地球上水的物理性质

会计学1地球上水的物理性质第一节地球上水的物理性质一、水分子的结构二、水的三态及其转化三、水的热学性质四、水的温度五、水的密度六、透明度与水色第1页/共65页一、水分子的结构每个水分子（H2O）都是由一个氧原子和两个氢原子组成。水分子的键角为104°31’，形成等腰三角形。第2页/共65页氧原子对电子的吸引力比氢原子大得多，电子在氧原子周围相对集中，形成较浓厚的电子云，掩盖了原子核的正电核。在氧原子一端显示出较强的负电荷作用，形成负极；氢原子周围，电子云相对稀薄，显示出原子核的正电核作用，形成正极，使水分子具有极性结构。水分子具有极性结构第3页/共65页在自然界，水不完全是单水分子，而更多的情况下是水分子的聚合体。水分子聚合体包括：单水分子(H2O)，双水分子(H2O)2、三水分子(H2O)3

。第4页/共65页二、水的三态及其转化1.水的三态与水温：1）固、液、气

2）三态的转化——水温在一个标准大气压下，纯水0℃为冰点，100℃为沸点。0℃以下为固体，0-100℃为液体，100℃以上为气体。第5页/共65页随着水温的变化，三态水分子的聚合体也在不断地变化。第6页/共65页2.固态水

气体水分子能凝聚成液态和固态水，主要是氢键起着强烈的缔合作用。第7页/共65页3、液态水结构模型——“闪动簇团”第8页/共65页三、水的热学性质（一）热学性质1.具有较大的热容量2.具有较大潜热3.传热性小（二）意义：调节地球上热量的变率第9页/共65页由于水的比热大、传热率小在天然水体中，封冻时，冰体缓缓增厚；冬季水体下部的温度往往较气温为高。

水的这种特性对自然界的水下生命具有特别重要的意义。我国北方，整个冬季冰厚仅能达1—1.8米。只要水体有足够的深度，冰层下仍是液态的水。如果冰上还覆盖有厚雪，则冰层厚度将更小。第10页/共65页由于水的比热大、传热率很小在平静的水体中，热能非常缓慢地透入深处，表层的水温略为升高。同样，水体内部储蓄的热量在外界温度较低时也只能缓慢地传导出来。水体是一个良好的储热器，它对周围环境是一个良好的气候调节器，使冬季不致过冷，夏季不致过热。第11页/共65页四、水温水温是一个很重要的物理特性，它影响到水中生物、水体自净和人类对水的利用。（一）海水温度（二）河水温度（三）湖泊、水库温度（四）地下水温度第12页/共65页（一）海水温度

1、海水热量的收支从整个海水的年平均温度来看，几乎没有变化；一年中不同季节、不同海区的热量收支并不平衡，从而引起了海水中温度的分布与变化的不同。第13页/共65页海水热量收入：1．来自太阳和天空的短波辐射2．来自大气的长波辐射3．地壳内热通过海底传给海水的热量4．海面水汽凝结时放出的热量5．洋流带来的热量6．海水垂直交换中所得的热量7．化学的、生物的和放射性物质放出的热量8．海水运动产生的热量以1、2最为重要，5只对局部海区有较大影响。第14页/共65页海水热量支出：1．海面辐射放出的热量2．海水蒸发时所消耗的热量3．洋流带走的热量4．海水垂直交换中耗掉的热量以1、2更为重要，在局部海区3对水温变化也有较大影响，由于海水的垂直紊动混合，可把热量传到深处。第15页/共65页2、海水温度的分布（1）海水温度的水平分布表面平均温度：太平洋＞印度洋＞大西洋；北半球高于南半球；南北纬0-30度之间印度洋水温最高；南北纬50-60度之间大西洋水温相差悬殊。第16页/共65页形成上述特点的原因：由于热赤道北移，南半球的热带水一部分流入北半球，北半球暖流势力强大，一直影响到高纬，受大陆和海底地貌影响，北冰洋的冷水不能大量南流；南半球三大洋相连，并与南极大陆相接，因此冷却效果特别明显；印度洋热带海区三面受亚、非、澳大利亚大陆包围，并受暖流影响，所以水温最高。

