第三章

揭开水的面纱
降水是怎么回事？何为纯水、硬水、软水、重水、超重水？水究竟是有色还是无色的呢？
水在100℃和0℃的时候究竟会怎样？云、雾、露、霜、雪究竟是怎样形成的？这些问题都等待我们去回答。只有认识水，了解水，才能更好的利用水，保护水。
 
天然水的起源与形成
  水的假说
水是地球的一部分，水的发生和变化规律是地球历史起源和发展规律的一种表现，也就是说，水的起源与地球的起源密切相关。关于地球的起源问题，至今在认识上还存在着很大的分歧。所以，水的起源也只是有一系列的假说。学者们对全球大洋水的来源有32种假说，这些假说归纳起来可分成两类：
第一类假说认为，在初始的物质中存在一种H2O分子的原始星云，类似于现在平均含水0.5％的陨石。
第二类假说指出，在星云凝聚成初始行星，在地球形成后才有形成水的原始元素——氢和氧。
地球的形成是在距今6亿年以前漫长的天文时期。在星际空间的各个部位，几乎均匀地弥散着无数的气体与尘埃，它们是冷却的星际物质，呈围绕太阳旋转的近平面圆环，各自缓慢地运动。
此后，在天文时期里，这些星际物质在运动过程中由于气体的摩擦和彼此间无弹性地碰撞，尘埃运动的速度逐渐变小，且沉降于星云的中心平面上，从而，在此生成尘埃密度相对较大的盘状星云。盘状星云密度逐渐加大，变成薄盘时，发生破裂并生成浓聚的尘团。这些浓聚尘团又进一步变密加实，融合成大量小天体，成群结队地飞旋于宇宙空间之中。
 宇宙的物质构成
科学家们已经查明，在现今的星际物质、宇宙线、银河系和太阳以及巨行星的化学成分中，氢元素（H）均占优势；氧（O）在某些星体的内部由于氢的“燃烧”所产生的物质（氮、碳）变异而成。在宇宙中，由于温度和压力值的变化范围很大，氢和氧可以在 适宜的条件下化合，生成羟基（OH）。
美国科学家曾经在1963年发现，银河系核部具有强烈而广泛的OH吸收带，那里，羟基的浓度极大。在宇宙中，OH进一步经过复杂的变化，可以生成许多其他分子和离子，如H2O，H3O+，H2O+，H2O2等等。
其中，水分子H2O是最稳定的。由此可见，在气体-尘埃云弥散物质聚集的过程中，完全可能捕获这种聚合水分子。在地球形成阶段，当温度升高，内部脱气时，物质分异组成地球圈层，氢、氧从地球中部运移到它的边缘的过程中，由于物理作用和化学作用才形成H2O分子。水流到年轻的地球表面，并与其他气体一起逸入大气圈。它的变化过程与现代火山喷发时所产生的事件相仿。当时，30亿年前的火山活动比现在强烈、普遍和频繁。
 水的增长
有这样一种假设，地球的水圈增长均匀地进行。在研究中，有若干资料说明大洋面近1000年内上升了1.3米。最新资料指出，大洋面在近60年（1900～1960年）内上升了12厘米。用这种速度推求出大洋面每1000年上升2米。如果取上述两者的平均值，每1000年则上升了1.65米。按照这样的速度计算，5亿年内将出现一个非常惊人的数字，大洋的厚度将增长83千米。根据推测，近代洋面的异常增长速度可能是多种因素综合作用的结果。这些因素与气候变暖，造成冰川消退，水温升高，以及与地球内部水的增加有关。
在地球内部，地表及大气圈都可以产生新的水分子，事实上也正在产生新的水分子，而地球内部在矿物脱水时亦分解出H2O分子。在一定温度条件下，由一氧化碳或二氧化碳与氢作用而合成水。例如：
在1000℃时，
4CO+2H2=2H2O+2C+CO2
或在炽热情况下，
CO2+H2=CO+H2O
地球表面和地球大气圈里的碳氢化合物燃烧时，也形成原生水，
CH4+2O2=CO2+2H2O
比如，蜡烛、汽油、煤、陨石等燃烧时都会产生这一过程。
另外，“太阳风”把有重粒子（质子）的微粒带到大气圈里，而这些微粒在大气圈中与电子结合时便变成氢和氧的原子，并形成水。
 水的各种理论
根据荷兰天文学家奥尔特的假设，地球水的主要来源是我们这颗行星的深层内部。地球内部是指岩石圈和上地幔。应当指出，岩石圈的全部物质一半是由硅组成。喷出岩和侵入岩平均含60％（40～80％）的硅形成物。就是说，在我们研究的深度上硅酸盐占优势，而硅酸盐与水的相互作用是肯定的。
美国学者肯尼迪等人认为，岩石在熔化中完全混合时，含有硅酸盐75％；含水25％。这种现象与其说是硅酸盐在水中溶解，不如说是水在硅酸盐中溶解，水能够强烈地降低熔融体的黏滞性和熔化温度。在此过程中，这种混合物能把大量硅酸盐从地球深处搬运到地表。美国学者的研究和威尔纳茨基地球化学的实验资料指出，熔融体中水的含量在压力为1.5×108帕、温度为10000℃时，纳长石中含水量占30％。
学者科尔任斯基认为，在上地幔的上层及中下层岩石圈里上升的溶液，可以从深部携带水、二氧化碳、碱金属、碱土金属和溶解于水中的其他成分。这是一种渗透过程，并与扩散作用形影相随。
在讨论天然水的化学成分时，应当注意，淡水是岩石圈表面最罕见的水，它只占地表水的2％。淡水中主要是重碳酸水，其次是硫酸水和氯化物水。岩石圈上层地下自由（重力）水总量的98％是矿化水、盐水和以氯化物为主的卤水（矿化度大于50克／升）。
