水圈

地球科学

shuǐ quān

水圈是地球表面之上、之下和表层的全部水体,包括海洋、湖泊、河流、地下水、冰以及大气中的水蒸气。

Definition

水圈是地球上处于各种状态的全部水体:液态的海洋、湖泊、河流和地下水;固态的冰盖、冰川和海冰;以及大气中的水汽和云,总量约为 $1.39 \times 10^9\ \text{km}^3$,其中海洋容纳了大约 $97\%$,冰约占 $2\%$。水圈各个水库中水的滞留时间差异巨大,大气水汽约为 $9$ 天,地下水和冰盖则可达数百年到数千年,海洋大约为 $3{,}000$ 年;而海洋的热容量约为大气的一千倍,这使得水圈成为气候系统的“飞轮”,吸收了近期人为增暖热量的超过 $90\%$。水具有很高的热容量、潜热以及溶剂特性,这使水圈成为地球上热量传输、化学风化以及几乎所有生物地球化学循环的媒介。

Example

大西洋、诺曼湖、卡托巴河、格陵兰岛上的冰,以及水井中的水,都是水圈的一部分;而一场飓风把大西洋的水带入大气,再以引发洪涝的暴雨形式降落,侵蚀陆地并淹没栖息地,正展示了地球四大圈层同时相互作用的过程。格陵兰冰盖和南极冰盖储存的水量,足以分别使海平面上升约 $7$ 米和 $58$ 米,而在末次盛冰期,水圈中有如此多的水被封存在冰中,以至于海平面比现在低约 $120$ 米,使当时北卡罗来纳州的海岸线位于今天外滩群岛以东数十公里处。

Key Insight

水圈中约有 $97\%$ 是含盐的海洋水,只留下一小部分是淡水,而且其中大部分都被冻结起来;正是水圈使地球从太空看起来呈蓝色,也使它近距离看来依然适宜居住,因为太阳系中没有任何其他行星的表面拥有稳定存在的液态水。海洋的作用也更像是一座化学反应器,而不只是一个被动的水库,它吸收了人类 $CO_2$ 排放总量的大约四分之一,以海水酸化为代价缓冲了大气,而其缓慢的混合过程,也确保了这种变化将持续数百年之久。