第17页/共65页主要原因：太阳辐射、洋流性质、地形地貌。世界大洋表面水温分布的总趋势是：第一，水温从低纬向高纬递减；第二，南北回归线间的热带区水温最高；第三，寒暖流交汇处水温变化较大；第四，夏季大洋表面水温高于冬季。第18页/共65页大洋水温的垂直分布，从海面向海底呈不均匀递减的趋势。（2）水温的垂直分布第19页/共65页在南北纬40°之间，海水垂直结构可分两层，即：

表层暖水对流层

（一般深度达600-1000米）

深层冷水平流层（庞大水体）热带和亚热带海域的上层水体，为大洋的暖水区，这里水温普遍在10℃以上，面积占世界海洋的一半以上，而体积只占1/16。第20页/共65页表层扰动层——表层暖水对流层的最上一层（约0-100米）受气候影响明显，紊动混合强烈，对流旺盛，水温垂直分布均匀，垂直梯度极小。表层扰动层下部与冷水层之间形成一个温跃层，水温垂直梯度递减率达最大值。第21页/共65页（3）海水温度的变化日变化：影响因素有：太阳辐射、季节变化、天气状况(风、云)、潮汐和地理位置等。总体变化幅度很小；随纬度的增加而减小；靠近大陆浅海区最大。第22页/共65页年变化影响水温年变的因素有：太阳辐射、洋流性质、季风和海陆位置。从赤道和热带海区向中纬海区增大，再向高纬减小；相同热量带，大洋西侧较东侧变幅大，近海岸更大；北半球大于南半球。第23页/共65页(4)海冰第24页/共65页海冰是高纬海区所特有的水文现象。海冰有两种：一为岸冰，一为浮冰。岸冰——较为固定的海冰，海岸越曲折，岛屿和浅滩越多，岸冰越宽广。浮冰——一种是由海水冻结而成的，一种是来自大陆的冰。第25页/共65页含有盐分的海水，其冰点和最大密度温度都随盐度的增加而降低，但降低的数值不同。通常大洋表面盐度均大于24.695×10-3，因此冰点更低；当海面水温达到冰点时，海水析出盐分，表层海水盐度增加，密度增大，下沉，形成对流，结冰困难；温度降到冰点以下，海水过冷，在有结晶核的条件下，海水才会开始结冰。第26页/共65页（二）河水温度河水热状况的综合标志是河水温度。水温在0度以上的河流：第27页/共65页出现冰情的河流:

松花江春季流凌（上）清沟（下）嫩江秋季圆盘形流凌（上）冰坝（下）第28页/共65页1、河流的水温

1）水温的日变化与气温的日变化相应，主要受太阳辐射影响；由于水的比热较大，对热量变化和反应比较迟缓，变化速度稍落后于气温，变幅也较气温小。早晚较低，午后升高，日变幅常在l～3℃左右，比气温的日变幅小。此外，河流水量愈大，日变幅愈小。冰川补给的河流其上游日变幅大，下游小。第29页/共65页2）水温的季节变化，有明显的周期规律：如冬季各月水温最低，我国北方河流冬季水温经常在0.1～0.5℃左右，并且日与日之间变化不大；自冬至春，由于太阳辐射热量的增加，水温逐渐上升，至夏季水温达最高值；夏末秋初以后水温逐渐下降。3）水温的年内变化落后于气温的变化。通常在春季夏季水温低于气温，秋季冬季水温高于气温。第30页/共65页我国河流水温的年变幅一般都大，这也是我国气候大陆性较强，各地气温变幅一般较大的反映。华北地区年水温变幅最大，如子牙河献县站1月和7月的月平均温度差可超过27℃；东南沿海水温变幅较小，仍在15～16℃左右；年变幅最小的是云贵高原，有些河段1月、7月的月平均水温变幅甚至不到2℃。第31页/共65页2、河流的冰情我国北方河流每年都有时间长短不等的封冻期，长的可达1-5个月。入冬以后，气温下降至0℃以下，河水开始结冰，到第二年春季随气温升高，河水开始解冻至冰凌全部消失的整个过程大致可分为三个时期：结冰期、封冻期、解冻期第32页/共65页封冻期第33页/共65页如果河流由南向北流过较长的距离，在河流解冻时，由于上游融冰早于下游，当上游冰块向下游移动时，受河湾或冰层阻挡时，以致大小冰块堆积起来，横跨断面堵塞河道形成冰坝，使上游水位抬高，此种现象称为凌汛。在黄河的宁夏河套段和山东境内，每年春季常发生这种情况。严重的凌汛会使大堤决口，河水漫溢造成河流两岸重大损失。凌汛第34页/共65页1986年4月初，黄河上、下游地区温差大，随着季节转暖，上游漂下冰块堵塞包头附近河道，有的地段形成了宽约3千米，长约6千米的冰坝，迫使河水漫流两岸。后来出动16架次飞机，空投炸弹20多吨，才解除凌灾。第35页/共65页黄河凌汛第36页/共65页（三）湖泊、水库水温

