地球上的水是指地球上水圈内所有形式的水，如海洋水、河流水、湖泊水、沼泽水、冰川水、地下水、土壤水、生物水、大汽水等。在地理环境要素中，水是最活跃的因子，在其循环运动过程中，与大气圈、岩石圈、生物圈之间，处于相互联系、相互作用之中。使其水量与水质不断地发生变化。水又是宝贵的自然资源，是保证人类生活和发展工农业生产的重要物质条件之一。
第一节 地球上水的物理性质
水具有不同于一般物质的物理性质，这些异常的物理性质使水在自然界和生物体内，表现出某些独特的效应与作用。
一、水的形态及其转化
地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在，在常温条件下三相可以互相转化。
（一）水分子的结构
每个水分子（H2O）都是由一个氧原子和二个氢原子组成。水分子的键成等腰三角形。由于氧原子对电子的吸引力比氢原子大得多，所以在水分子内部，电子就比较靠近氧原子。这样，电子就有在氧原子周围相对集中的趋势，形成较浓厚的电子云，掩盖了原子核的正电核。所以，在氧原子一端显示出较强的负电荷作用，形成负极；相反，在氢原子周围，电子云相对稀薄，于是显示出原子核的正电核作用，形成正极，使水分子具有极性结构。
由于水分子具有极性，在自然界，水不完全是单水分子H2O，而更多的情况下是水分子的聚合体。水分子聚合体包括：单水分子（H2O）、双水分子（H2O）、三水分子（H2O）（二）水的三态及其转化
在一个标准大气压下，纯水0℃为冰点，100℃为沸点。0℃以下为固体，0—100℃为液体，100℃以上为气体。但在地球上的常温条件下，水的三态（气态、液态、固态）可以相互转化。
1.水的三态与水温随着水温的变化，三态水分子的聚合体也在不断的变化。从表1－1可见：
1）随着水温的升高，水分子聚合体不断地减少，而单水分子不断地增多。当温度高于100℃呈气态时，水主要由单水分子组成。
2）随着温度的降低，水分子聚合体不断增多，单水分子不断减少。水温达到0℃结冰时，单水分子为零，而强力缔合结构的三水分子增多，因三水分子结构特性，使液态水变成固态冰时，体积膨胀10％，若冰变成液态水时，体积减小10％。
3）水温在3.98℃时，结合紧密的二水分子最多，所以此时水的密度最大，比重为1。
2.固态水（冰）的结构气体水分子能凝聚成液态水和固态水（冰），主要是氢键起着强烈的缔合作用。在冰晶中，氧原子和氢原子的排列是很有规则的，其结构是每个氧原子通过氢键，按四面体取向，与另外四个氧原子连结，呈现六方晶系的冰。正是由于冰晶内每个氧原子通过氢键以等键距与另外四个氧原子相连结，在冰晶中的水分子则具有水蒸气到凝聚态的冰，氢键为凝聚力的主要方面，为了尽可能生成较强和较多的氢键，原来水分子中的O—H键必须拉伸。由此带来的后果是，水分子必须按空间利用率颇低的四面体形态堆积，故冰的晶体是一个十分敞开的结构，其密度较低。
冰晶中的内在矛盾主要表现为氢键的凝聚力和氢核的振动、水分子的热运动，前者为吸引 因素，后二者为排斥因素。
3.液态水结构的主要理论模型从冰转化为液态水，体现了物质内在矛盾相互依存的形式随着条件的改变而变化，即同一性的转化。当温度升高至0℃以上时，条件改变了，原来与吸引因素共居于冰晶统一体中的微不足道的排斥因素，即氢原子振动和水分子的热运动，便从劣势转为优势，运动的结果使氢键部分断裂。于是，冰晶的有规则的固体结构崩溃，并熔化为液态水。水分子的半径在冰熔解时，也有微小的变化。
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