和固體之比差不多是2:1。水是一種古怪的東西。它沒有形狀，晶瑩透明，然而，我們渴望待在它的身邊。它沒有味道，我們卻愛嘗嘗它的味道。我們千里迢迢，花上好多的錢，就是為了去看一眼它在陽光下閃耀的情景。盡管我們知道它很危險(xiǎn)，每年要淹死成千上萬個(gè)人，我們還是迫不及待地要去水里泡一泡。

由于水是無處不在的，因此我們往往不在意它是一種極不尋常的物質(zhì)。它的身上幾乎沒有哪一點(diǎn)可以用來對別的液體的性質(zhì)進(jìn)行可靠的推測，反之亦然。要是你對水一無所知，以化學(xué)上跟水近似的化合物——尤其是硒化氫或硫化氫——的表現(xiàn)來進(jìn)行假設(shè)，你就會(huì)指望水在零下93攝氏度沸騰，在室溫下變成氣體。

大多數(shù)液體會(huì)冷縮大約10％。水也是，但只是冷縮到一定程度。快要達(dá)到冰點(diǎn)的時(shí)候，水就開始——有悖常情地、很有意思地、不可思議地——膨脹。等它變成固體的時(shí)候，它的體積差不多比原先大了10％。由于水結(jié)冰的過程是膨脹的，所以冰塊浮在水上，這是“一種極其古怪的特性”。要是水沒有這種反常而又美好的性質(zhì)，冰塊會(huì)往下沉，湖泊和海洋會(huì)從底部往上結(jié)冰。要是沒有表面的冰層保護(hù)內(nèi)部的熱量，水的熱量會(huì)釋放出去，使水變得更涼，形成更多的冰塊。過不多久，連海洋也會(huì)結(jié)冰，而且?guī)缀蹩隙ǎＱ髸?huì)在很長時(shí)間里保持那種狀態(tài)，很可能是永遠(yuǎn)——這樣的條件幾乎不會(huì)孕育生命。謝天謝地，水似乎不知道化學(xué)法則或物理學(xué)原理。

大家知道，水的化學(xué)分子式是H₂O，這意味著，水是由一個(gè)較大的氧原子和兩個(gè)較小的、連著氧原子的氫原子組成的。氫原子死死地抓住其主子氧原子不放，而且與別的水分子的黏合也很隨便。因此，它仿佛在與別的水分子一起跳舞，短時(shí)間里配成一對，接著又往前移動(dòng)，就像跳方陣舞那樣不斷地變換舞伴。一杯水也許看上去缺少生氣，但里面的每個(gè)分子都在變換舞伴，每秒要變換幾十億次。這就是為什么水分子能黏合在一起形成水坑和湖泊的原因，但又沒有黏合到密不可分的程度。這一點(diǎn)你只要跳進(jìn)一個(gè)水塘就會(huì)知道。在任何時(shí)候，實(shí)際上只有15％的水分子是互相接觸的。

在一定意義上，這種黏合是非常牢固的——所以，水分子可以通過吸管流往高處，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩上的小水滴會(huì)與伙伴們形成水珠。這也是水有表面張力的原因。表面的分子對于其下面和左右的分子的吸引力，要比對于上面空氣里的分子的吸引力強(qiáng)大。于是，就產(chǎn)生了一層堅(jiān)固的薄膜，昆蟲可以停在上面，你也可以用石子玩打水漂。它還對跳水起著支托作用。

幾乎用不著指出，沒有水，就沒有我們。沒有了水，人體會(huì)迅速散架。有一篇報(bào)道說，不出幾天，嘴唇會(huì)消失，“像是被割去了似的，齒齦會(huì)發(fā)黑，鼻子會(huì)縮成原先的一半長，眼睛周圍的皮膚會(huì)縮到無法眨眼睛的程度”。水對我們來說太重要了，因此我們不容易注意到，地球上絕大部分的水對我們來說都是有毒的——而且毒得厲害，因?yàn)槔锩婧宣}。