近年，衣阿华大学物理学家路易斯·弗兰克提出：“地球上的海水是从空间落下无数黑雪球溶化而成的”。这个论点曾经引起怀疑，但在美国召开的地球物理协会会议上，来自欧洲和加拿大的研究报告支持了这一论断。
弗兰克以“探索者”1号卫星在1981～1986年搜集到的数据作为理论根据，通过紫外线光谱研究地球周围的大气，发现了许多无法解释的穿过大气层的空洞。弗兰克经分析，否定了许多解释后，断定这些空洞只能是空间雪球造成的，这些雪球表面有一层黑色的碳氢化合物，每块质量有100吨，每年有1000万块下落地球，在接近地球时破碎，然后在大气中急骤蒸发成水蒸气。最后水蒸气凝结成水，落到地球上。
降水、地表水、地下水三水转化
降水是水文循环的重要环节，也是水资源的主要补给来源之一。一般来说，降水多的地方水资源丰富，降水少的地方水资源匮乏。
 降水
降水是重要的水文循环途径。地表之上的大气中的水汽来自地球表面各种水体水面的蒸发、土壤蒸发及植物散发，并借助空气的垂直交换向上输送。一般来说，空气中的水汽含量随高度的增加而减少。观测证明，在1500~2000米高度上，空气中的水汽含量已减少为地面的1/2；在5000米高度，减少为地面的1/10；再向上，水汽含量就更少了，水汽最高可达平流层顶部，高度约55000米。大气水在7千米以内总量约有12900立方千米，折合成水深约为25毫米，仅占地球总水量的0.001％。虽然数量不多，但活动能力却很强，是云、雨、雪、雹、霰、雷、闪电的根源。
 地下水
地表之下储存于地壳约10千米范围含水层中的重力水，称为地下水。由于全球各地的地质构造、岩石条件等变化复杂，很难对地下水储量作出精确估算。从已发表的研究成果来看，储量大小之间可差一个数量级。现根据前苏联学者1974年所发表的研究成果，从地面至深达2千米的地壳内，地下水总储量为2340万立方千米。
 土壤水
土壤水是指储存于地表最上部约2米厚土层内的水。据调查，土层的平均湿度为10％，相当于含水深度为0.2米，如果以陆地上土层覆盖总面积8200万平方千米计算，那么土壤水的储量为16500立方千米。地球表面生物体内的贮水量约为1120立方千米。
降水落在地表后，除了满足下渗、蒸发、截蓄等损失外，多余的水量即以地面径流的形式汇集成小的溪涧，再由许多溪涧汇集成江河。
 降水、地表水、地下水三水转化
暴雨常常造成洪水，山洪、泥石流，给人民生命财产造成了很大危害。渗入土壤和岩石中的水分，大部分成为了地下水，贮存于地下岩石的空隙、裂缝和岩溶之中，并以地下径流的形式，非常缓慢地流向低处或直接进入河谷，或溢出成泉，逐渐汇入江河湖泊，参与自然界的水分循环。由于降水是形成地表水和地下水的主要来源，所以把大气降水、地表水和地下水统称为三水。三水转换关系就是指大气降水、地表水和地下水之间，由于水的循环和流动性引起的单向或双向补给的转换关系，这种转换关系称为三水转换关系。
 
何为纯水、硬水、软水、重水、超重水
我们常常会听到一些诸如软水、硬水之类的提法，不禁会感到疑惑，难道平淡、柔软的水，还有“软”和“硬”之分吗？其实，水的软硬划分主要是根据其钙镁化合物的含量而定的。
软水：硬度低于8度的水为软水（不含或较少含有钙镁化合物）。
硬水：硬度高于8度的水为硬水（含较多的钙镁化合物）。硬水会影响洗涤剂的效果；锅炉用水硬度高了十分危险，不仅浪费燃料，而且会使锅炉内管道局部过热，易引起管道变形或损坏；人长期饮用危害健康；硬水加热会有较多的水垢。
水还有其他的一些分类方法。
超纯水：纯度极高的水，多用于集成电路工业。
结晶水：又称水合水。在结晶物质中，以化学键力与离子或分子相结合的、数量一定的水分子。
重水的化学分子式为DDO，每个重水分子由两个氘原子和一个氧原子构成。重水在天然水中占不到万分之二，通过电解水得到的重水比黄金还昂贵。重水可以用来做原子反应堆的减速剂和载热剂。
超重水的化学分子式为TTO，每个重水分子由两个氚原子和一个氧原子构成。超重水在天然水中极其稀少，其比例不到十亿分之一。超重水的制取成本比重水还要高上万倍。
氘化水的化学分子式为HDO，每个分子中含一个氢原子、一个氘原子和一个氧原子，用途不大。
水究竟是有色还是无色的
 水的五颜六色
如果有人问你，水是什么颜色的？你肯定回答说：教科书上明明白白写的是无色无味的。但是，人们接着问你，那为什么清澈的湖水看起来是绿色的、透明的海水蓝湛湛的、而雪花又是白色的，这又是为什么呢？你可能一时间还真的回答不出来。
 太阳光在作怪
原来，这全是太阳光使用的障眼术。
我们知道，太阳光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光混合而成，而且波长渐次由长到短，穿透能力渐次由强到弱。它们投射到物体上，有的被吸收，有的被反射，有的则能透过物体。物体不同，取舍各异，显现的颜色也就千差万别。对于不透明体，如果各种色光全部反射，显白色；全部吸收，显黑色；如果吸收了其中某些色光，则显其余几种色光的混合色。
