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第9章 地球的名片(8)

食物水:许多固体食物含大量的水分,为我们提供了水。即使那种“干”食品,如饼干、快餐谷物、坚果也能提供一些水分,而某些水果和蔬菜可含90%以上的水。

代谢水。代谢水是由养分的分解代谢所产生的。100克碳水化合物氧化产生60克水,100克蛋白质氧化产生42克水。脂肪被认为“比水更湿”,100克脂肪氧化产生110克水。

人的典型膳食中平均每100千卡代谢能形成13克代谢水。

(5)人类衣食住行的靠山

水对于城市居民来说是再熟悉、再平常不过的东西。水龙头一开,水就哗哗地永无止尽地流淌。人们常说:锅碗瓢勺,柴米油盐酱醋糖是居民不可缺少的东西,而忘记了水。这也许是由于水见多不怪的原因吧。而柴米油盐酱醋糖这些只是做饭的基本原料,它们必须以水为媒介,把这些东西有机地串联起来,才能做成一顿可口的饭菜。人们可曾想过:做饭时如果没有水,那么怎么做饭呢?菜无法洗,米无法蒸,不能总是吃罐头吧。

1994年淮河的居民经历了使他们终生难忘的几十天,自来水管流出的是混浊的污水,人喝了以后呕吐,住院。人们不得不靠买矿泉水维持,矿泉水价格直线上升,真是水比油贵。

水除了用于居民生活之外,发展工业更是离不开水。冶金、电力、化工、煤炭、交通、造纸、纺织、酿酒、食品等行业,冷却、空调、洗涤等过程,以及某些产品本身(饮料、人造冰、添加剂等)都需要大量的水。如火力发电厂1万度电需耗水100立方米以上;化纤厂制造1吨尼龙丝耗水600立方米;印染厂染1万米布耗水300立方米;造纸厂制1吨纸浆耗水300立方米;酒精厂造1吨酒精需水100立方米。工业用水量因设备、生产工艺、自动化水平等变化而差别很大,一般常以综合指标1万元产值用水量来说明,我国万元产值用水量平均为500立方米左右,个别较好地区在200~300立方米,北京1993年万元工业产值用水量只有74立方米达国内先进水平。随着工业设备的改造,生产条件的改善,工业用水量的重复利用率将会有所提高,万元产值用水量将会更少。

城市、乡镇企业的建立和发展,都受到水的制约。由于公共事业的发展,水不仅是满足城乡人民生活的需要,还要为医疗卫生、建筑业、美化环境(如绿化公园,喷洒街道等)、旅游业、服务业(如宾馆、饭店用水等)提供充足的水源。随着生活水平的提高,用水部门、用水种类不断增加,总用水量将会大量增加,而这些用水量需要优先保证。

从以上分析可以看出,水与人类密切相关,我们要充分认识水的重要性,极其慎重地对待水的问题。要像爱护我们的眼睛一样,珍惜水资源,节约每一滴水,防止出现水比油贵的情况。

广阔的水源

很早以前,地球表面既没有水柔浪细,也没有浩瀚无垠的海洋。由于地表温度很高,所以没有液态水,水全部以蒸汽的形式存在于大气层中。

水从何处来呢?有的科学家认为,在地球形成、演化过程中,随着地表不断散热,大气中水蒸气先浓缩成密度很大的蒸汽云,而后由于地球冷却,水汽凝结成水,便下了一场空前绝后的倾盆大雨。于是,地球上有了水,有了江河,也有了海洋。

地球上的水是非常丰富的,全球的水量约为14亿立方千米,其中海洋占了地球全部水量的97%,它们是水圈的主体,其余的3%则为陆地上的淡水。

海水每升含盐35克左右,既不能直接饮用,又不能灌溉农田。

陆地上的淡水,绝大部分以冰的形式分布在南北极及人迹罕至的高山地区,还有的深埋在地下,人类无法或很难利用,这部分水占全球水储量的2.7%左右。只有存在于大气和河流、湖泊中,以及浅层地下的淡水,才能够被人类直接利用,这就是平常所说的水资源,约占全球水储量的0.3%左右。

这些水在世界上分布很不均匀,加上人口激增和工农业生产需水量增大,许多地区缺水现象十分严重。

尽管现在在发展废水脱盐、净化和回收利用技术方面取得了很大的成就,但淡水的消费量却与日俱增。自20世纪初以来,全世界淡水的消耗量已增长7倍多,现在每年大约消耗3000立方千米,在今后20~30年内,保守地估计,耗水量至少还要增长50%。

