地下水:
- 概念: 储存在地壳岩石、土壤孔隙、裂隙和溶洞中的水。
- 主要储存空间:
- 含水层: 由透水性良好的岩石或沉积物(如砂、砾石、砂岩、石灰岩)构成,能储存并允许水在其中流动的地质单元。
- 隔水层: 由透水性很差的岩石或沉积物(如粘土、页岩)构成,阻挡或限制地下水流动的单元。
- 分类:
- 包气带水: 位于地表以下、地下水位以上的非饱和带。这里的水主要受毛细作用和吸附作用束缚在土壤颗粒周围,包括:
- 土壤水: 储存在土壤孔隙中,是植物吸收水分的主要来源。它包含吸湿水、薄膜水、毛细水和重力水(暂时下渗)。
- 饱和带水: 位于地下水位以下的饱和带。孔隙完全被水充满。
- 潜水: 第一个具有自由水面的稳定含水层中的地下水。其水面(潜水面)受大气降水补给和地形影响,随季节波动。通常离地表较近,与地表水联系较密切。
- 承压水: 充满于上下两个隔水层(或弱透水层)之间的含水层中的地下水。由于含水层顶板的存在,水承受静水压力。当钻孔打穿隔水顶板时,水能自流上升到一定高度(甚至喷出地表形成自流井)。
- 规模与重要性: 地下水是全球淡水资源的主体(约占总淡水量的30%,冰盖冰川除外),是数十亿人饮用水、农业灌溉和工业用水的重要来源。它也是维持河流基流(枯水期流量)和湿地生态系统的关键。
土壤水:
- 概念: 特指存在于地表附近土壤层(主要是包气带)孔隙中的水。
- 状态与类型:
- 吸湿水: 被土壤颗粒表面分子引力紧紧吸附的水分子,植物无法吸收。
- 薄膜水: 包裹在吸湿水外层的水膜,移动性差,植物可缓慢吸收少量。
- 毛细水: 依靠毛细作用保持在土壤细小孔隙中的水,是植物吸收利用的主要形式。它能克服重力向上移动一定高度。
- 重力水: 暂时存在于土壤大孔隙中,受重力作用向下渗透的水。最终会补给地下水或形成壤中流。
- 重要性: 是陆生植物生存的命脉,连接着大气降水、地表水和地下水,是水文循环的关键环节。直接影响农业、林业和自然生态系统。
冰川与冰盖:
- 概念: 由积雪经过长期压实、结晶形成的巨大流动冰体。
- 分布: 主要存在于两极(南极冰盖、格陵兰冰盖)和高山地区(如喜马拉雅山、阿尔卑斯山、安第斯山脉等)。
- 规模与重要性: 这是地球上最大的淡水储库(约占全球淡水的68.7%)。虽然它们移动缓慢,但却是重要的“固态水库”,其消融补给河流、影响海平面。在全球变暖背景下,其变化备受关注。
永久冻土:
- 概念: 指温度在0°C或以下至少连续存在两年的土壤或岩石。
- 水分存在形式: 冻土中不仅含有固态冰(冰透镜体、冰楔、孔隙冰),在活动层(夏季表层融化)还含有液态土壤水。深层冻土中也封存着古老的水(和有机碳)。
- 分布: 主要分布在高纬度(北极圈附近)和高海拔地区。
- 重要性: 冻土是巨大的“冷库”,储存着大量水和碳。其融化会释放水分,改变区域水文,释放温室气体,并可能解冻释放被封存的古老微生物和病毒。
生物体内的水:
- 概念: 构成所有生物体的主要成分。
- 规模: 虽然单个生物体内水量有限,但全球生物圈(包括所有植物、动物、微生物)所含的水总量相当可观(尽管远小于其他储水体),是水循环中一个活跃的、不断更新的部分。
大气水:
- 概念: 以水蒸气、云滴、冰晶等形式存在于大气中的水。
- 状态: 主要是气态(水蒸气),少量液态(云、雾)和固态(云中冰晶、雪、霰、雹)。
- 规模与周转: 虽然大气中水的总储量相对较小(约占全球淡水储量的0.001%),但其周转速度极快(平均停留时间约10天)。它是水循环中连接海洋、陆地和生物圈的关键纽带,通过降水将水分输送到各地。
地壳深层水与矿物结合水:
- 概念:
- 深层地下水: 存在于地壳深处(数千米甚至更深)承压含水层中的水,通常更新极其缓慢(可能是“化石水”,形成于数千甚至数百万年前),盐度可能很高。
- 矿物结合水: 以结晶水或结构水的形式存在于某些矿物(如石膏、粘土矿物)晶体结构中的水。这部分水在常温常压下无法自由流动,只有在高温高压下(如岩石变质作用)才会释放出来。
总结:
地球的“隐藏水”世界是一个庞大而复杂的系统:
- 地下水(包括土壤水)是陆地上最大、最重要的液态淡水储库,支撑着人类生活和生态系统。
- 冰川冰盖是最大的固态淡水储库,是长期的“水银行”。
- 永久冻土是独特的冷储库,储存着大量冰和封存水/碳。
- 生物水和大气水虽然储量相对较小,但在水循环中扮演着极其活跃和关键的角色。
- 深层地壳水和矿物结合水则是地质时间尺度上参与水循环的组成部分。
这些“隐藏水”不仅储量巨大,而且相互联系、相互转化,构成了地球水循环不可或缺的部分。它们对气候调节、生态系统维持、人类生存发展(供水、农业、工业)具有至关重要的作用。了解、监测和可持续管理这些“隐藏水”资源,对于应对全球变化和保障人类未来至关重要。