水是透明体，少量的水、浅薄的水，几乎各种色光都能透过，所以没有颜色。大量的水、深邃的水，能够吸收某些色光，所以有颜色。实验证明，红、橙、黄三种色光波长比较长，穿透能力比较强，射入30～40米深处，方能被水吸收，而且还能提高水的温度。蓝、紫两种色光和部分绿光，波长比较短，穿透能力比较弱，一遇到水，不是四面散开，便是反射回来，所以湖水蓝中透绿，有时绿得似草毡；海水碧蓝碧蓝，有时蓝得像珐琅。
 紫光波的问题
这里有一个令人费解的问题：紫光波长最短，反射和散射理应最强，为什么湖水和海水却不显紫色呢？这是因为人的眼睛不是十全十美的，它不能洞察一切。太阳发射的光多数是波长自0.0003～0.3毫米之间的光，人的眼睛所能见到的仅仅是波长0.0004～0.0007毫米之间的一个狭窄范围的光，即平常我们所说的从紫光到红光之间的可见光。实验证明，人的眼睛还要受到生理机制的限制，对紫光极不敏感，因此往往视而不见。相反地对蓝光、绿光都比较敏感。于是，这时的蓝光、绿光就起着喧宾夺主的作用，上升为最主要的显色因素了。这就是为什么当水体深邃时，湖水看上去确实是蓝中透绿的；海水看上去确实是碧蓝碧蓝的了。
 为什么水有时看起来是白色的
至于说到浪花、雪花和云雾为什么呈显白色，可以从剖析这样一个生活常识着手，来揭示问题的本质。无色透明的玻璃杯，即使碎成屑沫，仍是原样的无色透明。但若把它们扫到一堆，情况则大不相同了。因为浪花、雪花和云雾看起来也呈显白色，道理是一个样的。当然，这时的“屑沫”，只是极其细微的水珠和冰晶罢了。譬如雪花，由于它的冰晶表面极不平整，太阳光照射其上，各种色光都得到充分的反射和漫射，看上去便如絮如玉，即所谓把大地妆扮得“银装素裹，分外妖娆”——成了人们寄情寓志的千古咏叹之物。
水必须在100℃才沸腾吗
我们常说喝生水不健康、不科学，进而提倡喝开水。所谓开水，就是将水加热到100℃后的状态，在这种状态下，一壶比较纯净的生水或凉水，便成了沸水。沸水滚滚，热气腾腾，可以把壶盖掀得一扇一合，“当啷”作响。
传说，苏格兰仪器匠瓦特，当年就是从这个为人熟稔的现象中得到启示，发明了蒸汽机，为第一次技术革命拉开了序幕。
 大气压与水的沸腾
在与海平面高度相近的地面上，压力是1个大气压（1标准大气压=1.01325×105帕），水的沸点是100℃。从地面往下走，气压逐渐增大，水的沸点也逐渐增高。大体上说，深度每增加1000米，压力就增加0.13个大气压，沸点就增高3℃。所以在深达300米的矿井里，水的沸点是101℃。在深达1000米的岩层，水的沸点是103℃。如果水承受的压力更大，像两个大气压的蒸汽锅炉，它里面的水要到121℃才会沸腾。10个大气压呢？180℃。14个大气压呢？200℃。倘使压力增大到84.8个大气压，则水的沸点就得高到300℃了。这时，沸水产生的水蒸气，只要把能量释放出来，其动力之大，足可推动各种类型的蒸汽机了。
当然，从地面往上走，情况则恰好相反。珠穆朗玛峰海拔高度为8800多米，峰顶的大气压，大约只有海平面的1/3。在那里烧水，只要烧到72℃左右便可沸腾了。
实验还证明，在1/8个的大气压下，水的沸点降到50℃；在1/80个的大气压下，水的沸点降到10℃——这种沸水不仅不能把饭煮熟，而且一点也不烫手。
 
水在0℃的时候一定会结冰吗
我们通常认为，水到了0℃的时候，就一定会变成冰。其实，这种看法是有失偏颇的。水在0℃的情况下变成冰，是在一种理想的状态下才会完成的。
因为，水的状态会受到气压、杂质含量、容器的结构、水深、水流和初始状态等因素的影响，在0℃时会有不同的物理状态。即使是温度在0℃的周围几度，也会出现过冷水（0℃以下的水）或过热冰（0℃以上的冰）。
而且，在宏尺度上热量在不停的交换也没有绝对的平衡温度，这就是说，同一杯水或冰或冰水混合物在同一时间的不同取样点的温度是不同的，就算在标准条件下也很难说什么时候是0℃，或0℃时水的状态。
所以，大多数情况下，人们为了平衡概念，一般都会认为在标准条件下0℃时水的状态为冰水混合物，或标准条件下冰水混合物中的冰水比例一旦平衡不再变化即为0℃。
 
可以燃烧的冰
我们都知道，水和火是一对死冤家，只要碰到一起，火肯定不是对手。冰是由水固化而来的，所以，在一般情况下，如果往一盆火中倒入一袋冰块，火就会熄灭，所以，冰是可以克火的。
  可燃冰的存在
但是，大自然的奥妙就在于它的多样性。在这个世界上，真的有一种冰，一遇到火就会燃烧起来，甚至可以作燃料取暖。这似乎是件不可思义的事情。
就在20世纪末期，人们的确在海洋底部找到了一种“可燃冰”。这种冰与普通冰从表面上看来，没有什么两样，但是它们内部的分子结构却有着很大的差别。普通冰的结晶是由水分子单独形成的六方晶体，而可燃冰的结晶是先由水分子形成一个刚性的等轴笼架结构，再在每个笼架中充填一个甲烷分子，即由水分子和甲烷分子共同组成的特殊晶体。如果这时甲烷能从晶体中释放出来，便可以燃烧。
