书城童书《水知识篇》(上)
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第1章 地球是个大“水球”(1)

水的起源

从太空中看,我们居住的地球是一个椭圆形的、极为秀丽的蔚蓝色球体。水是地球表面数量最多的天然物质,它覆盖了地球70%以上的表面。地球是个名副其实的大水球。

水是一种平常的物质,江、河、湖、泊、地下、大气中有水,海洋中更有水。地球上的水不仅孕育了人类和一切生物,还为人类提供了各种资源和文明的物质基础。水是宝贵的自然资源。

现在我们知道,地球上的水面约占地球表面的71%,其水的总量约为13.8亿立方千米,其中海洋中的水约占96.5%,陆地冰川、河流、湖泊和地下水以及大气中的水汽加在一起,只占地球上全部水量的3.5%左右。

人们要问,地球上这么多的水到底是从哪里来的呢?

对于这个问题,根据目前科学发展现状,我们可以归纳为三种主要假说。

第一种假说认为,地球上的水来源于原始大气。他们推测,在地球历史的早期,地球的温度一定很高,地球上不可能有液态水存在。当时的水只能以水蒸气的方式存在于大气中。后来,地球慢慢地冷却,当温度达到水的沸点以下的时候,气态的水便凝结成液态的水,形成降水,落到地面。他们想象,原始大气中水的数量之大是十分惊人的,由气态水变成液态水的过程也一定很长很长。就是说,要经过数万年不间断的降水,才能使地球表面所有的低洼地方都积满水,这样,原始海洋也就形成了。

科学家们还找到了地球上最古老的沉积岩(由流水作用堆积而形成的岩石)。有了沉积岩,就可以证明当时有水的存在。他们用仪器测算出最古老的沉积岩年龄为35亿年~38亿年。也就是说,在遥远的38亿年前,地球上就已经出现了水。

大气来源说有它的不足之处。因为有人推测,在地球历史早期,地球的温度很高,地球上的水只能以水蒸气的形式弥漫在大气中,那么为什么这些水汽没有逸散到地球以外的宇宙空间去呢?

于是又有另外一种假说——岩浆析出说应运而生。岩浆析出说认为,地球上的水是本来就有的。只不过在地球早期,这些水没有从地球中分离出来,而是大部分以结晶水的形式藏在地球内部,或者干脆就直接溶解在岩浆中。后来,随着地球的演化,这些包含在地球内部的水通过火山喷发,也可能通过岩浆侵入等方式跑出来,进入地表。

我们知道,在地壳以下有一层很厚的地幔层。一位俄国科学家曾经做过这样的计算,他估计,地幔层中共储存水20×1024克。而现在地球表面所有的水加在一起也仅仅占其中的13%,剩下87%的水量仍然存在地幔里,成为不断补充地表水分的后备水源。有人还对地球上的火山喷发进入大气的水做过大概的估计,认为,目前全世界每年仅因为火山爆发,就带到大气中4000万吨~5000万吨的水。地球历史那样漫长,由于火山等原因进入地球表面的水分,最后形成海洋等巨大的水体一定不成问题。

最近,又有一种假说非常流行。他们认为,地球上的水是从宇宙空间来的。产生这种假说的重要根据,是他们发现地球周围的许多彗星原来是由冰晶组成。宇宙空间的彗星成千上万,并且不断和地球相遇,进入大气层,来到地球上。他们估计,大约每分钟就有20颗平均直径为10米以内的彗星进入大气,每颗彗星可以释放出100吨水。虽说一颗彗星的水量不是很大,但是频率很高,时间一长,足以形成地球上庞大的水体。上述三种假说哪一种更接近科学呢?可以说,到现在为止,还没有一个公认的答案。大气来源说因为有较严重的缺陷,谈论的人已越来越少。另外两种说法也不能说哪个更接近科学,只能说各有各的道理。也许地球上的水本来就是多源的,既有地球内部的来源,也有“天外来客”。只推崇一种来源,而摒弃另一种来源,也许是不可取的。

一个小孩在用自来水冲冼西红柿时,突发奇想,问妈妈:世界上为什么会有水,它从哪里来?妈妈回答:从天上来!显然妈妈并没有考虑过这个问题,即使考虑了,也不一定答得出来。

中国自古就流传着一句古话:“黄河之水天上来”。早在距今45亿~50亿年前,地球刚刚诞生时,没有河流,也没有海洋,更没有生命,它的表面是干燥的,大气层中也很少有水分。那么如今浩瀚的大海,奔腾不息的河流,烟波浩淼的湖泊,奇形怪状的万年冰雪,还有那地下的清泉伏流和天上的风云雾雨,这些水是从哪儿来的呢?

