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第9章 水的作用(6)

感冒是许多疾病的诱因,虽然它本身不是很严重的病。对久卧病床的人或老人,感冒往往会使原来的病恶化,甚至病重而死。

一旦染上感冒,便应多喝水,为什么?感冒时往往食欲不振,什么食物都少吃或不想吃,如果长时间不喝水补充失去的水分,就会脱水;如果发烧,新陈代谢加速,排出的二氧化碳增多,人便需要更多的氧气,呼吸速度因而加快并散发一些水气、热气,导致体内水分逐渐散发。发高烧时,人体具有自卫本能,即靠皮肤和呼吸排出水气以调节体温。这些水气有时觉察不出来,在高烧极点而降温时,可能让你满头大汗、全身湿透。若体内水分不足,大汗之后,人通常会虚脱。所以感冒时一定要多喝水,当然,是洁净的水。

十、水与气候的关系

水圈与大气圈都是气候系统的组成部分,水体和大气的运动共同影响着地球上的气候。大气是气候系统中最活跃的因素,受水体分布、运动等多种因素的影响,大气的运动状况会随之发生调整,导致全球气候及区域气候的形成。反过来,大气环流和气候也影响着水的时空分布。

地球上水体的分布极不均匀,其中海洋占据了地球表面积的70.8%,全球10m厚的海洋水的总质量就相当于整个大气圈的质量。因此,地球水圈的主体——海洋,对气候的形成意义很大;陆地水虽然相对少得多,但在区域气候及自然地理环境中仍然是很重要的组成部分。

1.海洋水与环流、气候

由于地球上大面积海洋水体的存在,到达地表的太阳辐射约有80%被海洋所吸收,且将其中的85%左右的热能储存在大洋表层,这部分能量再以长波辐射、蒸发潜热和湍流显热等方式输送给大气给出年平均逐日从海洋输入大气的总热量。海洋还通过蒸发作用,向大气提供约86%的水汽来源。

在总热量中,平均而言输送的潜热约为显热的8倍强。这种热量的输送,不仅影响大气的温度分布,更重要的是它是驱使大气运动的能源,在大气环流的形成和变化中有着极为重要的作用。因此可以说,海洋是大气环流运转的能量和水汽供应的最主要的源地和储存库,对地球气候的形成起着不可忽视的作用。

由于水体在全球的不均匀分布,对大气环流及区域气候产生了明显的影响。在受海洋影响深刻的地区出现了特殊的气候―海洋性气候。由于海洋巨大的热力调节作用,海洋性气候区内的温度,无论是日较差、年较差还是年温相时等,都与大陆性气候有着明显的差异。

同时,受海洋充足水汽的影响,海洋性气候区内空气的湿度大,云雨天气也明显多于大陆性气候区,降水充沛。如终年受大西洋深刻影响的欧洲西部,其气候与亚欧大陆中部截然不同,就是这个原因。

又由于海陆热力性质的巨大差异,产生了大范围内的季风环流。冬季海洋是热源,大陆是冷源,夏季相反,冬夏不同的季节产生的气压梯度方向不同,促使气流季从大陆吹向海洋,盛行冬季风;夏季从海洋吹向大陆,盛行夏季风。季风环流的强弱与海陆热力差异的大小有关,海陆面积对比越大,热力差异越明显,形成的季风环流越强,反之则弱。

所以在世界最大的大陆——亚欧大陆和最大的大洋——太平洋之间形成的东亚季风最强盛,形成了世界著名的季风气候区。由于季风气候的存在,破坏了全球气候分布的纬度地带性,形成了独特的季风气候。

洋流对气候的影响主要表现在暖洋流的增温增湿作用和冷洋流的降温减湿作用。冷暖洋流的不同作用,在不同的纬度影响大小不尽相同;低纬度以冷洋流作用明显,中高纬度以暖洋流作用显著。冷洋流使流经的海面低层空气温度降低且趋于稳定,不易形成降水,常产生雾。

如澳大利亚、非洲和南美西岸荒漠的形成,都与冷洋流有关;暖洋流使流经的海面低层空气温度升高,气层变得不稳定,易形成明显的降水。如欧洲西海岸由于受强大的北大西洋暖流影响,形成了世界上面积最大的、温暖多雨的温带海洋性气候。