 可燃冰的蕴藏
人们具体是在什么年代知道海底有可燃冰的呢？那得从20世纪20～30年代说起。当时，人们在寒冷地区天然气输送管道中发现了一种冰，虽然它能阻碍天然气的流动，但是它确实可以燃烧。通过分析，证实它就是美国科学家戴维早在1811年在实验室里找到的可燃冰。后来又过了30～40年，直到20世纪60年代以后，前苏联、美国和日本等国，才都在海洋石油勘探中，发现了海底有大量的可燃冰。
可燃冰内含有甲烷分子，它与普通冰存在的环境不一样：不只要求温度低于0℃，还要求有一定的压力，否则甲烷就会跑掉。在寒冷地区的天然气输送管道中，之所以有可燃冰，是因为管道中存在着低温和高压的缘故。
由于可燃冰中含有甲烷分子，它不可能单独存在于海水之中，必须存在于海底结构比较疏松的沉积岩之中。一般说来，在南、北两极地区，由于那里的温度较低，可燃冰储存在深100～250米的海底沉积岩中。在赤道海区，一般要深于400～650米，但最深不超过2000米的海底沉积岩中。因为超过了2000米，地热增温将使地层温度升高，可燃冰便会分解。
 可燃冰的利用
由于1立方米的可燃冰可以释放出164立方米的甲烷和0.8立方米的水，它的能源效应是非常可观的，这便引起了许多国家能源部门的重视，纷纷开展了调查、研究和勘探工作。据第28届国际地质大会的资料表明，全球可燃冰中的天然气甲烷储量相当于全球石油、天然气和煤炭等总资源储量的2～3倍，可满足人类1000年对能源的需求。
迄今为止，世界各大洋已查明的海底可燃冰储存区有60处，其中，已揭露、取样证实的有14处；取得地球物理、地球化学和地形、地貌等方面基础调查资料的有46处。另外，已经钻探并开采得到可燃冰的有9处。我国对可燃冰的调研正在进行，我国东海的冲绳海槽区、南海的西沙海槽区等，皆有储存。
如何开采可燃冰，现在设想有三种途径：一是热力开采；二是降压开采；三是化学药剂（低浓度的甲醇、乙二醇和氯化钙等）注入开采。
可燃冰，它是21世纪的深海新能源，大力开发利用，可满足人类对洁净能源的最大需求。但是，由于可燃冰中含有超过自身体积100多倍的甲烷气体，如果处理不慎，就会酿成巨大的地质灾害和可怕的海洋灾害。人们在开采和使用它的时候，必须采取防灾除害的稳妥措施，不能麻痹大意。
 
海水为什么又咸又苦
很多人可能都搞不明白，为什么清澈晶莹的海水却又咸又苦，如果不小心喝上一口，可不是一件愉快的事情；看似同样的山泉，却清凉可口，令人回味，为什么同样是地球上的水，差异就这么大呢？
 氯化钠与海水
其缘由就在于，海水里含有氯化钠，就是我们每天吃的食盐，它是一种很咸的盐；还有氯化镁，就是我们点豆腐用的卤块的主要成分，它是一种很苦的盐。通常1000毫升海水中，含氯化钠27克；含氯化镁3.2克。这相当于一杯子水中，投了一茶匙的盐。在这种情况下，海水又苦又咸也就是当然的了。
其实，海水中含有的盐类是比较多的，除了氯化钠和氯化镁，还有硫酸钙、硫酸钾、碳酸钠和溴化镁等。为了表示它们在海水中的含量，人们规定了盐度的概念。简单地说，就是把1千克海水放在锅里烧干，锅底剩下白色固体盐的克数，称作海水的“盐度”。
 盐从何而来
海水中的盐究竟是从哪里来的？这个问题和海水起源问题一样，始终是人们探讨的难题。直到今天，人们对这一问题的探讨也没有停止过。绝大多数科学家认为，海水中的盐主要有两个来源：
1. 盐是海洋中的原生物，在地球刚形成时，由于大量降雨和火山爆发，火山喷发出来的大量水蒸气和岩浆里的盐分随着流水汇集成最初的海洋，海水就咸了。不过，那时的海水并没有现在这样咸。后来，随着海底岩石可溶性盐类不断溶解，加上海底不断有火山喷发出盐分，海水逐渐变成现在的样子。
2. 陆地上河流流向大海的途中，不断冲刷泥土和岩石，把溶解的盐分带到了大海之中。据估计，全世界每年从河流带入海洋的盐分，至少有30亿吨。
可是，这两种解释都有不完善的地方，特别是海盐主要来自陆地河流输入的理论。因为人们对海洋物质组成、化学性质和江河输入的计算结果表明，两者之间的数值差非常之大。
近几十年，科学家们为了说明这些差异，曾提出过种种理论加以解释，但都不能令人信服。到了20世纪70年代之后，人们从新发现的海底大断裂带上的热液反应中，似乎找到了解释的新证据。科学家对海底热液矿化学反映过程研究后发现，通过海底断裂系的水体流动速率，虽然只相当于河川径流的千分之五，但是，由于断裂聚热所产生的化学变化，却比经河川携带溶解盐所引起的变化大数百倍。海底热液反应是海盐的重要补充的说法，已经为许多海洋科学家所接受。
但是，这种解释并没有最终解开海水中盐的来源之谜。它只是提供海水中盐来源的一个途径，但绝不是唯一的。关于海水中盐的来源，还需要科学家们继续寻找有力的证据来证明。
 盐度的测定
1955年以前，测定盐度都是通过测定海水中氯的含量来求得的。因为“马塞特原则”告诉我们，除开海水被冲淡得十分厉害的河口滨海区，海洋各处的海水（马塞特早在19世纪20年代就从大西洋、北冰洋、地中海、黑海、白海、波罗的海，以及中国沿海，采了很多海水样品，进行过分析）不管它含有盐类的数量大小如何，其中主要成分的含量比值总是恒定的。1960年以后，测定盐度的方法便由测量海水电导率所代替。因为一定水温下的海水电导率，是随盐度增大而增大的。
