循环的水分
佛教认为生命个体会循环,但这需要想象力去认识。
而在自然界,组成水的分子H2O却是实实在在经历着生命的循环。首先,不像地球上任何事物,水有三种相态:固态、液态和气态。由于水的相态变化所需要的能量相对较低,水在三种相态之间自由变换。也因此,水无处不在。比如人类身体有多达60%是水分。在高山之巅、在寒冷的南北极,水以冰和雪的固态形式存在。水可以地下水形式存在于地下。任意时刻,大气中的水汽含量约为12900km3,或129亿吨。如果这些水汽同时以降水形式落到地球表面,其平均厚度可达2.5厘米深,且覆盖全球每个角落。空气中的水汽能有效吸收红外长波辐射,它的含量远远超出其他温室气体含量,因此水汽是重要的温室气体之一。随着气候变暖,大气中的水汽含量还会越来越多,加剧气候变暖。
地球上的水已经存在了38-42.8亿年。那么这些水是怎么做到永不消逝,无限循环的呢?自然界的水循环指的是水从地球到大气,又从大气返回到地球的永不停歇的过程,它没有起始点。想象一下,把陆地、海洋和大气当成三个大型的水池,地球的重力作用和大气中的气压梯度力是传输带,而让传输带运行的发动机则是太阳(见图1)。太阳辐射加热陆地表面和海洋表面后,表面的水分子因吸收热量而有足够的能量逃离束缚,上升到空气中,变成自由的水汽。这个从液态变成气态的过程叫蒸发。此外植物通过根系作用从地下抽取水份在光合作用时释放出水汽,同时吸收CO2,这个过程叫蒸腾。蒸发和蒸腾总和起来被称为蒸散发。蒸散发是地球上水循环的重要过程。逃到大气中的水汽在气压梯度力作用下,在空气中自由运动。在适当条件下凝结变成云,其中有的水滴会越变越大,最终被重力作用拽到地球表面。这个过程叫降水,可以是降雨或降雪,是水循环过程中的另一个重要环节。到达地面的水,部分沿着起伏不平的地面通过河流到达湖泊或者最终到达海洋;部分渗入到地下,补给地下水。地下水虽然没有地表面的河流流动快,但它最终也要到达海洋;部分降水以冰雪形式存储,随着消融缓慢释放补给河流,其被称为天然水库。这就是一个自然的水循环过程。全球陆面上水量平衡的主要分量包括到达地面的降水(0.77米)、地面径流(0.29米)、蒸散发(0.48米)。而在全球包括陆面和海面的水量平衡分量中只有降水和蒸散发,各自约为1米。其中蒸散发将水汽从地球表面送回大气,而降水又将水分从大气带回地面。它们的量相等,达到平衡状态。就这样,水循环时时刻刻都在进行,永不停歇。说不定,你身上的某一个水分子H2O,在几千万年前曾经在已经消失的恐龙身上停留过!
图为水循环示意图。其中的主要组成为太阳辐射、蒸发、蒸腾、云、降水、升华、下渗、地面径流、地下径流、积雪和冰及其融水径流(刘哲供图)
然而,人类活动已经改变了自然的水循环,尤其是针对地面水的分配。人们修建了水库,改变了河道水的季节分配;改变了自然河道走向,增加河道的枝枝叉叉,让河道里的水转弯拐角到达农田,灌溉使农业生产增收;人们抽取地下水,为城市生活和工农业生产提供所需水。如果不依据科学制定可持续性发展的合理水资源规划而滥用水资源,将会遭到自然的惩罚。位于中亚的咸海流域,由于人类过度攫取水资源,改变当地水循环过程,使得这个全球原本第四大淡水湖由1960年代的68000平方公里,缩小到2017年的9500平方公里。临近咸海的乌兹别克斯坦卡拉卡帕克斯坦自治区莫伊纳克镇的生态系统遭受严重破坏。渔业受到毁灭性打击,港口消失,渔船生锈(图2)。干涸湖底变成沙漠,盐碱类沉积物随风飘散,造成当地的空气污染。咸海的灾难被联合国定位为“人类最大的环境灾难之一”。这类无限度的人类活动给咸海周边地区带来了很多社会问题,值得人们深思。(中国西藏网 文/兰措 作者系中国科学院青藏高原研究所研究员)
图为原咸海湖面所在地,现在渔船已经生锈,变成了生态灾难的见证者(兰措2019年摄于乌兹别克斯坦卡拉帕克斯坦自治区莫伊纳克)
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