水圈是 地球表面、地下及上空所有水的总称。它包括海洋、内陆水体、地下水、土壤水分、冰、大气中的水蒸气，以及生物体内的水。这些储水体通过持续的水和能量交换相互联系，而非构成一个连续完整的圈层。水圈与地球系统的其他组成部分有所重叠，尤其是大气、冰冻水体所在区域和生物界。水的分布与运动影响着气候、地貌、生态系统及淡水的可利用性。(usgs.gov)
组成与分布
海洋是迄今为止最大的储水体。美国地质调查局引用的一份广泛使用的全球水量清单估算，主要地表、地下和大气储水体的总水量约为13.86亿立方千米。其中，大洋、海和海湾约占96.5%。水覆盖了地球表面约71%的面积，但水圈还延伸至地下和空中。这些数字描述的是估算的水储量，而不是每年流经各储水体的水量。(usgs.gov)
淡水约占总水量的2.5%。淡水中约68.7%储存在冰盖、冰川和永久积雪中，约30.1%则以淡地下水的形式存在。淡水湖泊、河流、湿地、土壤水分和大气中的水加起来所占的比例要小得多。储水体的规模小，并不意味着它不重要：一条河流在任何一个时刻所含的水量可能很少，却能通过不断得到补给而输送大量的水。(usgs.gov)
冰冻圈由冻结的水构成，通常作为地球系统中一个独立但与其他部分重叠的组成部分来研究。同样，水蒸气既属于水圈，也属于地球大气层，而生物体内的水则将水圈与生物圈联系起来。在地下，水存在于孔隙和裂隙中；能够储存并传输具有实际利用价值水量的地层称为含水层。(usgs.gov)
水循环中的流转
水循环，也称水文循环，描述了这些储水体之间的水分交换。太阳能驱动海洋、内陆水体和湿润表面的水发生蒸发。植物通过蒸腾作用将水释放回空气中。水蒸气随大气环流输送，并通过凝结形成云滴；降水则以雨、雪或其他形式将水带回地表。冻结、融化和升华等过程将液态水、冰和水蒸气联系起来。(science.nasa.gov)
在陆地上，降水可能被植被截留、进入土壤、以积雪形式积累，或形成地表径流。下渗的水可以补充土壤水分和地下水。地下水随后在含水层中流动，并可能排入泉、溪流或海洋。引力驱动水向下运动，并流向海拔较低的地方。因此，地表水与地下水是同一个相互连通系统中彼此作用的组成部分，而不是相互独立的水源。(usgs.gov)
水文学家用水量平衡来描述这些交换：在指定时段内，储水量的变化等于流入量减去流出量。这种核算方法可以用于含水层或其他边界明确的系统。它将已有的水储量与补给量、排泄量和取水量区分开来，从而能够研究自然条件和人类活动如何改变水的可利用性。(pubs.usgs.gov)
气候与能量交换
水的循环也是一个能量传输系统。蒸发吸收能量，而凝结释放潜热。因此，大气输送会同时重新分配水分和能量。大气温度的变化影响蒸发和大气中的水蒸气含量，使水圈与气候紧密相连。云、降水、积雪和径流的变化，会改变不同地区和季节中的这些相互作用。(science.nasa.gov)
海洋的蓄热作用尤其重要。海水变暖时，热膨胀会促使海平面上升；陆地冰体融化则向海洋注入更多的水。海洋盐度也会随蒸发、降水、河流入海和冰融化而变化。温度、盐度和压力共同决定海水密度，因此，测量这些因素对于理解海洋动力过程和海平面变化至关重要。(oceanservice.noaa.gov)
水化学与水生生物
水圈通过海水与大气之间的交换参与碳循环。海水吸收二氧化碳后，其化学性质发生变化，氢离子浓度增加，碳酸根离子的可利用量减少。由此造成的海洋pH值长期下降称为海洋酸化。“酸化”指酸性增强的变化趋势，并不一定意味着海水的pH值降至7以下。碳酸根可利用量减少，可能影响那些构建碳酸钙外壳和骨骼的生物。(oceanservice.noaa.gov)
水的化学性质也影响水生生态系统。营养物质支持生物生长，但输入过量会加速富营养化。藻类大量繁生可能降低水体的透光程度，而死亡藻类的分解会消耗溶解氧。当缺氧变得严重时，水体环境便无法继续支持许多水生生物生存。这些过程将水质、生物活动与营养物质输送联系起来。(usgs.gov)
人类影响与观测
人类活动改变了水的储量、流动路径、流动时序和水质。水坝蓄积河水，引水工程将水从一处输送到另一处，灌溉则将水重新分配到农田。抽取地下水会改变地下水的流动和储量。径流可能将肥料、农药、泥沙和污水带入受纳水体。气候变化还会影响降水格局，以及极端水文事件的发生时间和严重程度。因此，水的可利用性取决于水量、时间分布、获取难易程度和水质，而不只是总水量。(usgs.gov)
水圈研究综合采用实地测量、地表观测网络、航空调查和卫星遥感。这些相互补充的观测手段用于追踪海洋、陆地和大气中水的分布、储量与输送。研究人员将这些观测资料结合起来，研究水与能量交换、海气相互作用、海岸变化，以及水与生命系统之间的联系。(science.nasa.gov)
参考来源
- How Much Water is There on Earth? | U.S. Geological Surveyusgs.gov
- Hydrosphere - NASA Sciencescience.nasa.gov
- The Water Cycle - NASA Sciencescience.nasa.gov
- Water cycle | U.S. Geological Surveyusgs.gov
- Earth’s Water Cycle | NASA Goddardmynasadata.larc.nasa.gov
- Ground-Water Development, Sustainability, and Water Budgetspubs.usgs.gov
- Is sea level rising? | NOAAoceanservice.noaa.gov
- Ocean Heat Content, Salt Content, and Sea Level Anomalies | NOAA NCEIncei.noaa.gov
- What is Ocean Acidification? | NOAAoceanservice.noaa.gov
- What is Ocean Acidification - NOAA Ocean Acidification Programoceanacidification.noaa.gov
- Nutrients and Eutrophication | U.S. Geological Surveyusgs.gov