海洋表面的盐度，一般在33～37之间，平均为35。当然，海洋各处的盐度也不尽相同，其分布规律是以南北回归线附近为最大，向高低纬度递减，呈马鞍形：赤道海域降水丰沛，盐度稍低；亚热带海域，海水蒸发量大，盐度最高；两极海域，海水结冰排出的高盐水流到深处或别处，而融冰时的低盐水，密度小，留在表层，故其盐度最低。
以世界四大洋平均盐度来说，太平洋为34.62；大西洋最高，为34.9；印度洋为34.7；北冰洋最低，为31～32。
此外，盐度大小的分布，还受到洋流的影响。在同纬度地带，暖流经过的海区，盐度偏高；寒流经过的海区，盐度偏低。
红海和波斯湾是世界上盐度最高的海区，那里的盐度大于42。美国路易斯安那州近海距海面约50米的一个盐水层，其盐度至少要比普通海水大10倍。这种海水用舌头沾一下，就咸得要死、苦得要命。
 最淡的海
波罗的海的波的尼亚湾是世界上盐度最低的海区，那里的盐度只有1～2。更令人惊奇的是，在古巴东北部附近的大西洋中，有一片直径约30米的淡水海域。那里的海底有一个巨大的泉眼，从地层透水的岩层下不断涌出的泉水量，可达每秒40立方米，从而形成了一个比较稳定的淡水区——你要是从这里取一杯水饮用，一定会觉得味美可口，甜滋滋的。
 
暖流和寒流
暖流，从低纬度流向高纬度的洋流。暖流的水温比它所到区域的水温高，对沿途气候有增温、增湿作用。
寒流，从高纬度流向低纬度的洋流。寒流的水温比它所到区域的水温低，能使经过的地方气温下降，少雨。
墨西哥湾暖流，简称湾流，是大西洋上重要的洋流。世界大洋中最强大的暖流，也是最大的暖流。起源于墨西哥湾，经过佛罗里达海峡沿着美国的东部海域与加拿大纽芬兰省向北，最后跨越北大西洋通往北极海。在大约北纬40度、西经30度左右的地方，墨西哥湾流分成两股分支，北分支跨入欧洲的海域，成为北大西洋暖流；南分支经由西非重新回到赤道。
西风漂流是地球上最大的，也就是势力最强的寒流，其实就是一种洋流（海水的大规模运动）。其范围在南半球40°到60°之间，是全球性的，经过太平洋、大西洋和印度洋。由于位置靠近南极大陆，所以海水温度低。至于为什么叫西风漂流，是因为在这个纬度上常年盛行西风。西风漂流的方向也是由西向东的。
 
冰雹的形成
 冰雹与雹灾
冰雹，也叫“雹”，俗称“雹子”，有的地区叫“冷子”，夏季或春夏之交最为常见。它是一些小如绿豆、黄豆，大似栗子、鸡蛋的冰粒。我国除广东、湖南、湖北、福建、江西等省冰雹较少外，各地每年都会受到不同程度的雹灾。尤其是北方的山区及丘陵地区，地形复杂，天气多变，冰雹多，受害重，对农业危害很大。猛烈的冰雹打毁庄稼，损坏房屋，人被砸伤、牲畜被砸死的情况也常常发生。特大的冰雹甚至能比柚子还大，会致人死亡、毁坏大片农田和树木、摧毁建筑物和车辆等，具有强大的杀伤力。雹灾是我国严重灾害之一。
冰雹是一种固态降水物，系圆球形或圆锥形的冰块，由透明层和不透明层相间组成，直径一般为5～50毫米，最大的可达10厘米以上。雹的直径越大，破坏力就越大。冰雹常砸坏庄稼，威胁人畜安全，是一种严重的自然灾害。很多雹灾严重的国家已经进行人工防雹试验。
 冰雹的形成
冰雹来自对流特别旺盛的对流云（积雨云）中。云中的上升气流要比一般雷雨云强，小冰雹是在对流云内由雹胚上下数次和过冷水滴碰并而增长起来的，当云中的上升气流支托不住时就下降到地面。大冰雹是在具有一支很强的斜升气流、液态水的含量很充沛的雷暴云中产生的。每次降雹的范围都很小，一般宽度为几米到几千米，长度为20～30千米，所以民间有“雹打一条线”的说法。冰雹主要发生在中纬度大陆地区，通常山区多于平原，内陆多于沿海。中国的降雹多发生在春、夏、秋三季，4～7月约占发生总数的70%。比较严重的雹灾区有甘肃南部、陇东地区、阴山山脉、太行山区和川滇两省的西部地区。
冰雹灾害是由强对流天气系统引起的一种剧烈的气象灾害，它出现的范围虽然较小，时间也比较短促，但来势猛，直径可达3厘米、强度大，并常常伴随着狂风、强降水、急剧降温等阵发性灾害性天气过程。中国是冰雹灾害频繁发生的国家，冰雹每年都给农业、建筑、通讯、电力、交通以及人民生命财产带来巨大损失。
据有关资料统计，我国每年因冰雹所造成的经济损失达几亿元甚至几十亿元。因此，我们很有必要了解冰雹灾害时空动荡格局以及冰雹灾害所造成的损失情况，从而更好地防治冰雹灾害，减少经济损失。
 
云的形成
云，可以说是最富有诗意的物质了。在蓝蓝的天空映衬下，朵朵白云或是漂浮在草原上，或是徜徉在大海尽头，抑或是天边的晚霞，无不让人沉醉和着迷。
 云的形成原理
水汽从蒸发表面进入低层大气后，这里的温度高，所容纳的水汽较多，如果这些湿热的空气被抬升，温度就会逐渐降低，到了一定高度，空气中的水汽就会达到饱和。如果空气继续被抬升，就会有多余的水汽析出。如果那里的温度高于0℃，则多余的水汽就凝结成小水滴；如果温度低于0℃，则多余的水汽就凝化为小冰晶。在这些小水滴和小冰晶逐渐增多并达到人眼能辨认的程度时，就是云了。