2.陆地水与环流、气候

陆地水中与气候直接相关的是地表水,主要为河流、湖泊水。地表水能直接增大大气中的水汽含量,使河湖及邻近地区上空的湿度增大;同时,地表水还能调节局地气温,使沿河湖地区的气温变化不致过于激烈。这样,有可能在一定的范围内形成特有的气候,如在大的湖区形成的湖泊小气候。

3.环流、气候与水的分布

由于大气全球性的环流运动,调整了地球上水分的时空分布,在地球气候的形成中起着重要的作用。若终年在单一环流的控制下,则形成单一的气候类型;若处于大气环流的交替地区,则形成过渡型的气候类型。

地表水通过蒸发不断地向空中传输,低纬的水分不断地向高纬运移,海洋水分不断向陆地输送,到了适当的时间和地点,通过降水的形成又回到地表,实现了水分的重新分布。

上升气流为主的低纬气候区常常是水分的输出区,而中高纬陆上常常是水分的输入区,尤其在降水集中的季节。

如东亚季风区,夏半年盛行从海洋吹来的暖湿气流,携带着大量的水汽,使受之影响的地区湿度增大,降水增多;同时,也改变了大气湿度的季节分布,相对湿度的最高值,并不出现在温度较低的冬季而出现在夏季,最低值不出现在温度最高的夏季,而出现在冬季。如南京市7月平均相对湿度高达81%,而1月却只有72%。

十一、水和水体的作用

水对气候具有调节作用。大气中的水汽能阻挡地球辐射量的60%,保护地球不致冷却。海洋和陆地水体在夏季能吸收和积累热量,使气温不致过高;在冬季则能缓慢地释放热量,使气温不致过低。

海洋和地表中的水蒸发到天空中形成了云,云中的水通过降雨落下来变成雨,冬天则变成雪。落于地表上的水渗入地下形成地下水;地下水又从地层里冒出来,形成泉水,经过小溪、江河汇入大海。形成一个水循环。

雨雪等降水活动对气候形成重要的影响。在温带季风气候中,季风带来了丰富的水气,形成明显的干湿两季。

此外,在自然界中,由于不同的气候条件,水还会以冰雹、雾、露水、霜等形态出现并影响气候和人类的活动1.对地理的影响地球表面有71%被水覆盖,从空中来看,地球是个蓝色的星球。水侵蚀岩水土壤,冲淤河道,搬运泥沙,营造平原,改变地表形态。

表层水体构成了水圈,包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气中的水。由于注入海洋的水带有一定的盐分,加上常年的积累和蒸发作用,海和大洋里的水都是咸水,不能被直接饮用。某些湖泊的水也是含盐水。世界上最大的水体是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。欧亚大陆上的里海是最大的咸水湖。

地球上水的体积大约有1,360,000,000立方公里,其分布情况为:海洋占了1,320,000,000立方公里(或97.2%)。

冰川和冰盖占了25,000,000立方公里(或1.8%)。

地下水占了13,000,000立方公里(或者0.9%)。

湖泊、内陆海和河里的淡水占了250,000立方公里(或0.02%)。

大气中的水蒸气在任何已知的时候都占了13,000立方公里(或0.001%)。

2.对生命的影响

地球上的生命最初是在水中出现的。水是所有生物体的重要组成部分。人体中水占70%;而水母中98%都是水。水中生活着大量的水生植被等水生生物。

水有利于体内化学反应的进行,在生物体内还起到运输物质的作用。水对于维持生物体温度的稳定起很大作用。

〔阅读材料〕

重水

重水(或称氘化水,化学式D2O或者2H2O)是水的一种,它的密度比一般水要大。普通的水(H2O)是由两个只有质子的氢原子和一个氧16原子所组成,但在重水分子内的两个氢同干原素,比一般氢原子各多一个中子,因此造成重水分子的质量比一般水要重。在自然界中,重水的含量很少。

由于普通水和重水都是由相同数量的氢和氧原子组成,两者的化学反应皆会接近相同。但在物理上,重水的溶点和沸点比普通水稍高,在一个大气压力下,重水的溶点是3.82℃,沸点是101.4℃。

