水循环是指水由地球不同的地方透过吸收太阳以来的能量转变存在的模式到地球中另一些地方，例如：地的水分被太阳蒸发成为空气中的水蒸气。而水在地球的存在模式包括有固态、液态和气态。而地球中的水多数存在于大气层中、地面、地底、湖泊、河流及海洋中。水会透过一些物理作用，例如：蒸发、降水、渗透、表面的流动和表底下流动等，由一个地方移动至另一个地方。如水由河川流动至海洋。
描述
水循环指水在一个既没有起点亦没有终点的循环中不断移动或改变存在的模式。当水在地球中移动时，将会在气态、固态和液态，三个状态中不断转变。水由一个地方移动至另一个地方所需的时间可以秒作单位，亦可以是数以千年计。而地球中的总水量约为1.37 X 109 km3，其中以包含海洋的含水量。而尽管水在水循环中不断改变，但地球的含水量基本不变。
水会透过各种物理变化或生物物理变化而达成移动。而蒸馏和降水在整个水循环中担当一个非常重要的角色，这两个过程于每年令505,000 km3的水产生移动。它们亦令地球中大部分水产生移动。河流所带动的水流只属于中等，而由冰直接昇华至水蒸气更是非常少。
水循环的环节有：
- 降水：一些空中凝结的水从空中坠下至地面或海面，而下雨则成为最常见的降水现象。落雪、落冰雹、雾、雪丸和雪雨也是降水的现象之一。[1]而每年大约有505,000 km3透过降水，这个现象返回陆地或海洋。当中有398,000 km3会返回海洋[2]当中。
- 植物截留 ： 当降水时，未必全部的水分会落到地面或海洋。有一部分的水会被树林、树木的叶所栏截，通常这些水会再被蒸发至大气层中，而只有少数被栏截的水会由树木降回地面。
- 溶雪：当雪溶时，则会产生一些径流。
- 径流：这是指水由一处移动至另一处，这包括地面径流和地底的径流。 当发生径流，水会渗入到地底、蒸发入空气、储存于湖泊或水库， 或被人提取作农业用途或作其他用途。
- 渗透：水由地面流入地底。当水渗入泥土后，会令泥土变得湿润或变成地下水。[3]
- 地下径流：水于地下蓄水层或地下水位线以上的空间流动。当被泵、于泉源或最终流回海洋，水是会返回地面。水会在较渗入地面地方海拔低的地方返回地面。而因为地心吸力或由地心吸力所产生的压力关系，地下水会以非常缓慢的速度流动或是补充，所以地下水会存于地下蓄水层一段非常长的时间。
- 蒸发：指当水由地面或大量的水中转变成气态即水蒸气返会大气层[4]，而此过程中需要的能量主要是来自太阳。蒸发往往涉及植物的蒸腾作用，但整体上仍然会把它们计算为蒸散量。在大气层中，大约百份之九十的水份是来自蒸发，而另外的百份之十是来自植物的蒸腾作用。年总蒸发量大约是 505,000 km3，其中 434,000 km3是蒸发自海洋[5]的。
- 昇华：指固态水即冰或雪直接转变成气态即水蒸气[6]。
- 移流（水汽输送）：指固态、液态或气态的水在大气层中移动。没有移流，水只会在海洋中被蒸发却没有任何水降至陆地。[7]
- 凝结：指水蒸气在空气中转变成液态的水，从而产生云和雾[8]。
储水量
地球的水会贮存在整个水循环中不同的地方，而这些地方便是贮水处。在地球中最大的贮水处为海洋，它的贮水量是地球的总含水量的97%，而第二大的贮水处是以固体形式贮存水的冰帽及冰河。而整个生物圈所存的水则为最少的。[9]
| 贮水处 | 水的容量 (106 km3) |
占全部的百份比 |
|---|---|---|
| 海洋 | 1370 | 97.25 |
| 冰帽和冰河 | 29 | 2.05 |
| 地下水 | 9.5 | 0.68 |
| 湖泊 | 0.125 | 0.01 |
| 湿润的泥土 | 0.065 | 0.005 |
| 大气层 | 0.013 | 0.001 |
| 溪流和河流 | 0.0017 | 0.0001 |
| 生物圈 | 0.0006 | 0.00004 |
水于水循环中各部分平均停留的时间
| 贮水处 | 平均停留时间 |
|---|---|
| 南极洲 | 20,000年 |
| 海洋 | 3,200 年 |
| 冰河 | 20 至 100 年 |
| 季节性的积雪 | 2 至 6 月 |
| 湿润的泥土 | 1 至 2 月 |
| 浅的地下水 | 100 至 200 年 |
| 深的地下水 | 10,000 年 |
| 湖泊 | 50 至 100 年 |
| 河流 | 2 至 6 月 |
| 大气层 | 9 日 |
表中显示水分子于水循环中各部分的平均停留时间。然而，这些数据只是平均值，当中水分的停留时间是绝对有机会长过或短过平均值。
地下水在离开前可于地底停留超过一万年。因水会透过蒸发、蒸腾、溪流的流动和地下水的补充离开泥土及水在地面中的分布是非常广泛，所以水只会被短暂地储存于泥土中。而水在蒸发或蒸腾后及凝结或降水前，会存于大气层中大约九日。
在水文学，有两个方法去估计水的停留时间。常用方法主要是依赖质量守恒定律和假设既定的储水处的储水量是大概不变的。这个方法是透过找出进出存水处的水量比例以估计水的停留时间。在概念上，这相当于计算填满一个空的、或没有水分流出的容器所需的时间。反之，则是计算水分从一个装满水的、或没有水分进入的容器中完全流失所需的时间。
而另一个方法是用同位素技术去寻找水的停留时间，而这技术会多用于地下水。这技术是水文学的分域——同位素水文学。
随时间的改变
在过往几个世纪中，因为全球变暖的关系，加速了降水及蒸发的速度。而暖的空气亦提供了一个比较大的空间而储存水分，所以水循环亦变得越来越剧烈。