 云的预告
云的出现，往往是下雨或下雪的前兆，雨滴的体积是云滴体积的100万倍。也就是说，要100万个云滴才能构成一个雨滴。在湿空气中，因冷却而凝结出云滴。对于云体温度高于0℃的暖云来说，云中存在大小不同的云滴，大云滴下降速度快，上升速度慢；小云滴下降速度慢，上升速度快。于是，由于大小云滴相对速度的差异，使得大云滴有机会与小云滴相撞，结果小云滴就合并到大云滴中去了。
这样一来，大云滴不断地增大，又因为上升气流分布不均匀，大云滴可以在云中多次上下运动，再加上云内的湍流作用，大云滴增大的机会就增加，于是大云滴越来越大，直到上升气流托不住它，掉下来成为雨。
 
雾、露、霜的形成
雾、露、霜，是我们在春季常见的一种自然现象。它们都与水有着密不可分的关系。
 雾
雾在山城重庆出现的频率较高，因此重庆又有“雾都”之称。究其原因，主要是因为重庆几面环山，水汽不容易散去，于是雾就非常常见。一般来说，我们常常容易在山里看到雾气，就是这样的原因。
雾是由浮游在空中的小水滴或冰晶组成的水汽凝结物。雾生成在大气的近地面层中。
雾既然是水汽凝结物，因此应从造成水汽凝结的条件中寻找它的成因。大气中水汽达到饱和的原因不外两个：一是由于蒸发，加大了大气中的水汽；二是由于空气自身的冷却。对于雾来说，冷却更重要。当空气中有凝结核时，饱和气如继续有水汽增加或继续冷却，便会发生凝结。凝结的水滴如果使水平能见度降低到1千米以内时，雾便形成了。
另外，过大的风速和强烈的扰动不利于雾的生成。
 露
露是水蒸气遇冷的物体凝结成的水珠。为了说明露的成因，可以模拟自然界形成露的条件，利用水的蒸发增加空气的湿度，利用冰降低物体的温度，这样，在冷的物体上就会有露出现。通过此实验，即可以使学生了解露的成因，又可以使学生学习模拟实验的设计方法。
 霜
霜是一种白色的冰晶，多形成于夜间。少数情况下，在日落以前太阳斜照的时候也能开始形成。通常，日出后不久霜就融化了。但是在天气严寒的时候或者在背阴的地方，霜也能终日不消。
 
“霜降”、“露水”与人类生产　
每年阳历10月23日左右，有一个叫“霜降”的节气。它的意思是，从这一天起天气逐渐转冷，在我国黄河流域，还会出现初霜。
为什么不叫“霜临”、“霜来”、“霜到”，偏偏要叫“霜降”呢？原来，在古代人们的心目中，霜和雪同出一“辙”，都是从天上降下来的，因而便取用了一个“降”字。其实，这是一种错觉。究其实质，霜是地面水汽凝华的独特产物，既非天降，也和雪产生的空间环境大不一样。
现在知道，霜是这样产生的。
秋末以后，天气转寒。白天，地面承接的太阳辐射能日趋减少；夜晚，贴近地面的空气把热散发出去以后，气温便很快地降了下来，特别是那些零星散布在地面的石块、垃圾、枯枝落叶等固体物质表面，温度常会降到0℃以下。这时，如果大气中的水汽出现过饱和状态，过剩的水汽在固体物质表面凝华，结成白色的晶体，那便是霜。
由此看来，产生霜还得有如下的环境和条件：一是夜间的温度低于0℃；二是大气中有适量的水汽；三是天气晴朗，风小云少。倘若夜间地面（尤其是石块、垃圾、枯枝落叶等固体物质表面）的温度超过了0℃，过剩的水汽不能凝华，只能凝结，那么产生的就不是霜，而是“露”了。
 霜对农作物的影响
露对农作物的生长，没有什么影响。霜却不然，尤其是秋末的初霜和春初的晚霜，会给农作物的生长带来严重的损害。虽然农谚中也有“霜降见霜，米谷满仓”的说法，那是针对天气晴好，便于收割而言的，并不是在为霜唱赞歌。
因为，当温度降到0℃以下的时候，原本正常运行于植物细胞与细胞空隙之间的水分，也开始凝成冰晶，并且还会慢慢地长大。水结冰，体积必然要膨胀，也必然要压迫植株细胞和某些器官。这种附加的侧向压力，一旦超过了允许的限度，细胞壁和器官组织便会破裂损伤，农作物也会因此而濒临死亡。
 斗争的经验
人类在与霜冻危害作斗争的过程中，总结出了许多先进的经验。其中最积极的措施，是培育成熟期早和抗寒力强的优良品种，按照无霜期的长短，因地制宜地种植作物。其次就是熏烟，我国古代的劳动人民，在这方面很有研究和经验。北魏时期，著名的农学家贾思勰就在他的《齐民要术》一书中写道：“天雨初晴，北风寒切，是夜必霜……此时放火作熨，少得烟气，则免于霜矣。”
这种用熏烟预防霜冻的办法，直到今天仍不失其实用价值。不过，熏烟颇费柴草，而氯化铵、氯化萘、氯化蒽等倒是廉价的烟雾剂，人们常把它们与木炭等有机物混合，制成防霜烟幕弹。烟幕弹燃烧起来，缕缕灰烟飘浮在空中，便可有效地防止热量散失，从而达到地面降温延缓，是夜无霜的目的。据悉，这种烟幕弹，单支的扩烟面积能够达到30～50亩，效果显著，颇受农民欢迎。
 
美丽而奇妙的雪
白雪，可能是大自然馈赠给人类最美的礼物了。在一片苍茫大地的映衬下，人们在雪中漫步；孩子们在雪中嬉戏，打雪仗、堆雪人，天地间银装素裹，美不胜收。
