地球上的水数量是永恒不变的吗?

我们都知道,水分为三种形态,即固体、液体和气体。这三种形态中的固态水和液态水都被地球的引力牢牢的束缚住了,因此我们只需要操心地球上的气态水,也就是水蒸气的问题了。因为水蒸气比空气略轻,所以它在大气层中呈上浮的趋势,这不由得让我们担心,这些水蒸气在大气层中不断上浮,那在这个过程中,会不会有一部分水蒸气跑掉了?现在我们就来看一看,在地球大气层中水蒸气的逃跑之路。

在地球表面,因为太阳光的辐射以及生物的活动等等原因,每时每刻都有大量的水蒸气散逸到大气层中。变身为气体的水蒸气们仗着比空气轻,欢呼着向地球上空跑去,但它们很快就发现自己越跑越慢,甚至根本就跑不动了。这是因为虽然这些水蒸气比空气轻,但它是很容易和空气混合的,在大气层中不会形成单独的水蒸气团,这里可以简单理解为水蒸气通常都会“溶化”在空气中。我们常说的湿度,就是指空气中的水蒸气含量,而由于天气变化,空气中的一部分水蒸气会以露、霜等形成重新成为液态或固态的水。

虽然逃跑的速度被大大减缓,但是为了自由,勇敢的水蒸气们还是顽强的负重前行,努力的让自己上升得高一点、再高一点……然后它们就遇到了一个大大的问题。大气层从地球表面开始至距地表大约12公里处,我们称之为对流层,在对流层中的空气越往上温度越低,其顶部温度最低可达零下80摄氏度,所以空气中大部分的水蒸气在对流层上部,通常都会凝结成水或者直接形成冰晶,并最终以雨、雪、冰雹等方式回到地球表面。根据相关资料,大气层中的水蒸气有约90%都集中在距地表12公里以下的对流层,离地表越近,空气中的水蒸气含量越高。

大部分水蒸气逃跑的梦想就这样夭折在对流层,但还有一少部分水蒸气凭着上升气流的作用,以及自己的满腔热血,努力的冲破了对流层的限制,来到了更高的空间--平流层。到达平流层的水蒸气们很快就发现了一个现象,那就是在这里的空气很少垂直运动,绝大多数都是在水平运动,也就是说它们不能再凭上升气流来继续向上了。

这是为什么呢?答案就在于天上明晃晃的太阳,在平流层的顶部,太阳光中的紫外线比在地表强烈得多,这些紫外线将平流层顶部的一部分氧分子(O2)直接分解成单个的氧原子(O),这些氧原子又会和其它的没有分解的氧分子结合,生成一种叫臭氧(O3)的分子,大量的臭氧就在大气层中形成了一个臭氧层。因为臭氧层吸收了大部分来自太阳的紫外线,臭氧层的温度就变得比较高,从而在平流层形成了一个上热下冷的环境,这非常不利于空气的对流。(这里要提一下,臭氧层可以说是地球上生物的保护伞,没有了它,地球上的生物将直接暴露在强烈的紫外线辐射之下)

于是这些从对流层逃跑出来的水蒸气们,就只有在平流层里“随波逐流”,由于平流层底部的温度很低,运气不好的水蒸气到了这里,就会又变成液态或者固态的水,惨被地心引力拉回地面。但机会总是会有的,平流层里的空气虽然总体上是以水平运动为主,但并不是绝对的水平运动,随着空气的运动,在平流层里的少部分水蒸气还是会幸运的来到平流层的顶部,在这里它们从臭氧层中得到了热量,有了上升的动力,可以继续它们的逃跑之路了。值得一提的是,能跑出平流层的水蒸气已经很少很少了。

平流层之上就是中间层,在这里由于没有臭氧层的限制,大气的温度又变成下热上冷,空气的对流变得明显起来,逃跑出来的水蒸气们轻车熟路,借着上升的气流继续向地球外层挺进。然后不出意外的又遇到了和对流层一样的问题,中间层的顶部比对流层的顶部温度更低(可达零下100摄氏度),按照老规矩,这些幸存的水蒸气中的一大部分又“阵亡”了--它们被冻成了液态水或者冰晶。

但仍然有少部分水蒸气逃了出来,它们是真正的“幸运儿”,用“一将功成万骨枯”已远远无法形容它们的成就,本人觉得至少也应该是“一将功成百亿骨枯”吧,因为这里的空气密度已经是地表空气的百亿分之一了。然而这里的名字叫“电离层”,在电离层中充斥着具有极高能量的、非常强烈的太阳辐射以及各种宇宙射线,逃出来的水蒸气还没有来得及撒花庆祝,就解体了,它们被电离成了氢和氧。

在电离层地心的引力减弱了不少,已经无法束缚住氢了,但更重的氧却跑不掉,所以在这里组成水分子的氢和氧就分道扬镳了,在互道一声“珍重”之后,氢就头也不回的奔向了大气层的最外层--散逸层,并最终消失在茫茫的星际空间。因此,构成地球上水的组成元素中的一种--氢元素是会逃逸的,虽然这个比例极小,但在地球庞大的基数面前还是相当可观,根据相关资料,地球上每一秒都会有大约3000克的氢逃逸到宇宙空间。

那么,地球上的水会不会就这样越来越少呢?其它大家也不必担心,因为地球上的水有很多途径来补充,这里简单讲一下。由于氢是宇宙中最多的元素,所以在地球会经常得到氢的补充,例如太阳风、陨石、彗星带来的氢元素。另外就是,水分解之后留下的氧,可以与其它一些化合物反应并生成水,例如氨、甲烷、硫化氢等等,而这些物质也在宇宙中广泛存在,地球在宇宙空间运行时,可以轻易的捕捉到这些物质。

所以我们可以这样讲,地球上的水,其总量并不是永恒不变的,但它会在一定的范围内保持一个动态的平衡

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