原来,地球是由太阳星云分化出来的星际物质聚合而成的,它的基本组成有氢气和氮气以及一些尘埃。固体尘埃聚集结合形成地球的内核,外面围绕着大量气体。地球刚形成时,结构松散,质量不大,引力也小,温度很低。

后来,由于地球不断收缩,内核放射性物质产生能量,致使地球温度不断增高,有些物质慢慢变软熔化,较重的物质,如铁、镍等聚集在中心部位形成地核,最轻的物质浮于地表。随着地球表面温度逐渐降低,地表开始逐步形成坚硬的地壳。但因地球内部温度很高,岩浆活动就非常激烈,火山喷发十分频繁,地壳也不断发生变动,有些地方隆起形成山峰,有些地方下陷形成低地与山谷,同时喷发出大量的气体。由于地球体积不断缩小,引力也随之增加,此时,这些气体已无法摆脱地球的引力,从而围绕着地球,构成了“原始地球大气”,原始大气由多种成分组成,水蒸气便是其中之一。

水蒸气又是从哪儿来的呢?组成原始地球的固体尘埃,实际上就是衰老了的星球爆炸而成的大量碎片,这些碎片多是些无机盐之类的东西,在它们的内部蕴藏着许多水分子,即所谓的结晶水合物。结晶水合物里面的结晶水在地球内部高温作用下离析出来就变成了水蒸气。

喷到空中的水蒸气达到饱和时便冷却成云,变成雨,落在地面上,聚集在低洼处,逐渐积累成湖泊和河流,最后汇集到地表最低区域形成海洋。

地球上的水在开始形成时,不论湖泊或海洋,其水量不会很多,随着地球内部产生的水蒸气不断地被送入大气层,地面水量也不断增多,经历几十亿年的地球演变过程,最后终于形成了我们现在所看到的江河湖海。

水少成患

翻开地图一看,便觉得海洋包围着大陆,浩瀚广阔,无边无沿;陆地中星罗棋布大小不等的湖泊,以及工程浩大的人工湖泊——水库;长流不息的江河,构成了蓝色的基调。据测地球上大约有14.5亿立方公里的水,这是个大得惊人的数量。如果把这些水均匀铺在地球表面上,那么平均水深可达2800多米。因此,地球可称为“水球”。有人要问,水是自然界里最普通的物质之一,从天上到地下,皆有水的源头,为什么还满足不了人们的生活、生产用水需要呢?这是因为,水在地球上虽然到处可见,但和人类关系最密切的却只是源于江、河、湖、泊、水库和地下的淡水。

而占地球总水量94%的海水。因为盐分很高,还不能为人类直接利用。应该说地表上的淡水资源主要是固态水——冰川,它占陆地面积11%,厚度从几米、几百米一直到几千米。但它们多分布在南、北两极或人迹罕到的高山,、目前还不能大量开发与利用。湖水虽然占一定比例,但也有一半是咸水。就是目前能为人们所利用的那些江河水、水库水,却又分布不均,而且只占淡水储量的30%左右。在干旱、半干旱和沙漠地区,降雨量少,河道有时常年干涸,地下水源又贫瘠。由此可见,地球上水虽然多,但目前能为人类所开发利用的却很少。随着人类经济活动的不断发展,随着人口和经济的快速增长,在人类即将步入21世纪大门的时候,当今世界上却有80个国家,约20多亿人口正面临淡水资源危机,其中26个国家的3亿多人正生活在缺水状态中,到2010年,还将增加8个国家。1972年召开的联合国人类环境会议上,许多国家的伛表都认定,缺水是个世界性的问题。如今的“水球”,水资源正面临着严峻的挑战。

中国既是个人口大国,也是个贫水大国。中国的水资源说起来并不算少,水资源总量为2.8万亿立方米,居世界第六位。但是同人口数量一除,就少得可怜了,人均占有量仅为2400立方米,只相当于世界人均水平的1/4,居世界第109位。从总体上看,中国是一个干旱缺水的国家,为世界13个贫水国之一。

中国是一个发展中国家,人口已由1949年时的4亿多人增长至12亿多人;城市数量已由1949年的不到200个,发展到目前的600多个;农业灌溉面积比1949年增长了两倍多;工业更是飞速发展,城市生活需水量几十倍、成百倍地增长。人要喝水,农业要喝水,工业要喝水,城市要喝水……中国水资源的紧缺已向人们亮出了“黄牌”。

中国的水还有其自身的毛病,降水时间集中,可利用水少。中国地处亚欧大陆东侧,由于受气候条件的影响,全年60%的降雨量集中在夏秋两季的3~4个月里。每逢汛期,暴雨降落,河水猛长,滔滔江水一泻千里,注入汪洋大海,只有很少一部分为水库、塘坝等蓄集。地区分布不均,东南多,西北少。由于季风气候的影响,南方雨量充沛,水资源丰富,但耕地面积只占全国的36.3%,人口占全国的54%;而西北则干旱、少水,但耕地占全国63.7%,人口约占全国的46%;特别是黄、淮、海河流域地区,水量只占全国径流量的5%,而人口占全国的30%,耕地占37%,形成了水少地多、人口多的局面。地下水与地表水不相适,难于取长补短。中国地下水资源约有7000亿立方米/每年,是比较丰富的。但在分布上,地表水多的地方地下水也多,地表水少的地方地下水也少,无法互补。

