水

地球上的水

在大約46億年前地球剛剛誕生的時候，地球上的水就已經存在了，如今它覆蓋了地球70％以上的表面。這么多的水是從哪兒來的?

直到今天，科學界一直存在著不同的看法。其中一種有代表性的說法認為，大約在50～55億年前，云狀宇宙微粒和氣態物質聚集在一起，形成了最初的地球。原始的地球，既無大氣，也無海洋，是一個沒有生命的世界。在地球形成后的最初幾億年里，由于地殼較薄，加上小天體不斷轟擊地球表面，地幔里的熔融巖漿易于上涌噴出。隨同巖漿噴出的還有大量的水蒸氣、二氧化碳，這些氣體上升到空中并將地球籠罩起來。水蒸氣形成云層，產生降雨。經過很長時間的降雨，在原始地殼低洼處，不斷積水，形成了最原始的海洋。經過水量和鹽分的逐漸增加，以及地質歷史的滄桑巨變，原始的海洋才逐漸形成如今的海洋。

地球上的水包括大氣水、地表水和地下水三大類，總儲量約近14億立方千米，其中，97.9％多為咸水，分布于海洋之中；而淡水，還不到2.1％。其中，占總儲量1.43％呈固態水被固結在地球兩極冰蓋、高山冰川和永久凍土底冰中，占0.6％的地下水埋藏在地殼中，江河湖水及大氣圈水等只占全球水總儲量的0.055％。參與全球水循環并可逐年更新，保持動態平衡的淡水儲量約占全球水總儲量的0.5％，可直接利用的淡水量僅占全球水總儲量的0.3％左右。

由于地球人口不斷增加，水污染越來越嚴重，水的功能逐漸退化，人均淡水占有量逐年減少。

世界氣象組織于1996年初指出：缺水是全世界面臨的緊迫問題；估計到2050年，全球將有46％的城市人口缺水。

對于水資源稀少的地區來說，水已經超出生活資源的范圍，而成為戰略資源。

由于水資源的稀有性、重要性，為爭奪水資源引發戰爭的可能性越來越高。

為了讓全世界都關心淡水資源短缺的問題，第47屆聯合國大會決定將每年的3月22日定為“世界水日”。

水的理化性質

水是氫和氧的化合物，水分子是由二個氫原子和一個氧原子組成的，化學式(H₂O)。在常溫、常壓下，水為無色無味的透明液體。自然界中的純水很罕見，通常多是含有酸、堿、鹽等物質的溶液，習慣上仍然把這種水溶液稱為水。

水與地球上的很多物質一樣，都有固態、液態和氣態三種物質存在形式。但與其它物質不同，水是自然界中唯一一種三態同時并存的物質。自然界中，高山頂部的積雪和極地的冰層都是固體狀態的水，海洋、河湖以及沼澤等都由液體狀態的水組成，而水分蒸發進入大氣則通過氣態水的形式進行。正因為如此，地球上不同狀態的水才可能互相轉換，形成循環。同時，這一轉換過程也造就了地球表面各種紛繁復雜的天氣和氣候現象。

水是地球上唯一一種固體密度低于液體密度的物質，它的這一特性對陸地生命來說有著極其重要的意義。如果冰的密度大于液態水的密度，兩極的巨大冰川將會全部沉入海底，全球海平面將會升高數百米，絕大部分陸地都將被海水淹沒，包括人類在內的陸上生物都將無家可歸。

水不服從熱脹冷縮的規律，水的密度隨溫度的升高而增加，水的比熱高于其他固體和液體的比熱。水具有較高的內聚力和表面張力，并能產生較明顯的毛細現象和吸附現象。純水有極微弱的導電能力，但普通的水因含有少量電解質(如礦物質、溶解大氣中二氧化碳形成的碳酸)而有較強的導電能力。水的蒸發熱高，1克水在37℃時完全蒸發：需吸收2260千焦爾或549千卡的熱量。對無汗腺動物在熱環境條件下，通過呼吸散熱，維持正常體溫，實為一種有效方法。

自然界的水不是以單一水分子的形式存在的，而是由若干水分子通過氫鍵作用而聚合在一起，形成水分子簇，俗稱“水分子團”。在多種作用下，水分子團結構呈現一種動態結合，即不斷有水分子加入某水分子團，又有水分子離開該水分子團。水分子團的大小與水的溫度、離子濃度、pH值、外界施加的能量都有很大的關系，如電場、磁場、聲波、射線、紅外線、壓力等，它們都會對水分子團結構變化有影響。水在3.98℃時，密度最大。而達到沸點時，僅有少數分子締合，大部分以單一分子形式存在。水的溫度越高，水的分子團越小。當外界影響(能量)撤離并持續一段時間后，由于氫鍵作用，又可能恢復到原來的分子團結構。

