地球水循环：联系四大圈层的纽带与能量转换

地球在地壳表层、表面和围绕地球的大气层中存在着各种形态的，包括液态、气态和固态的水，形成地球的水圈，并和地球上的岩石圈、大气圈和生物圈共同组成地球的自然圈层，水圈和岩石圈、大气圈和生物圈相互作用，并且存在于其他圈层之中。水圈中的水在太阳能的作用下，不断交替转化，并通过全球水文循环在地球表层及大气中不断运动。因此，水圈是地球圈层中最活跃的圈层。

全球水文循环示意图

在地球的形成过程中，由于地球表面温度逐渐降低而在地球表面积蓄了大量液态水，形成水圈。水圈中的水由于地球表面各地温度的差异，大部分以液态形式积存于地壳表面低洼的地方，就是海洋；有相当一部分以固态形式即冰雪存在于地球的南北两极地以及陆地的高山上；或仍以液态形式存储于地壳陆地部分上层，即地下水；或在陆地表面水体如河流、湖泊等，即陆面水；在围绕地球的大气层中仍有部分的气态水，即以水汽形式存在的大气水；以及在地球上一切动植物体内作为其组成部分存在的生物水。

地球上水的绝大部分存在于海洋。今日的海洋覆盖地球表面积的71%，水量占地球水总储量的96．54%，而陆地面积只占地球表面积的29%，且南北两极特别是南极洲大陆全部为冰雪所覆盖。海洋表面从太阳获得能量，水分通过蒸发逸入大气，并通过大气环流在地球上空扩散到海洋和陆地上空，在一定的条件下凝结，并以降水形式回到地球表面。在陆地表面因降水产生径流，或直接从地表汇流回归入海，或通过地表层的蓄滞但最后仍回归入海，这样就形成水在海洋和陆地之间的循环运动。此外，由海洋蒸发的水汽在空中凝结后，直接又以降水形式回落到海洋；还有陆面上的部分降水在陆地表面形成水体，以及植物截留，通过土壤及植被的蒸腾。使陆面上的水分直接返回大气，再凝结以降水形式返回陆面。水在各类生物的组成中占有重要位置。陆上生物以各种形式摄取水分，并以蒸发或排泄形式使水分回归大气或海洋，是陆地小循环的组成部分。

水循环是自然界中水的广泛运动形式。既然是运动，就需要有能量。在自然界中，不消耗能量的运动是没有的。那么作为地球上重要的循环之一的水循环所需要的巨大能量来自何方呢？简单地说，这巨大的能量主要是来自太阳。我们知道，太阳距离地球是比较遥远的（平均距离约为1．5亿千米）。但是，主要是由炽热气体氢和氦构成的太阳，其内部在高温高压下一直发生着氢原子核聚变为氦原子核的核聚变反应，从而使太阳损失不大的质量，能够在亿万年的漫长岁月里源源不断地释放出巨大的能量。太阳中心的温度高达1500万℃，即使太阳的外部——表面和大气层也有很高的温度。太阳这巨大的能量是以电磁波的形式向宇宙空间瞬息不停地放射着，这称之为太阳辐射。由于太阳表面的温度很高，使太阳的辐射能主要集中在波长较短的可见光部分，为此，我们又把太阳辐射称为短波辐射。太阳辐射中，仅有极微小部分（约为1／20亿）到达地球，但这已经是很大的能量了，它相当于太阳每分钟向地球输送燃烧4亿吨烟煤所产生的热量。实际上，太阳放射到地球上的能量，并未全部到达地球表面，在穿过地球“外衣”——厚厚的大气层时，被大气吸收了约1／5。就是到达地球表面的太阳辐射，也没有被地面全部吸收，有相当部分又被地面和大气反射到茫茫浩空之中。真正被地球表面所吸收的太阳辐射能还不到太阳向地球输送能量的1／2。然而，就是这些能量，对地球来说就足够了，并且甚至可以说恰到好处。太阳为地球的繁荣昌盛，为自然界中包括水循环在内的大大小小的循环运动，提供了毫无代价的能源。

由于受太阳的辐射，茫无际涯的海洋表面的水（或冰、雪），获得热能后，产生足够的动能，由液相的水（或固相的冰、雪），变为气相的水汽。这水汽随大气流运行，被输送到大陆上空。在一定条件下，水汽凝结，形成降水。降落到地面的水，部分蒸发，返回大气；部分在重力作用下，按“水往低处流”的规律，或沿地面流动，形成地表径流；或渗入地下，形成地下径流。这两种径流经过河网汇集及海岸排泄，返回海洋。从而实现了海洋与陆地之间的这种最重要的水循环运动。(www.xing528.com)

总之，在这海洋与陆地之间的水文大循环过程中，海洋蒸发量总是大于降水量，而陆地蒸发量总是小于降水量，从而才产生了海、陆之间的水分交换。大气在水循环过程中，起到了绝无仅有的运输载体的关键作用；地球引力又是水循环能够在自然界中得以进行的“有功之臣”。

水循环有着巨大无可替代的意义，水循环运动无论从其广泛性还是从其重要性来说都是无与伦比的。这种循环运动，使地球上所有水体的水都或多或少、或快或慢、无时无刻地参与进行着。水循环在自然界的四大圈层内的运行过程中，起到了联系四大圈层的纽带作用，并在它们之间进行着能量转换；同时因水在运动中携带溶解物质和不溶的泥沙等，从而使物质迁移。尤为重要的是，由于水循环运动，使大气降水、地表水、地下水等之间不停地相互转化，因而使水资源形成不断更新的统一系统，并且始终保证了地球上淡水与咸水之间在数量方面相对稳定的比例关系。

水是生命之母。请设想，如果没有水循环，地球上有水的地方将永远是汪洋一片或冰天雪地，无水的地方将永远是无比的干燥，那云、雾、雨、雪等必要的、丰富多彩的天气现象也就自然不会发生。生物能够生存的空间将十分狭小，广大陆地将是绝对荒凉的不毛之地，因为不仅没有飞禽走兽之类的动物，也不会有千姿百态的植物，即使那极其微小的微生物也难以生存……

由于地球上水的循环，将地球上“四大圈层”中所有水资源都纳入到一个连续地、永不休止的循环之中，从而使水成为地球上唯一一种世界性的不断更新的资源，也是我们这个星球——地球上唯一一种能够自然恢复的物质。根据前苏联学者弗·格·格鲁什科夫首先认识并提出的地球上天然水的统一性理论，就可以计算出地球上各种水体更换的周期（更换一次所用的时间）。

例如，大气中总含水量约为12900立方千米，而全球年降水总量约为577000立方千米，577000／12900≈44，就是说，大气中的水，平均每年可以与降水转化更换约44次。一年365天，除以44次，可知大气中的水大约8天就可以更换一次。海洋是最大的水体，约占地球上总水量的97%，约为133800万立方千米，而每年从海洋面蒸发约50．5万立方千米的水，这样看来，海洋水要更换一次，最少约需2600年（133800／50．5）。但它还不是地球上更换时间最长的水体。地球上更换时间最长的水体是极地冰川和常年雪盖，约需10000年才能更换一次。