 雪花的形成
雪花是自然界寒冷气候的产物，是大气水的变种之一。高空冷云里的水汽，在冷凝成冰晶之后，经过频繁地碰撞，不断地吞并增大和破碎增殖，到了上升气流托不住它的时候，就会化作雪晶从天上摔了下来。雪晶的直径一般都大于300微米。如果云层底部以下的温度接近或低于0℃，它在下降的过程中还会凝聚变大，乃至形成鹅毛大雪，飘飘洒洒，铺天盖地……不一会儿便把大地装扮成一片银白的世界。
如此看来，雪花的形成是有一定条件的。只要提供一个水汽凝华、冰晶凝聚的特殊环境，不仅在高空，即使在地面，甚至在实验室里，也能有雪花出现。
历史上有过这样一段奇闻：1773年11月的一个夜晚，俄罗斯圣彼得堡举行盛大的化装舞会。舞厅里门窗紧闭，又闷又热，参加舞会的人几乎晕眩跌倒……就在这万分危急之时，一位年轻人急中生智，猛地打破窗玻璃，让外面的冷空气冲了进来。谁知道就在冷空气进入舞厅的一瞬间，厅内的水汽迅速地凝华，冰晶迅速地凝聚，雪花便奇迹般地飘飞起来。根据这个原理，人们在实验室里，乃至在美国的航天飞机上，做过许多成雪试验。这些试验虽然有的成功，有的失败，至今还没有得到所谓的“宇宙雪花”，但是很有科学价值，说明人们对自然的认识，上升到了一个新的高度。
 美丽的雪花
过去，人们通过长期的观察，认识到雪花的形状是各式各样的，有的像盛开的牡丹，有的像分出枝杈的鹿角，有的像放射光芒的小星星……而且每朵的形态都不相同。美国近代有一位名叫贝特莱的学者，在佛蒙特州一所农场里研究雪花竟达50年之久。他从成千上万张雪花的照片中，发现了6000多种彼此各异的图案。它们争奇斗妍、交相辉映的妩媚形态，无不叫人万分惊叹。有一位艺术家在感慨之余，说过这样一句话：“每一朵雪花都是大自然中一件精致的艺术品，都是一幅造型奇特的图案。”
国际冰雪委员会通过对雪花特征的仔细分辨，大致把雪花归纳为片状、星状、针状、多枝状、柱状、杯状和不规则状7大类。尽管如此，它们在结晶叶形上，却有一个共同的特点，那便是“雪花六出”，即任何雪花都呈对称的六角形。其实，在中国古代广为流传的诗文中，就有“雪花飞六出”的佳句。西汉的《韩诗外传》，也有过“凡草木花多五出，雪花独六出”的描述。
 雪花为什么呈六角
为什么雪花总是呈六角形呢？原来，水汽的凝华结晶是沿着四个轴的方向进行的，其中三个等长的辅轴，相互交叉，各成60°夹角，并且组成一个平面；另外一个主轴，则通过辅轴的交叉点，与辅轴面垂直，如果辅轴很长，主轴很短，就构成片状雪花，否则，就构成柱状雪花——这就是为什么雪花总是呈六角形的根本原因。
 
登山者的梦魇——雪崩
雪崩是所有登山者的恶梦。当它来临时，速度一般可以达20～30米/秒，随着雪体的不断下降，速度也会突飞猛涨，一般12级的风速度为20米/秒，而雪崩最高可达到97米/秒，速度可谓极大，具有突然性、运动速度快、破坏力大等特点。
 雪崩的成因
雪崩的成因是，当山坡积雪内部的内聚力，抗拒不了它所受到的重力拉引时，便向下滑动，引起大量雪体崩塌。它能摧毁大片森林，掩埋房舍、交通线路、通讯设施和车辆，甚至能堵截河流，发生临时性的涨水。同时，它还能引起雪山雪崩后留下的痕迹，如山体滑坡、山崩和泥石流等可怕的自然现象。因此，雪崩被人们列为积雪山区的一种严重自然灾害。
雪崩多发生在高山上。深厚的积雪，有时会失去平衡，突然大块大块地向下崩落，霎时间雪尘滚滚，山谷轰鸣，崩落下来的大块雪体，伴随着由它引起的巨大气浪，常以迅雷不及掩耳之势，摧毁山下的森林、道路和各种建筑物。这就是所谓的“雪崩”。如果人畜遭到雪崩袭击，大都难逃一死。
 可怕的灾祸
大家知道，在从北坡攀登珠穆朗玛峰的路上，有一个著名的北坳天险。它位于珠峰和海拔7600米的北峰之间，是一个马鞍形的山坳，底部海拔6600米，顶部海拔7000余米，长约800余米。山坳的前部，雪砌冰垒，一堵高大的“雪墙”挡住了去路。这里地势险要，却又是登峰者的必由之路，因此号称攀登顶峰的“大门”。而经常在这里扼守这座大门的“卫士”，却是对登山者常有致命威胁的冰崩或雪崩。
1923年，一支英国登山队在这里遇到了巨大的雪崩，有7人被埋没在深厚的冰雪底层。从此，人们就把这里看作是探险队的“死亡之路”，称它是“连飞鸟也难以通过的天险”。然而，1960年，英雄的中国登山队却在这里避开了雪崩，胜利地越过了北坳天险，首次从北坡登上了地球之巅，把鲜艳的五星红旗插上了珠穆朗玛峰峰顶。
雪崩主要发生在具有深厚积雪的山坡或山顶。像珠峰北坳那样高寒的地方，不但有多年的积雪，还有多年的积冰，地面的冰雪裂缝纵横，有些冰的裂缝宽达2～3米、深达数百米。每当冰雪失去平衡，常沿裂缝崩落。落体规模宏大，惊天动地，也称“冰瀑”。
雪崩的速度甚大。在雪崩体高速下跌的过程中，常会引起空气的激烈震荡。因而在雪崩的前方，常形成一股威力无比的雪崩风。这股雪崩风，可摧毁大片的森林和建筑物。有时，由于雪崩落速甚大，雪粒在高速前进中互相摩擦，还会引起放电，远远望去，会见到一种蓝色或黄色的火花，从而更给雪崩增添了恐怖而神秘的色彩。