虽然水是可以循环和再生的自然资源,但它并不是取之不尽、用之不竭的。随着人口的增加、环境污染的日趋严重、水质的恶化,全球性的水资源危机愈来愈严重。

水是一种无色、无味的液体。它的分子式是H2O,表示1个水分子中有2个氢原子和1个氧原子。

人们日常生活中所接触的液体,一般不是水就是水的溶液。因为除去油类之外,各种各样的饮料、调料,甚至汗水、血液都是水溶液,所以水是一种很不平常的物质。水能溶解许多东西,它有时也会把有害物质溶解并加以传播,造成污染。

液态水的最大密度是1(4℃时),而固态冰比水轻,所以漂浮在水面上。

如果没有这一性质,那么水体在冬季时便会一冻到底,这对于水中的一切生物将是一场灾难。漂移在海洋里的冰山会撞沉过往的船只,造成海难事故;顺河而下的浮冰可以阻塞河道,造成河水泛滥。

在一个大气压下,水的冰点是0℃,沸点是100℃。在地表普通的热力条件下,水以三态(气态、液态、固态)并存,这些都是水的奇特之处。

水还具有惊人的热学性质。水的热容量,即水温升高(或降低)所吸收(或释放)的热量,在所有天然化合物中属最高之列。因此,水既难变热,又不易变冷,这在一定程度上调节了大气的温度。当夏天烈日炎炎时,水体吸收热量,从而使大气温度不会升太高;当冬季冰冻三尺之时,水体又会放出大量的热量,从而使气温不会降得太低。常到海边的人们就会体验到,夏天海边比内陆地区凉爽,冬天比内陆地区温暖;生活在湖泊、水库周围的人们同样会感到夏凉冬暖。这就是水的吸热和放热作用。

水的蒸发也需要巨大的热量,蒸发每克水需要消耗2257焦耳热量(水的气化热)。也就是说,当水在变为水蒸气时,热量潜入水蒸气中;而当水蒸气冷却、凝结成水时,水蒸气把气化热又释放出来,这就是为什么下雨前天气闷热的原因。蒸发——降水循环过程就是这样将海洋的热量带向陆地的,这种热传递现象对全球具有极大影响。

蓝色的海洋

由于太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋彼此相通,所以,可以说在地球这个星球上只有一个很大的大洋,欧亚大陆、美洲大陆、非洲大陆以及南极洲和大洋洲等,都可以看作是这个大洋的岛屿。

这个大洋的总面积是3.6亿平方千米,占地表总面积的70%以上;它的容积,按平均深度3700米计算,约为13.4亿立方千米。海水是咸的,人类的食盐大部分就来源于海洋。

海洋是地球上淡水供应的源泉。每年约有33万立方千米的海水被蒸发,然后又凝结成雨或雪而降落下来。这样,一部分降落在大陆上的淡水就被积存下来,约有82万立方千米的淡水积存在大陆的地表下面,还有约12万立方千米的淡水积存在江、河、湖、沼之中。

海洋不仅在水循环,而且在传输热量、缓和气候变化方面也起着关键的作用。

太阳能进入地球后,大部分先被地表吸收。被吸收的热量的多少,与纬度有关,热带吸收的多,寒带吸收的少。

那么是不是热带的温度要逐渐升高,寒带的温度要逐渐降低呢?实际情况并不是这样的。

在这方面,海洋发挥了巨大的作用,它通过海水的流动将热量从热带输送到寒带,保持了地球能量的平衡。海洋输送的热量很大,比全人类一年内耗用的能量还多几百倍。

海水和大气的大规模的流动,使热带变凉、寒带变暖,同时使热量在南、北半球之间传输,减小两个半球气温的差别,调节了气温。因而人们能很好地生活在地球上。

海洋就这样,100年、1000年、1万年,长年累月地进行着这种调节工作。地球异常热的时候,将热量储藏起来;在地球异常冷的时候,向大气放出热量,抑制气候的恶化。

海洋对于生命具有特别重要的意义。地球上的生命起源于海洋,没有海洋,生命就不能形成。从绝对数量来看,地球上的生物绝大部分生活在海洋中。在陆地上,生物只局限在地表上下几米的范围内;可是在海洋中,生物几乎是占据着每一个角落,它们的活动范围有时深达11千米以上。