一個水分子由二個氫原子和一個氧原子構成，氧原子通過分別與兩個氫原子各形成一對共用電子對的方式結合成穩定的分子。但由于共用電子對明顯靠近氧原子一側，導致氧原子附近形成負電荷中心，氫原子附近形成正電荷中心，這種現象稱為水分子的極性。水的幾乎所有化學性質都與水分子的極性密切相關。

水的溶解能力很強，絕大部分無機物以及部分有機物都能被水溶解。我們日常生活中的泡茶、煲湯等行為，就是利用了水的溶解能力。當物質溶解于水時，離子化合物在水中發生電離，以離子態存在，這樣的溶液一般是透明的。當分子溶于水時，有些可以與水發生反應，形成新物質，這些新物質溶解于水中，或者這些分子直接填補水分子間的空隙。

動物機體內與細胞和組織中蛋白質結合的水，不能自由移動，即使冷卻到－30～－40℃，也不會結冰，但在特定條件下，遇到強冷過程或解凍不慎，則有細胞破裂和動物死亡的危險。

水對生命的影響

水是任何生物體都不可缺少的重要組成成分。各種生物的含水量有很大的不同。生物體的含水量一般為60％～80％，生活在海中的魚貝類有42％～85％是水，有些水生生物可達90％以上(如水母、蝌蚪等)。即使是生活在陸地上的植物，水分亦占了50％～75％。而在干旱環境中生長的地衣、卷柏和有些苔蘚植物僅含6％左右。同為生物的人類，在我們的身體中水分就占了60％左右。

生物的新陳代謝是以水為介質進行的，生物體內營養物質的運輸、廢物的排除、激素的傳遞以及生命賴以存在的各種生物化學過程，都必須在水溶液中才能進行，而所有物質也都必須以溶解狀態才能進出細胞。由于水可以透過蒸發而降低溫度，因此水對于維持生物體溫度的穩定起著關鍵作用。

水是植物光合作用制造有機物的原料，它還作為反應物參加植物體內很多生物化學過程。植物從土壤中吸收水分，直接關系到植物蒸騰作用和光合作用的進行。水還可以調節植物表面溫度，使植物不被驕陽灼傷。對陸生植物來說，失水是一個嚴重的問題。植物通過氣體交換的失水量，要比動物通過呼吸的失水量大700倍。沙漠中嚴重缺水，一般只生長仙人掌這種耐旱的植物。苔蘚植物只能生長在陰濕的地方，因為它的受精過程離不開水。不同的地方植被分布不同，水量充足的地方植被相對豐富，熱帶雨林植物種類最多，河邊、池塘邊水草豐盈。總之，植物的各項生理活動，都必須有水的參與，水是植物生存的物質條件，也是影響植物形態結構、生長發育、繁殖及種子傳播等重要生態因素。

水對氣候的影響

水對氣候具有調節作用。大氣中的水汽能阻擋60％的地球輻射量，保護地球不致冷卻。海洋和陸地水體在夏季能吸收和積累熱量，使氣溫不致過高；在冬季則能緩慢地釋放熱量，使氣溫不致過低。海洋和地表中的水蒸發到天空中形成了云，云中的水通過降水落下來變成雨，冬天則變成雪。落于地表上的水滲入地下形成地下水；地下水又從地層里冒出來，形成泉水，經過小溪、江河匯入大海。形成一個水循環。在自然界中，由于不同的氣候條件，水還會以冰雹、霧、露水、霜等形態出現并影響氣候和人類的活動。

據統計，每年大約有50.5萬立方千米的水從海洋表面蒸發到大氣中，這其中約90％的水以降水的形式再次返回海洋，其余10％被風帶到大陸上空，與陸地表面蒸發的約7.2萬立方千米的水匯合，形成大陸每年11.9萬立方千米的總降水量。落至地表的11.9萬立方千米水中，有4.7萬立方千米水通過河流重新流入海洋，其余7.2萬立方千米水滲入地下，絕大部分成為地下水，少量被生物體吸收。