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绝大多数彗星是有水的，不过都是以固体的形式存在，即为水冰。
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降水包括两部分，一是大气中的水汽直接在地面或地物表面及低空的凝结物，如霜、露、雾和雾淞，又称为水平降水；另一部分是由空中降落到地面上的水汽凝结物，如雨、雪、霰雹和雨淞等，又称为垂直降水。
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暖气中的水即为软水。在实际生活中，一些用户私自取用暖气内的热水用于拖地、去油、洗车等，造成供热单位不得不为供热采暖系统大量补冷水。用户私自取用暖气内热水的作法危害很大。
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水有三态：液态（海水）、固态（冰山）和气态（看不见的水蒸气）。
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泡茶的水温因茶而定。高级绿茶，特别是芽叶细嫩的名绿茶，一般用80℃左右的沸水冲泡。水温太高容易破坏茶中维生素C，咖啡碱容易析出，致使茶汤变黄，滋味较苦。饮泡各种花茶、红茶、中低档绿茶，则要用90～100℃的沸水冲泡，如水温低，茶叶中有效成份析出少，茶叶味淡。冲泡乌龙茶、普洱茶和沱茶，因每次用茶量较多而且茶叶粗老，必须用100℃的沸滚开水冲泡。
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水的热胀冷缩不是绝对的，水在低于4℃时是热缩冷胀，导致密度下降，而大于4℃时，则恢复热胀冷缩。这是水最重要也是最奇特的特性之一。
这种特性是保障生物存在的很重要的一点，当水结冰的时候，冰的密度小，浮在水面，可以保障水下生物的生存。当天暖的时候，冰在上面，也是最先解冻。但如果冰的密度比水大，冰会不断沉到水下，天暖的时候也不会解冻，来年上面的水继续冰冻，直到所有的水都成了冰，那所有的水生生物都不会存在了。
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当大地回春，气温升高的时候，河流里的冰开始化解，分解的冰块随着河水向下流动，河流解冻开封。但是并不是所有的河冰都这样斯斯文文地解冻，让河流顺利开河，有时候解冻来得很快，特别是气温急剧上升或水位暴涨，大块冰凌汹涌而下，这样就容易造成冰凌。冰凌会对沿岸人民的生产生活造成极大的危害。
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如果把海水中的盐全部提取出来平铺在陆地上，陆地的高度可以增加153米；假如把世界海洋的水都蒸发干了，海底就会积上60米厚的盐层。
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海洋长期积蓄着大量热能，是一个巨大的“热站”，通过长期积蓄着的大量热能和能量的传递，不断影响着天气与气候的变化。
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根据一次降雹过程中，多数冰雹（一般冰雹）直径、降雹累计时间和积雹厚度，将冰雹分为3级。
1. 轻雹：多数冰雹直径不超过0.5厘米，累计降雹时间不超过10分钟，地面积雹厚度不超过2厘米。
2. 中雹：多数冰雹直径0.5～ 2.0厘米，累计降雹时间10～30分钟，地面积雹厚度2～5厘米。
3. 重雹：多数冰雹直径2.0厘米以上，累计降雹时间30分钟以上，地面积雹厚度5厘米以上。
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云主要有三种形态：一大团的积云、一大片的层云和纤维状的卷云。
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民间谚语有：“黄梅有雾，摇船不问路。”这是说春夏之交的雾是雨的先兆，故民间又有“夏雾雨”的说法。又如：“雾大不见人，大胆洗衣裳。”这是说冬雾兆晴，秋雾也如此。
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霜本身对植物既没有害处，也没有益处。通常人们所说的“霜害”，实际上是在形成霜的同时产生的“冻害”。
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雪与冰在中国文化内象征纯洁，如成语“冰清玉洁”。
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在积雪覆盖的高山行军和休息时，不要大声说话，以减少因空气震动而触发雪崩。