在2007年政府间气候变化专门委员会在科学范畴上一致通过一个关于政策制定的总结[11]，而其目的是要在二十一世纪中继续增强整个水循环，但这不代表会增强全部地区的降水量。在二十一世纪中，亚热带地区的降水量将会下降，令发生干旱的机会增加。而纬度越高、越接近两极的亚热带地区（如地中海盆地、南非、澳洲南部，以及美国西南部等），干燥的程度则越高。赤道地区的气候倾向湿，而年降雨量亦相应的上升。
冰川退缩是其中一种水循环的改变。自1850年的冰川因降水量不及水分经昇华及溶雪流失的速度而令退缩的范围扩大。[12]
一些人为的活动亦可以改变水循环：
对气候的影响
水循环的能量主要来自太阳。全球有86%的水份蒸发是来自大海，而大海则透过蒸发降低温度。当没有来自蒸发的冷却作用时，温室效应会令表面温度升至67℃和变成一个更暖的行星。[13]
而大部分光能会照射至热带的海洋。在蒸发发生后，水蒸气上升至大气层及被风吹离热带。而大部分蒸气会在热带中凝结成雨，其释放的能量则会令空气变暖。而这会产生大气环流。
对生物地质化学循环的影响
水循环是众多生物地质化学循环之一[14]。而水流在众多的生物地质化学循环中皆扮演着重要的角色。径流多负责把被腐蚀的沈积物与磷[15]由陆地传送至水中生物。在陆地被水流侵蚀后，一些可溶的盐便会溶入水中。而海水的盐度亦被此控制。在耕地中使用含有丰富磷的肥料且遇到大雨时，大量此类肥料会被冲至河流中，令湖泊被富营养化。水流及地下水流在氮循环中亦有举足轻重的作用，它们皆为水中生物带来大量氮化物。然而氮化物亦产生一个很严重的问题，当场把含有硝酸盐的肥料经水道系统排放至墨西哥湾，在密西西比河的出口便会产生一个缺氧的海洋区域。水流在碳循环中负责传送一些已被侵蚀岩石及泥土[16]以被视为一个重要的角色。
参见
参考文献
- ↑ Arctic Climatology and Meteorology.(北极风土学和气象学) Precipitation. 取于 2006-10-24.
- ↑ Dr. Art's Guide to Planet Earth (Dr. Art对地球的指南) . The Water Cycle(水循环). 取于 2006-10-24.
- ↑ National Weather Service Northwest River Forecast Center. (国家气象局西北河展望中心)Hydrologic Cycle(水文学循环). 取于 2006-10-24.
- ↑ Arctic Climatology and Meteorology (北极风土学和气象学). Evaporation(蒸发). 取于 2006-10-24.
- ↑ Dr. Art's Guide to Planet Earth (Dr. Art对地球的指南). The Water Cycle(水循环). 取于 2006-10-24.
- ↑ Arctic Climatology and Meteorology(北极风土学和气象学). Sublimation(昇华). 取于 2006-10-24.
- ↑ Arctic Climatology and Meteorology(北极风土学和气象学). Advection(移流). Retrieved on 2006-10-24.
- ↑ Arctic Climatology and Meteorology(北极风土学和气象学). Condensation(凝结). 取于 2006-10-24.
- ↑ Environmental Literacy Council (环境知识委员会). Water Cycle(水循环). 取于 2006-10-24.
- ↑ 10.0 10.1 PhysicalGeography.net. CHAPTER 8: Introduction to the Hydrosphere.(第八章:水圈简介) 取于 2006-10-24.
- ↑ Intergovernmental Panel on Climate Change(政府间在气候变化讨论小组). Climate Change 2007: The Physical Science Basis, WG1 Summary for Policymakers(气候变化2007:物理为本，WG1总结给政府决策人员)
- ↑ U.S. Geologic Survey. GLACIER RETREAT IN GLACIER NATIONAL PARK, MONTANA. 取于 2006-10-24.
- ↑ Science at NASA(美国国家航空和太空总署的科学研究). NASA Oceanography: The Water Cycle(水循环). 取于 2006-10-24.
- ↑ The Environmental Literacy Council(环境知识委员会). Biogeochemical Cycles(生态系统的物质循环). 取于 2006-10-24.
- ↑ The Environmental Literacy Council(环境知识委员会). Phosphorus Cycle(磷循环). 取于 2006-10-24.
- ↑ NASA's Earth Observatory(美国国家航空和太空总署地球观测所). The Carbon Cycle(碳循环). 取于 2006-10-24.