1、影响湖温变化的因素：太阳辐射是湖水热量的主要源泉。射入湖中的太阳能，一部分被吸收，一部分被散射。由此可见，大部分太阳辐射能用于提高表层水温，而湖泊深处的热量交换，主要是靠涡动、对流混合将热量传给下层。据观测，湖水表层1米深吸收了80％左右的辐射能，且大部分能量被靠近水面20厘米的水层所吸收，只有1％的能量达到10米深处。第37页/共65页一般水深大于10米的湖泊，常不受上层水温的影响而保持一定低温(4～8℃)；水深小于10米的浅湖，全湖水温都能受到太阳热能的影响而使水温发生变化。此外，湖盆形态、湖面大小、湖岸曲折程度与岛屿多少、冰雪盖层、风力大小、蒸发强弱等因素也能影响湖温的变化。

第38页/共65页2、湖中水温的分布当湖水温度随水深的增加而降低时，即水温梯度成负值时，将出现上层水温高，下层水温低，但不低于4℃，这种水温的垂直分布，称为正温层；当湖温随水深的增加而升高时，上层水温低，下层水温高，但不高于4℃。这种水温的垂直分布，称为逆温层；当湖温上下层一致，上下层水温完全相同（同温层，4℃）。第39页/共65页3、湖泊水温的变化水温的日变以表层最明显，随温度的增加日变幅逐渐减小最高水温一般出现在每天的14-18时，最低水温出现在5-8时；水温日变幅在阴天和晴天之间的差别也较大。第40页/共65页2)湖面水温的年变

除结冰期外，水温变化与当地气温年变相似，但最高、最低水温出现的时间要迟半个月到一个月左右。水温月平均最高值多出现在7、8月，月平均最低值多出现在1、2月。第41页/共65页（四）地下水的水温地下水的温度：埋藏深度地质条件第42页/共65页根据地热的分布规律，大致可以划分为三个地带：1、变温带：指地壳表层受太阳辐射影响所能达到的深度范围，各地厚度不等，一般为15～20米。在变温带中，地下水的温度具有日变和年变的特点。2、常温带：太阳辐射热影响极微弱，地温变幅已趋于零，故称为常温带。在年常温层中，地下水温度变化很少，一般不超过0.1℃。第43页/共65页3、增温带：在常温带以下数十公里范围内，主要由地球内热控制，随深度增加出现有规律的增温现象：通常以地热增温率（℃/100米）表示，其倒数为地热增温级（米/℃）；地热增温级是指在常温层以下，温度每升高l℃所需增加的深度。各地增温并不相同，对整个地壳而言，大致平均为33米/℃。第44页/共65页地下水的温度差分类：新火山地区，地下水温可达100℃以上；寒带、极地及高山、高原地区，地下水的温度很低，有的可低至-5℃.0℃：这叫冰水，不叫温泉。10℃：这叫冷水，也不是温泉。20℃：这叫一般水，对于怕烫的欧美国家的人来说，已经是温泉了。30℃：这个温度对中国人来说，正好是可以洗澡的水温。40℃：对于日本人来讲，凡是水温低于40℃通通叫冷水。50℃：在北海道，若是没有这个温度就没有资格叫温泉。60℃：对于有风湿痛的老人而言，这是治疗风湿痛的最佳水温。70℃：如果有人想边泡温泉边煮茶叶蛋来吃，这个水温刚刚好。80℃：对于爱吃水饺或是吃汤圆的人而言，这种水温正好可以满足你的需求。90℃：这个水温正好可以满足一边泡温泉一边吃火锅的娱乐享受，当然有人想顺便吃关东煮，也是不错的点子。100℃：因为青江菜没有超过100℃的水温会烫不熟，因此如果有人想边洗边川烫青江菜来吃，最好别泡水温低于100℃以下的温泉。第45页/共65页五、水的密度（一）纯水的密度无杂质的纯水，在4℃（3.98℃）时密度最大，为1克/立方厘米，在0℃时密度为0.9999克/立方厘米；水自液体状态变为固体状态，其密度要发生突变，大约要变小10%，即体积将增加；0℃时冰的密度为0.9167克/立方厘米。因此，在天然河流或湖泊中，冬季冻结的冰，因密度比水小而浮于水面。第46页/共65页

