2.2　地球中水的循环

地球各部位（层圈）的水是相互联系的，处于不断相互转换之中。各层圈水分不断交换的过程，称为水循环（Water Cycle）。

根据水循环所涉及圈层的不同，可将地球中的水循环分为地质循环（Geologic Cycle）和水文循环（Hydrologic Cycle）两种类型。

2.2.1　地质循环

地质循环（Geologic Cycle）是指地球深部层圈的水与浅部层圈的水之间的相互转化过程（图2.1）。

火山喷发及洋脊热液“烟囱”将水从地幔带到地壳浅表、地表、大气和海洋（图2.1中的1），地壳浅表的水通过板块俯冲带进地幔（图2.1中的2），是最直观的水分地质循环。来自地幔的水称为初生水，据估计，每年逸出的初生水量约为2×108m3[21]。

另一种水的地质循环发生在成岩、变质和风化作用过程中。矿物中的水脱出，转化为自由水（图2.1中的3），称为再生水；自由水可转化为矿物结晶水或结构水。沉积成岩时，也将排出水（图2.1中的4），或埋存在沉积物中（图2.1中的5），后者称为埋藏水[21，24]。

查明水的地质循环，有助于分析地壳浅表和深部各种地质作用，对于寻找矿产资源、预测大尺度环境变化和深部地质灾害等，均有重大意义。

2.2.2　水文循环

水文循环（Hydrologic Cycle）是指地球浅部层圈中的水在浅部层圈内的相互转化过程，即大气水、地表水和地下水之间的相互转化过程。

太阳辐射和地球引力是水文循环的一对驱动力。地球浅部层圈中的各种水体，在太阳辐射作用下，不断地蒸散（蒸发和散发或蒸腾）变成水汽进入大气圈，并随气流的运移输送到全球各地，在一定的条件下气态水凝结，在地球引力作用下，形成降水。降落到陆地的降水，部分被植被、地表低洼带和包气带截留，最终以蒸散的形式再进入大气圈，继续上述过程；部分转换为地表和地下径流沿江河回归大海或湖泊，再重复上述过程。降落海洋的降水，通过蒸发转换再返回大气（图2.2）。

水文循环的上限大致可达地面以上16km的高度，即大气的对流层；下限可达地面以下平均2km左右的深度，即地壳中空隙比较发育的部分。

地球浅部层圈的水之所以能够形成水文循环而循环往复，这是因为，一方面地球浅部层圈的水，在常温下能够实现液、气和固三态的转化；另一方面，太阳辐射和地球引力为水文循环提供了一对驱动力。太阳辐射促使水分蒸散、空气流动、冰雪融化等，它是水文循环的能源；地球引力则是形成降水、水分下渗和径流回归海洋的动力。

根据水文循环的整体性与局部性（或循环路径），可以将水文循环分为大循环（外循环）和小循环（内循环）。小循环又可分为陆陆小循环和海海小循环。所谓大循环（外循环）是指在海陆之间的水分交换过程；而小循环（内循环）则指陆地或海洋本身范围内的水分交换过程。

依据水文循环的研究尺度，又可将水文循环分为全球水文循环、流域（区域）水文循环和“水-土-植系统”水文循环。

参与水文循环的各种水体，交替更新的速度差别很大。大气水的循环更新周期仅为8天，每年平均更新约45次。河水循环更新周期平均为16天，每年更新约23次。湖水循环更新周期平均为17年。海洋水循环更生周期为2500年[2，25]。地下水的循环再生周期大于河湖水；土壤水为1年到数年；交替迅速的浅部地下水为数年，交替缓慢的深部地下水，从数百年到数万年不等。表2.4给出了各种水体循环更新的周期。

水文循环对于保障生态环境以及人类生存与发展至关重要。其意义如下。

（1）水通过不断地循环转化，使水质得以净化、水量得以更新再生，形成巨大的、可以重复使用的水资源，使人类获得永不枯竭的水资源。

（2）水文循环是众多物质循环中最重要、最活跃的物质循环，不仅是水资源可再生的根本原因，而且是地球上生命生生不息，能千秋万代延续下去的重要原因之一。

（3）形成一切水文现象，调节气候，维持生态平衡。

通过蒸散进入大气的水汽，是产生云、雨和闪电等现象的主要物质基础。蒸散产生水汽，水汽凝结成固态或液态的水（雨、雪、霜、露、雹），吸收或放出大量潜热。空气中的水汽含量直接影响气候的湿润或干燥，调节地面气候。

（4）形成各种地貌、塑造地球表面。

降水形成的地表径流，冲刷和侵蚀地面，形成沟溪江河；水流搬运大量泥沙，可堆积成冲积平原；渗入地下的水，溶解岩层中的物质，富集盐分，输入大海；易溶解的岩石受到水流强烈侵蚀和溶解作用，可形成岩溶等地貌。

由此可见，水文循环和地质循环是很不同的自然界的水循环。水文循环通常发生于地球浅部层圈中，以自由态H2O分子形式存在和转化，通常循环更替速度快，对地球的气候、水资源、生态环境等影响显著，与人类的生存环境有着直接的密切关系，是水文学与水文地质学的研究重点。而水的地质循环发生于地球浅部层圈与深部层圈之间，循环速度缓慢，常伴有水分子的分解与合成，其对于认识地球的起源、地质演化及地球演化过程中水的作用具有重要的意义。