水循環把水圈中的所有水體聯系在一起，它直接涉及到自然界中一系列物理、化學和生物過程。水循環對于人類生存和人類社會的生產活動都有著極其重要的意義。一方面，由于水循環的存在，人類賴以生存的水得到不斷更新，成為一種可重復利用的再生性資源；另一方面，水循環也使各個地區的氣溫、濕度等不斷得到調整，有效避免了極端氣候現象的出現。

大氣降水是大多數陸地水體的直接來源，所以，我國東部絕大多數河流的徑流與降水量季節變化關系密切，有明顯的季節和年際變化；靠雨水補給的河流，其汛期出現的時間與降水量出現的季節一致。在內陸地區，河流主要靠冰川融水補給。所以，河流徑流變化與氣溫變化有直接的相關性，河流的汛期出現在夏季。

水對地貌的影響

“河流地貌”是我們在自然界中最常見的地貌種類之一。三峽是長江切割巫山而形成的，是河流的侵蝕地貌；崇明島是長江攜帶的泥沙在河口堆積而成，是河流的堆積地貌。這兩種地貌都是外力作用——流水作用的結果，只不過它們是在不同的條件下形成的地貌。

在山區地勢較陡，河流或季節性的洪水在山區內水流速度很快，侵蝕作用劇烈，攜帶著大量礫石和泥沙。但當水流流出谷口時，地勢突然變得平緩，水道也變得開闊，因而水流速度變慢，搬運能力減弱，使得水流所攜帶的泥沙逐漸沉積下來，就形成了洪積一沖積平原。

在中下游地區，河流下蝕作用較弱而側蝕作用較強。由于河道彎曲，使得凹岸侵蝕、凸岸堆積，形成水下堆積體。堆積體的面積逐漸擴大，在枯水季節露出水面，形成河漫灘。當洪水季節到來時，河漫灘被水淹沒，繼續接受沉積。如果河流改道，河漫灘被廢棄。多個被廢棄的河漫灘連接在一起，就形成了寬廣的河漫灘平原。

河流攜帶著大量的泥沙，當河流入海時，如果人海處水下坡度平緩，河水流速減慢，河流所攜帶的泥沙就會堆積在河口前方，形成三角洲。若干個三角洲連在一起，便形成了廣闊的三角洲平原。

“喀斯特地貌”是具有溶蝕力的水，對可溶性巖石進行溶蝕等作用，所形成的地表和地下形態，叫喀斯特地貌，又稱巖溶地貌。喀斯特地貌發達的地區，往往奇峰林立，地表水系缺乏，而地下水系比較發達。按形態和規模分為：溶溝和石芽、落水洞、漏斗、溶蝕洼地、巖溶盆地、干谷和盲谷、峰叢、峰林和孤峰等。我國喀斯特地貌分布很廣，主要集中在華南和西南，這些地方保留著大面積的熱帶喀斯特，以峰林、峰叢地貌為主；其次是長江中下游的華中區，喀斯特化程度較弱，以喀斯特丘陵和喀斯特洼地為主；華北地區以喀斯特泉、干谷為主，喀斯特化程度受氣候影響，遠不及南方明顯。

“海岸地貌”的形成由構造運動奠定基礎。在這基礎上，波浪作用、潮汐作用、生物作用及氣候因素等，塑造出眾多復雜的海岸形態。波浪作用是塑造海岸地貌最活躍的動力因素。海岸在海浪作用下不斷地被侵蝕，發育著各種海蝕地貌。主要有海蝕洞、海蝕崖、海蝕平臺、海蝕柱等。這類地貌又因海岸物質的組成不同，被侵蝕的速度及地貌發達的程度也有差異。

被海浪侵蝕的碎屑物質由沿岸流攜帶，輸入波能較弱的地段堆積，塑造出多種堆積地貌。潮流是泥沙運移的主要營力。當潮流的實際含沙量低于其挾沙能力時，可對海底繼續侵蝕；當實際含沙量超過挾沙能力時，部分泥沙便發生堆積。按堆積體形態與海岸的關系及其成因，可分為毗連地貌、自由地貌、封閉地貌、環繞地貌和隔岸地貌。在熱帶和亞熱帶海域，可有珊瑚礁海岸；在鹽沼植物廣布的海灣和潮灘上，可形成紅樹林海岸。生物的繁殖和新陳代謝，對海岸巖石有一定的分解和破壞作用。在不同的氣候帶，溫度、降水、蒸發、風速不同，海岸風化作用的形式和強度各異，使海岸地貌具有一定的地帶性。