同其他物质一样，受热时体积增大，密度减小（0-4℃范围内，不服从热胀冷缩的规律）。第47页/共65页（二）海水密度海水密度是指单位体积内所含海水的质量，单位为g/cm3。习惯上使用的密度是指海水比重，即指在一个大气压力条件下，海水的密度与水温在4℃时蒸馏水密度之比，因此在数值上密度和比重是相等的。海水的密度状况，是决定洋流运动的最重要因子之一，影响水团的运动、水层的稳定程度。第48页/共65页海水的密度，是实用盐度（s）、水温（t）和压力（p）的函数，可用ρs,t,p来表示。海水的密度一般都大干1，如：1.01600，1.03222…；表示方法：为了由密度的空间变化计算海流速度，要求海水密度精确到小数5位，为书写简便，常用σs,t,p来表示，即海水密度减1再乘以1000：

σs,t,p=（ρs,t,p－1）×1000

因此，如ρs,t,p为1.02545时，σs,t,p即为25.45。第49页/共65页世界大洋表面密度的地理分布规律为：从热赤道向高纬递增；赤道地区由于温度很高，盐度较低，因而表面海水的密度很小，约1.02300；亚热带海区盐度虽然很高，但温度也很高，所以密度仍然不大，一般在1.02400左右；极地海区由于温度很低，所以密度最大；在三大洋的南极海区，密度均很大，可达1.02700以上。第50页/共65页海水密度的垂直分布规律一般是：从表层向深处增加；南北纬20°之间在100米以内密度最小，并且在50米以内垂直梯度极小，几乎没有变化；50—150米深度上密度垂直梯度最大，出现密度的突变层（跃层），“液体海底”；约从1500米开始，密度垂直梯度很小，在深层，密度几乎不随深度而变化。科学家们经过多次实验发现，跃层会使声波传播发生折射，这样，当敌人的军舰发射探测潜艇的声波时，常被跃层挡了回去，这时潜艇躲在跃层下面就能避开敌人的耳目而不被发现。另外，跃层比较稳定，潜艇可以停坐在上面，既节省燃料，又安安稳稳，于是，人们又把密度跃层比作“液体海底”。

第51页/共65页六、透明度与水色（一）湖水的透明度与水色1、湖水的透明度：定义：是指湖水能使光线透过的程度。测定方法：通常用透明度盘测定透明度。透明度盘是一个白色圆盘（直径为30厘米），把圆盘缓缓沉入水中，直到肉眼看不见为止（从水面上方垂直向下看），这时圆盘在水中的深度就是透明度，单位：米。第52页/共65页十分浑浊湖泊的透明度不足0.1米，而十分清澈的湖泊透明度可达40米以上，一般湖泊在0.2～10米内。据实测资料，世界上湖泊最大透明度记录为41.6米，出现在日本的麾周湖。贝加尔湖为40.5米。

第53页/共65页西藏玛法木错实测透明度为14米，是已调查湖泊中最大记录。青海湖可达10米第54页/共65页我国东部地区的淡水湖群，由于湖底平浅，入湖来水、含沙量大，浮游生物繁茂，所以透明度均在2～3米以下，低的只有几十厘米，江苏洪泽湖为10～40厘米。第55页/共65页太湖为15～20厘米第56页/共65页2、湖水的水色水色——指垂直方向上位于透明度一半深处，白色圆盘上所显现的湖水颜色。水色取决于水对光线的选择吸收和选择散射的情况。第57页/共65页由于光线散射强度与光波波长的四次方成反比，