海洋的生物资源大部分集中在近海的一条相对狭长的地带,主要由大陆架、沿海边缘地带的河口区组成。这里有适合绝大多数海生动物、植物生活的环境,例如红树林、盐沼、泥滩、海草和海藻,以及珊瑚礁等。因此这里是最主要的海产品基地,为人类提供了80%以上的海产品。

浩瀚的大海,还蕴藏巨大的能源。如潮汐能、波浪能、海流能等,它们可以循环不息地为人类造福。另外,海底也储藏着丰富的石油、天然气等矿产资源,是人类一个巨大的资源宝库。

1914年,第一次世界大战期间,德国人为了袭击欧洲沿海国家的舰只,在各国沿海设置了不少水雷。布雷以后,他们竖起耳朵,静候着水雷爆炸的喜讯。可是说也奇怪,德国人布置的水雷一颗也没爆炸,那些沿海国家的船只照样进进出出,仿佛有人给他们设置了路标似的,躲过了水雷的,完全通行无阻。

不久,德国人盼望已久的消息终于来了,水雷爆炸了。不过爆炸的水雷并不是在欧洲沿海国家,而是在接近北冰洋的俄国领地新地岛附近。许多国家搞不清楚德国人在这靠近北冰洋的偏僻地区设置水雷的用意。德国军事当局自然心中有数,可他们有苦说不出。这些水雷怎么不在原地呆着,竟自作主张地走了几千千米的海路呢?

原来海洋并非静止不动的,一部分海水经常朝着一定的方向流动,就像奔腾不息的河流。它的规模有大有小,一般情况下长达几千千米,比长江、黄河还要长。宽度就更令人吃惊了,把长江最宽的地方放大几十倍甚至上百倍,才可与它相比。人们把这“海洋中的河流”称为洋流或海流。洋流有冷暖之分,一般把从低纬流向高纬的、比周围水体温度高的洋流称为暖流;把从高纬流向低纬的、比周围水体温度低的洋流称为冷流。

大西洋里的墨西哥湾暖流是世界上规模最大的洋流。它比陆地上任何河流都大得多,它每秒钟输送的水量比长江多1000多倍。它的起点宽度为80千米,深度约800米,并以每小时6.4千米的速度奔腾向前。它的致暖作用甚至能影响到北冰洋一带。

黑潮,又称台湾暖流,是北太平洋一支强大的暖流。对包括我国在内的东北亚环境和渔业生产有很大影响。

俗话说“水往低处流”,这是说河流在重力的驱动下,由高处往低处流。

然而,海面几乎是一个平面,那么是什么力驱动洋流运动的呢?引起海水运动的力有两种:

一种是机械力。这是大气层通过摩擦作用施给海洋的一种推动力,尤以空气大规模运动产生的定向风对海水运动影响最大。

东南信风和东北信风是两股稳定而强劲的风,总是一个劲儿地朝着一个方向刮着。天天如此,月月如此,年年如此。信风劲吹,推波助澜,不但在海面上掀起大大小小的波浪,还把水面的水推动着向一定方向流去。定向风吹的时间越长,流动的海水深度就越深,渐渐地、渐渐地,海洋中就形成了朝着一定方向流动的海中之河——洋流。这种海流称为“风海流”。

另一种是物理化学力。由于咸水比淡水重,冷水比热水重,因此,海水的密度差或温差也会产生洋流,成为深层海水运动的驱动力。

温度低的海水比温度高的海水密度大,盐度大的海水就要比盐度小的海水密度大。所以温度低、盐度大的海水,就不断地下降,而且沿着海洋的底层向温度高、盐度小的海水下面流动;温度高、盐度小的海水,也不断地上升,沿着海洋的表层向温度低、盐度大的海水上面流去,这样就形成了广大范围内的海水运动。这种海流,人们起名为“密度流”。

在两极地区,海面的水很冷,因此它会往下沉。这股不断下沉的水流会沿着整个洋底向热带扩散开来,所以即使在热带,海底的水也是很冷的。深处的冷水最后也因为无处可以容纳而涌向海面。在升到海面以后,它们又会变热并漂向北极区或南极区,并在那里再一次下沉,形成垂直环流。

表层水向深层潜入的现象主要发生在格陵兰南部海域,其次是发生在南极北部。这两处是海水总体循环的必经之路。海水循环之所以极其缓慢,这是原因之一。

由于受海陆地形、地转偏向力的影响,海洋里的洋流就像大气圈的大气环流一样,会形成大洋环流,就整个海洋而言,海水混合时间要数千年,这个时间是很长的。而表层海水混合的时间要短得多,大约是50年。