第二节 地球的水环境
一、水环境的基本特点
水环境是由地球表层的水圈所构成的环境,应包括在一定的时间内水的含量、分布、运动、化学成分、生物、水体所占的空间以及水体的物理性质。虽然水环境是地球表层自成体系的系统,但又不能单独存在,它与岩石圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存在物质和能量交流的关系。所以说水环境是一个开放系统。
水环境也是处在不断变化之中的,但相对于大气环境来说具有相对的稳定性。水环境的特点可以概括为以下几点。
(一)水体分布的不均一性
地球表层的水体分布是极不均一的。海水占地球表面积的71%,其质量占地球表层水体总质量的97.5%,而陆地上的水所占质量还不到2.5%。就陆地上的水体分布而言,也是不均一的,其中冰川就占据陆地上水体的85%,且主要集中在两极地区。陆地表层的液态水又以地下水最多,而地面流水是很少的一部分。由于地球表面水体分布的不均一性,造成一些特殊的气候和陆地景观,同时也造成人类的淡水“危机”。
(二)水体物质成分的差异性
虽然都是水,但每种水体所含的物质组成却差别很大。海水的物质成分最复杂,而且盐类物质的含量很高,平均可达35‰,个别海域可达40‰。而陆地上的液态水盐类物质含量却要低得多,冰川是最低的。干旱气候区的盐湖水氯化物含量可达到饱和度而发生沉淀;而潮湿温暖气候区的湖水却常含有较多的铁、铝等物质。除了这些溶解物质外,地面流水的悬浮物含量较高,我国黄河的一条支流无定河的河水有“一升水七分沙”之说;而地下水的悬浮物质就要少得多;海洋中近岸海水较远岸海水的悬浮物质多。总之,地球表层水体的物质组成极不相同,几乎找不到两种成分完全相同的水体。若自然水体中含有一些对人体有益的元素,如锶、硒等,就可成为优质的矿泉水。
(三)水的循环性及其环境效应
水是处在运动之中的,不同水体之间存在着循环与交流。水体的循环与交流既可以发生在气态、液态和固态水之间,也可发生在海洋与陆地之间,还可发生在非生物与生物之间、水圈与岩石圈之间。水的循环是一个既无起点、也无终点的运动系统。水在循环过程中,产生很多的环境效应,如传送能量、运输物质、调节气候、清洁大气等。
1.传送能量
在地球的不同部分,太阳入射的角度是不同的,这就造成了地球不同部位所接受的太阳辐射量不一样,并出现了太阳能分布不均等的现象。通常是低纬度地区太阳辐射能过剩,而高纬度和两极地区的太阳辐射能亏空。低纬度地区的太阳辐射能可通过水循环的途径被运输到高纬度地区。据计算,每年通过降雨的形式向南极洲输送的太阳能达4.105×1021J。除了不同纬度之间的能量传送外,还有海陆之间的能量输送。据研究,每年从海洋输送到陆地的太阳能达9.912×1021J,这对陆地上的生物生长起着重要的作用。
水循环过程运输的物质可分为两大类,即溶解物质和碎屑(固体)物质,溶解物质包括气体、离子和胶体三类。运输这些物质的最主要动力是地面流水,每年通过河流运输到海洋的固态物质达200亿t,溶解物质超过40亿t。同时海洋的蒸发过程,又把一部分盐类物质和气体送入大气圈,运输到陆地上。
3.调节气候
水圈循环不仅能调节地球表面的干、温变化,而且还调节气温的变化。大气圈中的水蒸汽能够阻留地球的热辐射的60%,起到一种“温室效应”。地球表层气候的最大“调节器”是海洋,如果海水的气温降低1℃,那么将释放出5.53×1024J热能,这足以使大气温度不发生大幅度的变化。例如,我国处于同一纬度的西北地区和东部地区,气温及湿度差别很大,东部地区受海洋气候的调节而显得湿润,而西部地区远离海洋而变得非常的干燥。
4.清洁空气和净化污水
据观测,一次较大的降雨过程,可除去大气中的90%以上的粉尘和80%以上的污染气体。降雨过后,城市里的空气变得清新,透明度增加。每年通过降雨的形式,从大气中除去的盐类物质达30亿t左右,现在世界各地普降酸雨是这一过程的具体表现。天然水体具有一定的自净作用。其自净作用是指进入天然水体中的污水,通过物理的、化学的和生物的作用使污染物沉淀、扩散、稀释、吸收、分解、氧化、还原等而变成无害物质或沉淀下来,使水体净化的过程。天然水体的自净能力是有限的,不同水体的自净能力也不一样。地球表面的海洋自净能力最强,被称为是最大的“天然污水处理厂”;流动水体的净化能力比静止水体强。陆地水体中的污水绝大多数最终流入海洋,在这里进行净化,最后通过水体蒸发,干净的水又回到陆地。
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