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主要内容

水循环

了解水如何通过地球生态系统移动。

要点

  • 地球上绝大多数的水是海洋中的盐水。只有一小部分是人类需要的淡水。
  • 在地球表面的水可以快速循环,但地球上的大部分水存在于冰、海洋和地下水库中;这些水循环得很慢。
  • 水循环是复杂的,涉及水的状态变化以及水通过生态系统和在生态系统之间的物理运动。
  • 地下水存在于土壤颗粒和岩石裂缝之间。含水层是经常用于水井开采的地下水库。

水:为什么重要?

水对生物非常重要。你的身体有超过一半是水,如果我们看一下你的细胞,我们会发现它们有超过70%的水!所以,你和大多数陆地动物一样,需要可靠的淡水供应才能生存。
地球上的水,97.5%是咸水。在剩余的水中,超过99%是以地下水或冰的形式存在的。总的来说,只有不到1%的淡水存在于湖泊、河流和其他可用的地表形态中。
这张图表没有提到小型水库,比如大气和生物体。有关更详细的分类,请参见美国地质调查局水科学学院网站。1 图片来自: 生物地球化学循环:图1 作者 OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 4.0
许多生物依赖于这少量的地表淡水供应,而缺水会对生态系统造成严重影响。当然,人类已经发明了一些技术来提高水的可用性。这些措施包括挖井取水,收集雨水,以及使用脱盐——除去盐分——从海洋中获取淡水。然而,清洁、安全的饮用水在当今世界的许多地方并不总是可得的。
地球上大部分的水循环——从一个地方到另一个地方——并不是很快。我们可以在下面的图中看到这一点,它显示了单个水分子在地球上每个主要水库中停留的平均时间,测量方法称为停留时间。海洋、地下和以冰的形式存在的水循环非常缓慢。只有地表水循环迅速。
图片来自: "生物地球化学循环:图3" 作者 OpenStax College, Biology, CC BY 4.0

水循环

水循环是由太阳的能量驱动的。太阳使海洋表面和其他地表水变暖,导致液态水蒸发,冰升华,直接从固体变成气体。这些太阳驱动的过程将水以水蒸气的形式带入大气。
随着时间的推移,大气中的水蒸气凝结成云,最终形成降水、降雨或降雪。当降水到达地球表面时,它有几个选择:它可能再次蒸发,流过地表,或者渗透到地下。
陆地生态系统的自然状态下,雨水通常在到达土壤之前先打到植物的叶子和其他表面。有些水从植物表面很快蒸发掉。剩下的水到达土壤,在大多数情况下,会开始向下移动。
一般来说,只有当土壤被水饱和、降雨非常剧烈或地表不能吸收太多水分时,水才会以径流的形式沿着地表流动。非吸水表面可以是自然生态系统中的岩石,也可以是城市或郊区生态系统中的沥青或水泥。
图片来自: 水循环 作者 NOAA National Weather Service Jetstream, CC BY 2.0
土壤上层的水可以被植物根系吸收。植物利用一些水来进行自身的新陈代谢,当植物被吃掉时,植物组织中的水分就会进入动物体内。然而,进入植物体内的大部分水分会在一个叫做蒸腾作用的过程中流失回大气。在蒸腾作用中,水从根部进入,向上通过由死细胞构成的维管,然后通过树叶上的气孔蒸发。
如果水不被植物根系吸收,它就会渗透到底土和基岩中,形成地下水。地下水是存在于砂砾石颗粒间孔隙或岩石裂隙中的水,是淡水的重要储集层。浅层地下水在孔隙和裂缝中缓慢流动,最终可能会流向小溪或湖泊,在那里它可以再次成为地表水的一部分。
有些地下水深埋在基岩中,可以在那里保存上千年。地下水库,或 含水层,通常是通过水井抽取的饮用水或灌溉用水的来源。今天,许多含水层被消耗的速度比从上面流下来的水更新的速度还要快。

水循环驱动其他循环。

水循环本身很重要,水循环和降雨的模式对地球的生态系统有重大影响。然而,降雨和地表径流在各种要素的循环中也起着重要的作用。这些物质包括碳、氮、磷和硫。特别是,地表径流有助于将元素从陆地转移到水生生态系统。
在接下来的文章中,我们将更仔细地研究它是如何工作的,在这里我们将研究不同元素的生物地球化学循环。

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