中国是农业大国,农业缺水量大。耕地平均分摊水量只有世界平均数的3/4。目前农业每年缺水约300亿立方米,受旱面积达2~3亿亩,还有8000万农村人口饮水困难。城市供水量也不足,中国517个城市中,有300多个缺水,年缺水量达58亿立方米,日缺水1600万吨,已严重制约城市经济发展和居民生活用水的需求。

干旱的土地水污染日趋严重。中国每年排放污水量达360多亿吨,其中80%的污水未经处理直接排入江河湖泊。目前七大江河水系中,近一半的河段污染严重,有的甚至鱼虾绝迹。流经城市的河段十有八九水质超标,每年因污染造成的直接经济损失达300亿元。而且水资源浪费严重。北方地区灌溉渠系是土渠,防渗性能差,水的利用系数仅为0.3%左右。城市及工业用水量浪费大,水的重复利用率均在50%左右。这些因素,更加剧了中国水资源的危机。“中国的水”,真不是一个轻松的话题呀!

水少就意味着干旱。干旱缺水不仅给工业生产和城市居民生活带来影响,还会给农业造成严重损失。80年代以来,中国北方许多大中城市因缺水造成部分电厂、工厂停产或限产。工业缺水,每年因此损失产值1200亿元。山东淄博炼油厂,其水源地的地下水几乎一度接近抽干。南方一些省市陆续出现“水荒”。1991年深圳出现的水荒,每天的损失就达2000多万元。46年来的灾情统计表明,在中国自然灾害中,旱灾对农业产量的影响最大。进入90年代,每年受旱面积4亿亩左右,比50年代增加一倍半以上,成灾面积增加3倍。90年代,中国粮食生产有4年出现徘徊,4年因天旱减产粮食350多亿公斤。而且全国可发展灌溉面积约9.6亿亩。由于农田灌溉设施建设相对滞后,目前灌溉面积只有7.5亿亩,而每年的实际灌溉面积只有6亿亩,大大影响了粮食的产量。全国农村还有7000万人、6000万头牲畜饮水困难。1995年,本是大水之年,可是旱魔依旧不依不饶。南方是先涝后旱,东北是东涝西旱,西北是春旱连夏旱,全国有3000万亩土地几乎颗粒无收。

非洲,自1982年开始,遭到了百年不遇的旱灾,持续几年的旱灾,使600万人流离失所,36个国家的1.5亿人面临着饥饿的威胁。仅1983年就有1600万人死于饥饿和与营养不良有关的疾病。人们到处可以看见骨瘦如柴的人群、倒毙的牲畜、干涸的河流、龟裂的田地;以及儿童们饥饿难忍的神情、垂危老人绝望的目光……面对着灾难,联合国向世界各国政府发出了呼吁,称这次旱灾为“非洲近代史上人类最大的灾难”,要各国赶快抢救非洲的灾民。目前一般都认为,非洲的干旱与森林的破坏有直接的关系。1981年,肯尼亚再生能源调查委员会发表了一个惊人的调查报告说,他们担心,说不定再过十几、二十年,肯尼亚就不会再有森林或木柴了。这个国家的森林正在被各家各户的炭炉所烧掉。就是这些炭炉,每年要烧掉约720万吨木材,占肯尼亚全年木材消耗量的1/3以上。

森林的减少,已经对环境造成了四大恶果:

首先,山洪骤然暴发变得更加频繁了。其次,暴雨会很快冲掉大量肥沃、珍贵、失而不可复得的土地,造成农业的日益减产。第三,供水力发电的水库有被污泥淤塞的危险。第四,由于森林面积减少,使气候发生了变化,雨水减少,即使在雨季,雨量也很少。

因此,调查报告最后警告说,假如屈指可数的森林继续按这样的速度受到破坏,那么,这个东非国家将会遭到生态上的巨大灾难。

我们居住的地球,70.8%的表面为水覆盖着,可就在这“水球”上,却闹起了水荒。

拿我国来说,素有“八水绕长安”之美称的古都西安市,前些年,缺水矛盾已非常突出。建国以来,西安市作为全国重点建设城市之一,工农业生产和城市建设事业突飞猛进,城市人口迅速增长,对水的需求呈直线上升之势。市区夏季高峰用水期有60%的地区水压低,影响63万人的正常生活;20%的地区经常断水,在一些地势较高的地区和供水管网末端区,有时人们只能等待政府派来的洒水车和消防车救急。工业发展也因缺水而受到限制,据统计,全市每年约有200家企业因缺水而转产或停产,因此,减少工业产值近50亿元。

有人可能会问,西安“八水绕长安”,为什么不从近郊的诸河中取水?可是这些河流自唐代后期起,由于森林遭到大肆破坏,水土失去涵养而日渐衰落,诸河流量逐年贫枯。有的河流每年垄断流长达120~250天。严重的水土流失使大部分的河流泥石俱下,水质特别浑浊,再加上上游不断兴建的水利设施,可给城市供水的水源就变得十分有限。另外,每天约70多万吨工业废水排入近郊河流,加上从渭河上游泄下的大量工业废水,使西安地区的浅层地下水遭到不同程度的污染,从而,开发地下水不管从质还是从量上说,都受到了限制。