有鹽我們才能活下去，但只要很小的量。海水里含鹽量太大——大了大約70倍——我們無法平安無事地將其新陳代謝。1升海水里只含有大約2.5茶匙普通的鹽——我們?nèi)鲈谑澄锷系哪欠N鹽，但還含有大量的其他元素、化合物和別的已經(jīng)溶解的固體，這一些通稱為鹽。鹽和礦物質(zhì)在我們肌體組織里的比例，與在海水里的比例也差不多，我們出的汗是海水，流的淚是海水。但是，說來也怪．我們卻無法忍受外來的鹽。要是把大量鹽攝人自己體內(nèi)，你的新陳代謝很快會(huì)陷入危機(jī)。每個(gè)細(xì)胞里的水分子都會(huì)匆匆離去，像是許多志愿消防員急著要去稀釋和沖走突然增加的鹽分那樣。結(jié)果，細(xì)胞嚴(yán)重缺水，無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。簡而言之，細(xì)胞脫水了。在極端情況下，脫水會(huì)造成疾病發(fā)作、昏迷和大腦損傷。與此同時(shí)，勞累過度的血細(xì)胞會(huì)把鹽輸送到肝臟，最后肝臟會(huì)負(fù)擔(dān)過重，停止運(yùn)轉(zhuǎn)。要是肝臟不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，你就會(huì)死去。這就是你不能飲用海水的原因。

地球上有13億立方公里水，這是全部。系統(tǒng)已經(jīng)關(guān)閉，說得明白一點(diǎn)，再也不會(huì)增加，再也不會(huì)減少。你喝的水，自地球形成之初起就在這里忙碌。38億年以前，海洋(至少大體上)已經(jīng)達(dá)到現(xiàn)在的規(guī)模。

水域被稱之為水圈，它的絕大部分是海洋。地球上97％的水都在海里，太平洋占了較大部分。太平洋的面積比所有的陸塊加起來還大。總的來說，太平洋占所有海水的一半以上(51.6％)，大西洋占23.6％，印度洋占21.2％，其他所有的海洋加起來只占3.6％。海洋的平均深度為3.86公里，太平洋平均要比大西洋和印度洋深大約300米。這顆行星60％的表面都是深度在1.6公里以上的海洋。我們這顆行星不該叫做地球，而該叫做水球。

地球上只有3％的水是淡水，主要以冰原的形式存在。只有一丁點(diǎn)兒淡水——0.036％——存在于湖泊、河、流和水庫之中，更小的一部分——只有0.001％——存在于云團(tuán)，或以水蒸氣的形式存在。地球上將近90％的冰在南極洲；剩下的主要在格陵蘭。要是你去南極，你會(huì)站在3公里多厚的冰上，而在北極只有4.6米厚。僅南極洲就有2500萬立方公里的冰——要是全部融化的話，足以使海洋升高60米。但是，即使大氣層里所有的水都變成雨落下來，均勻地落在各地，海洋只會(huì)加深2厘米。

順便說一句，海平面幾乎完全是個(gè)理論概念。海根本不是平的。由于潮水、海風(fēng)、科里奧利力以及別的作用，各個(gè)海洋的水位差異甚大，即使同一海里的水位也不盡一樣。太平洋的西部邊緣高出大約45厘米——這是地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力造成的結(jié)果。要是你拉動(dòng)一盆水，水會(huì)朝另一端流動(dòng)，好像不愿意跟你去似的。由于同樣的道理，地球自西向東的自轉(zhuǎn)會(huì)使海水涌向海洋的西緣。

大海自古以來就對我們十分重要。因此，科學(xué)界在很長的時(shí)間里沒有對大海產(chǎn)生興趣，這是很引人注目的。直到進(jìn)人19世紀(jì)，我們對海洋的認(rèn)識(shí)仍然源于沖上海灘的東西或者漁網(wǎng)里打撈到的東西。幾乎所有的文字材料都是以趣聞軼事和假說，而不是以實(shí)際的證據(jù)為基礎(chǔ)的。19世紀(jì)30年代，英國博物學(xué)家愛德華·福布斯勘察了大西洋和地中海各處的海床，宣布在600米以下的深處根本沒有生命。這似乎是一種合乎情理的假設(shè)。在那個(gè)深度，沒有光，因此就沒有植物；而且，據(jù)知在那個(gè)深度壓力極大。所以，1860年，當(dāng)從3公里多深的水下拖起一根首批橫穿大西洋的電纜進(jìn)行維修，發(fā)現(xiàn)上面結(jié)著厚厚的一層珊瑚、蛤蜊和其他小生物的時(shí)候，大家真的有點(diǎn)吃驚。