水循环(也称为水文循环)是水在海洋、天空和陆地之间永无止境的旅程。同样的水被反复使用:它上升到空气中,形成云,落回地球,然后流回起点。在本页中,您将按顺序了解每个阶段——蒸发、凝结、降水和汇集——以及清晰的图示、例题和一个可以亲自命名每个阶段的互动练习。
什么是水循环?
水循环是水在地球表面、上方和下方持续不断的运动。水永远不会被创造或消灭——同样的水只是反复改变其状态和位置。它可以是液体(海洋、河流、雨水)、气体(空气中看不见的水蒸气)或固体(雪和冰)。
驱动整个循环的能量来自太阳。阳光加热海洋和湖泊中的水,将其变成蒸气上升到天空。随后,重力将水拉回地面,形成雨或雪,并流经陆地回到大海。因为它是一个没有起点也没有终点的循环,所以我们称之为循环。
了解水循环可以解释雨水从何而来,为什么有些日子多云,以及海洋中的一滴水如何在几周后出现在山间的河流中。
水循环的阶段及其工作原理
水循环在一个由太阳和重力驱动的四个主要阶段的循环中运行:蒸发 → 凝结 → 降水 → 汇集,然后重新开始。第五个过程,蒸腾,增加了来自植物的水蒸气。跟随下图中的循环——最后一个阶段总是反馈到第一个阶段。
每个阶段的解释:蒸发、凝结、降水、汇集
蒸发是指太阳的热量将液态水变成一种称为水蒸气的气体。它主要发生在温暖的海洋和湖泊上方。水蒸气是看不见的,由于暖空气比冷空气轻,所以它会上升。
蒸腾类似于蒸发,但来自植物。树木和草类从土壤中吸收水分,并通过叶片上的微小气孔以蒸气的形式释放出来。蒸发和蒸腾合在一起有时被称为蒸散。
凝结是蒸发的逆过程。在大气高层,空气寒冷,因此水蒸气冷却并变回微小的液滴。数十亿个这样的液滴聚集在一起,就是我们看到的云。(当水滴在冰冷的玻璃杯上形成时,也会发生同样的情况。)
降水发生在云滴结合到太重而无法漂浮时。重力随后将它们拉向地面,形成雨、雪、雨夹雪或冰雹,具体取决于温度。
汇集(也称为径流)是最后一个阶段。落下的水顺着地势流向溪流、河流、湖泊和海洋,或者渗入土壤成为地下水。一旦汇集起来,太阳就可以再次将其蒸发——整个循环重复进行。下表简要总结了每个阶段。
| 阶段 | 发生过程 | 地点 |
|---|---|---|
| 蒸发 | 液态水变成水蒸气 | 海洋、湖泊、河流 |
| 蒸腾 | 植物从叶片释放水蒸气 | 森林、田野、草地 |
| 凝结 | 水蒸气冷却成液滴并形成云 | 高空 |
| 降水 | 水以雨、雪、雨夹雪或冰雹形式落下 | 从云层到地面 |
| 汇集 | 水聚集或渗入地下(径流) | 海洋、河流、土壤 |
为什么水循环很重要
水循环是地球上最重要的系统之一。它:
- 提供淡水。 蒸发将盐分留在海洋中,因此落下的雨水是我们饮用和农业灌溉所需的淡水。
- 塑造天气。 云、雨、雪和风暴都是循环过程的体现。
- 在地球各处转移能量和热量,有助于保持温度平衡。
- 连接世界的每一个角落。 从太平洋蒸发的一滴水,几个月后可能作为雪落在山上,并流经河流。
例题:跟随一滴水
演示:一滴雨水的完整旅程
让我们跟随一滴水走完整个循环,看看各个阶段是如何连接的。
起点——在海洋中。 我们的水滴漂浮在太平洋温暖的表层水中。
第1步——蒸发。 太阳加热表面。水滴获得能量,变成看不见的水蒸气,并上升到空气中。(注意盐分留在了海洋中——这就是为什么雨水是淡水。)
第2步——凝结。 在高空,空气寒冷。水蒸气冷却并变回微小的液滴。它与数百万个其他液滴汇合形成云。
第3步——降水。 风将云吹到陆地上。液滴不断结合直到变重,我们的水滴作为雨落下。
第4步——汇集。 雨滴落在山坡上,顺流而下(径流)进入溪流,然后是河流,最后回到海洋——或者作为地下水渗入土壤。
回到起点。 一旦它再次到达温暖的水域,太阳就可以将其蒸发,整个旅程重复进行。水滴从未被消耗掉——它只是不断改变状态和地点。
关于水循环的常见误区
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混淆凝结和降水。
凝结是水蒸气变成液滴并形成云的过程——水仍留在天空中。降水是水真正以雨、雪或冰雹的形式落到地面。云先形成(凝结);雨随后落下(降水)。
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认为水会被“用完”或认为有新水产生。
在循环中,水永远不会被创造或消灭。同样的水被无休止地循环利用——它只是改变状态(液体、气体、固体)并移动到新的地方。您今天喝的水可能几年前是地球另一端的雨水。
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混淆蒸发和蒸腾。
两者都向空气中添加水蒸气,但来源不同。蒸发来自海洋和湖泊等开放水域。蒸腾来自植物通过叶片释放水蒸气。科学家有时将它们合并为一个词:蒸散。
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认为云是由水蒸气组成的。
水蒸气是一种看不见的气体——您看不到它。云是由凝结形成的微小液态水滴(或冰晶)组成的。这正是为什么您能看到云,却看不到周围水蒸气的原因。
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认为循环有固定的起点或终点。
水循环是一个没有真正起点或终点的循环。我们通常从蒸发开始解释,因为太阳驱动它,但汇集直接流回蒸发,所以它一直在持续。
水循环:问答
水循环的四个主要阶段是什么?
四个主要阶段是蒸发、凝结、降水和汇集(径流)。蒸发将液态水变成水蒸气,凝结形成云,降水带来雨或雪,汇集将水聚集起来以便循环重新开始。来自植物的蒸腾作用通常被作为第五个过程。
水循环是如何简单工作的?
太阳加热水,水作为蒸气蒸发到空气中。在高空,蒸气冷却并凝结成云。当云变重时,水以降水(雨或雪)的形式落下。水汇集在河流、湖泊和海洋中,然后再次蒸发——这是一个由太阳和重力驱动的永无止境的循环。
蒸发和凝结有什么区别?
它们是相反的过程。蒸发利用太阳的热量将液态水变成气体(水蒸气)。凝结在空气冷却时将水蒸气变回液体。蒸发将水送往天空;凝结在那里形成云。
是什么驱动了水循环?
太阳提供能量。它的热量驱动蒸发,将水提升到大气中。重力随后完成其余的工作,将降水拉下,并使汇集的水顺着地势流向大海。
水循环中的降水是什么?
降水是任何从云层落到地面的水形式。根据温度,它可以是雨、雪、雨夹雪或冰雹。当云滴结合到太重而无法留在空气中时,就会发生降水。
什么是蒸腾作用,它与蒸发有何不同?
蒸腾作用是植物通过叶片上的微小气孔将水蒸气释放到空气中的过程。它类似于蒸发,但水来自植物而不是海洋或湖泊等开放水域。它们合称为蒸散。
我们今天喝的水和古代的水是同一种吗?
是的。因为水在循环中被永远循环利用且永不耗尽,所以您喝的水已经存在了数十亿年。同样的分子可能曾经是史前海洋、恐龙时代暴雨或冰川的一部分。