密度方面,在20℃和一个大气压力的环境下,重水的密度是11.05g/cm3。由于重水比普通水不容易被电解为氢和氧,以及与普通水相比,其含量稀少的关系,人们便以电解的方式来提炼纯度更高的重水。因此,重水的价格也比较昂贵。

有另一种重水称为半重水,HDO,它只有一个氢原子是多一个中子的重氢。一般的半重水都并不纯正,通常是50%HDO,25%的H2O及25%的D2O。

用途

使用核磁共振分析时倘若溶剂是水,而研究的对象是氢,可以使用重水作溶剂。

减速剂:某些核子反应堆使用重水来减慢中子的速度,让它们有机会与铀反应。轻水亦可以作减速剂,但因为轻水会吸收中子,因此轻水式反应堆必须使用浓缩铀,而不能使用普通铀,否则将不能达到临界质量。重水反应堆不单可以使用普通铀,而且会把铀-238转化成为可制作核弹的钚。印度、巴基斯坦、以色列、北朝鲜都是以这样方法制造核燃料。为了防止核子武器扩散,重水的生产和出售在很多国家都受到限制。

健康问题

一般相信重水并不属于有毒物质,但是人体内的某些代谢需要轻水,所以如果只喝重水会生病。情形就好像空气中最主要的成分氮气是无毒的,但吸入纯氮会因为缺氧致死。以老鼠做的实验发现重水能抑制细胞的有丝分裂,引起需要迅速代谢的身体组织变坏。实验中的老鼠连续数天只喝重水后,体内约一半的体液变成重水;这时症状开始出现,需要快速细胞分裂的组织,如发根及胃膜最先出现毛病。本来快速增长的癌细胞生长速度亦出现减慢,不过减慢的程度并不足以令重水作为可行的治疗方法。

提炼方法

地球上的水约有1/3,200是半重水(HDO)。半重水可以透过电解及蒸馏,或以化学方法从普通水中提炼出来。可以使用化学方法,是因为重氢及普通氢原子由于质量稍为不同,所以化学反应的速度有异。当水中的半重水到了相当的浓度,重水便会因为水分子之间交换氢原子而慢慢出现。要从半重水再提炼纯正的重水亦可使用电解、蒸馏及化学方法。但是电解及蒸馏所需要的能量会非常巨大,因此一般这一步只会使用化学方法。

十二、水的能量

水能是世界能源的重要组成部分,水电更是提供着1/5的电力需求。与煤炭等化石能源发电相比,水能具有无温室气体排放、资源可再生等优点,是符合可持续发展要求的重要能源。

中国水能资源丰富,理论蕴藏量近七亿千瓦,技术可开发容量五亿多千瓦,经济可开发容量四亿多千瓦,年发电量约一亿千瓦时。

目前,中国已建或在建,如葛洲坝、二滩、小浪底、三峡等一批令世人瞩目的大型水电站,为当地的旅游、经济发展及居民生活水平的提高,做出了巨大贡献。

中国发展改革委员会副主任张国宝在此间举行的联合国水电与可持续发展国际研讨会上指出,和任何事物都具有两重性一样,水电建设要截断河流,淹没土地,迁移人口,不可避免地会对环境带来一些影响,在国际上也引发了一些争论,包括中国三峡工程的建设;但只强调保护,不考虑开发,也不符合人类的根本利益,如何可持续的利用水能才是问题的关键。

比起美国水能资源已经开发利用了80%,巴西和挪威电力90%以上由水电提供,中国的水能资源开发利用还不到25%,差距很大,开发潜力也很大。

针对中国水能利用的实际情况,专家建议:应制定水资源综合利用规划,实施流域综合开发,建立健全流域水资源开发的决策机制,做到水能资源的合理开发、科学决策;坚持“开发中保护、保护中开发”的原则,高度重视环境保护,促进人与自然的协调发展;适当地吸纳民间闲置资金来进行水电建设;加强国际间的交流与合作,引入国外资本,汲取先进的水电建设及管理经验。

在世界能源日益紧缺的大背景下,可以说,如何充分利用水能,同时更好地保护环境,实现可持续发展,已成为中国水电建设乃至能源战略调整的必然选择。

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