2.2　地球中水的循環

地球各部位（層圈）的水是相互聯系的，處于不斷相互轉換之中。各層圈水分不斷交換的過程，稱為水循環（Water Cycle）。

根據水循環所涉及圈層的不同，可將地球中的水循環分為地質循環（Geologic Cycle）和水文循環（Hydrologic Cycle）兩種類型。

2.2.1　地質循環

地質循環（Geologic Cycle）是指地球深部層圈的水與淺部層圈的水之間的相互轉化過程（圖2.1）。

火山噴發及洋脊熱液“煙囪”將水從地幔帶到地殼淺表、地表、大氣和海洋（圖2.1中的1），地殼淺表的水通過板塊俯沖帶進地幔（圖2.1中的2），是最直觀的水分地質循環。來自地幔的水稱為初生水，據估計，每年逸出的初生水量約為2×108m3[21]。

另一種水的地質循環發生在成巖、變質和風化作用過程中。礦物中的水脫出，轉化為自由水（圖2.1中的3），稱為再生水；自由水可轉化為礦物結晶水或結構水。沉積成巖時，也將排出水（圖2.1中的4），或埋存在沉積物中（圖2.1中的5），后者稱為埋藏水[21，24]。

查明水的地質循環，有助于分析地殼淺表和深部各種地質作用，對于尋找礦產資源、預測大尺度環境變化和深部地質災害等，均有重大意義。

2.2.2　水文循環

水文循環（Hydrologic Cycle）是指地球淺部層圈中的水在淺部層圈內的相互轉化過程，即大氣水、地表水和地下水之間的相互轉化過程。

太陽輻射和地球引力是水文循環的一對驅動力。地球淺部層圈中的各種水體，在太陽輻射作用下，不斷地蒸散（蒸發和散發或蒸騰）變成水汽進入大氣圈，并隨氣流的運移輸送到全球各地，在一定的條件下氣態水凝結，在地球引力作用下，形成降水。降落到陸地的降水，部分被植被、地表低洼帶和包氣帶截留，最終以蒸散的形式再進入大氣圈，繼續上述過程；部分轉換為地表和地下徑流沿江河回歸大海或湖泊，再重復上述過程。降落海洋的降水，通過蒸發轉換再返回大氣（圖2.2）。

水文循環的上限大致可達地面以上16km的高度，即大氣的對流層；下限可達地面以下平均2km左右的深度，即地殼中空隙比較發育的部分。

地球淺部層圈的水之所以能夠形成水文循環而循環往復，這是因為，一方面地球淺部層圈的水，在常溫下能夠實現液、氣和固三態的轉化；另一方面，太陽輻射和地球引力為水文循環提供了一對驅動力。太陽輻射促使水分蒸散、空氣流動、冰雪融化等，它是水文循環的能源；地球引力則是形成降水、水分下滲和徑流回歸海洋的動力。

根據水文循環的整體性與局部性（或循環路徑），可以將水文循環分為大循環（外循環）和小循環（內循環）。小循環又可分為陸陸小循環和海海小循環。所謂大循環（外循環）是指在海陸之間的水分交換過程；而小循環（內循環）則指陸地或海洋本身范圍內的水分交換過程。

依據水文循環的研究尺度，又可將水文循環分為全球水文循環、流域（區域）水文循環和“水-土-植系統”水文循環。

參與水文循環的各種水體，交替更新的速度差別很大。大氣水的循環更新周期僅為8天，每年平均更新約45次。河水循環更新周期平均為16天，每年更新約23次。湖水循環更新周期平均為17年。海洋水循環更生周期為2500年[2，25]。地下水的循環再生周期大于河湖水；土壤水為1年到數年；交替迅速的淺部地下水為數年，交替緩慢的深部地下水，從數百年到數萬年不等。表2.4給出了各種水體循環更新的周期。

水文循環對于保障生態環境以及人類生存與發展至關重要。其意義如下。

（1）水通過不斷地循環轉化，使水質得以凈化、水量得以更新再生，形成巨大的、可以重復使用的水資源，使人類獲得永不枯竭的水資源。

（2）水文循環是眾多物質循環中最重要、最活躍的物質循環，不僅是水資源可再生的根本原因，而且是地球上生命生生不息，能千秋萬代延續下去的重要原因之一。

（3）形成一切水文現象，調節氣候，維持生態平衡。

通過蒸散進入大氣的水汽，是產生云、雨和閃電等現象的主要物質基礎。蒸散產生水汽，水汽凝結成固態或液態的水（雨、雪、霜、露、雹），吸收或放出大量潛熱。空氣中的水汽含量直接影響氣候的濕潤或干燥，調節地面氣候。

（4）形成各種地貌、塑造地球表面。

降水形成的地表徑流，沖刷和侵蝕地面，形成溝溪江河；水流搬運大量泥沙，可堆積成沖積平原；滲入地下的水，溶解巖層中的物質，富集鹽分，輸入大海；易溶解的巖石受到水流強烈侵蝕和溶解作用，可形成巖溶等地貌。

由此可見，水文循環和地質循環是很不同的自然界的水循環。水文循環通常發生于地球淺部層圈中，以自由態H2O分子形式存在和轉化，通常循環更替速度快，對地球的氣候、水資源、生態環境等影響顯著，與人類的生存環境有著直接的密切關系，是水文學與水文地質學的研究重點。而水的地質循環發生于地球淺部層圈與深部層圈之間，循環速度緩慢，常伴有水分子的分解與合成，其對于認識地球的起源、地質演化及地球演化過程中水的作用具有重要的意義。