水有重力且无孔不入,为什么没有全部渗入地球内部,而仅仅在地球表面循环?

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摘要

几个原因。一、地球内部温度一直很高。之前有个报道,说中国科学家在青海3705米深处钻获236℃高温干热岩。研究者们认为,中国陆域干热岩资源量为856万亿吨标准煤,根据国际标准,以2%作为可采资源,则全国干热岩可采资源量达17万亿吨标准煤。

几个原因。

一、地球内部温度一直很高。

之前有个报道,说中国科学家在青海3705米深处钻获236℃高温干热岩。研究者们认为,中国陆域干热岩资源量为856万亿吨标准煤,根据国际标准,以2%作为可采资源,则全国干热岩可采资源量达17万亿吨标准煤。

从上面这个报道,我们得到的启发是,在地下3.7公里深的地方,岩石的温度可以高达236℃。

而水的沸点在100℃。

故,不难理解。在地下五公里深的地方,水会存在,但由于其高温,水倾向于变成水蒸气并冲出地面,这就是温泉的来源。

只是地下3.7公里深,岩石温度就有这么高。

那么想象一下,在地下37公里深的地方,岩石温度会有多高。

地球物理学上有个东西,叫做“地温梯度”。

说的是:在远离板块构造的地区里,在地表附近,深度每增加1公里,则温度上升25–30 °C。

地球实际上是个“大热球”,其内核温度高达4000℃左右,而一些别的研究显示,内核某些地方高达5400℃。

这个温度相当高,因为太阳表面也才5000多℃而已。

在这种情况下,沸点只有100℃水,它是很难在地球内部聚集的。

二、水的密度很小

地球的平均密度为5.515吨/立方米。

地表物质的平均密度只有约3吨/立方米。

地心的密度为12吨/立方米。

而水的密度是:1吨/立方米。

故,在极为严实,且呈熔岩状态的地球内部……

水是很难存在的,有,但很少很少。


假如我们把水换成“水银”……

则可以想见,地下几百公里范围内,水银将大量存在,甚至说……

地表可能会看不见水银湖。

因为水银的密度为13.59吨/立方米。

它的沸点高达356.6℃。

大家好,我是晨曦小荷,我来回答这个问题,欢迎和我一起走入文化草堂。

水有重力且无孔不入,为什么没有全部渗入地球内部,而仅仅在地球表面循环?

这个问题比较有质量,看来是有究竟心的人提出的问题。我才疏学浅,就试着解答,也欢迎大家一起来讨论。

首先我来说些其他的,地球某种意义上就是一个大水球,正确的说法不是水有重力,而是地球上的水受重力或者说受地球的引力。这个地球引力对我们人类非常重要,否则没有了这个引力,我们这些人类就会脱离地球的束缚,成了太空的尘埃了。现在我具体来讲解一下水为什么没有全部渗入地球内部,而在相对地球表面循环。

一、地球内部能量的释放,给渗入地下的水重新增加了能量,使得水重新上涌;

我们知道地球内部大致可以分成三层结构:地壳、地幔、地核。当水渗入地下以后,逐步向下前进,会遇到地幔以下炽烈的物质,比如岩浆等等的烤灼,重新汽化升腾,伴随着其他方式重新喷涌出地表,比如火山、海啸等等。说得简单一点,就是在地心的外围有大量的“火”将这些渗透的水逼退了。

二、地球内部的密度相对要比谁的密度要大得多,所以致使水只能在相对密度小一些的地表浅层滞留,密度比较轻的水挤不进密度比较大的地心。这个可以打个比方:一杯混合分层的油脂,越轻的越在上层。

三、地球自转的影响,我们知道由于地球自转,使得地球表面的事物,有离心的倾向,这样就使得抵消了一部分地球引力。使得水更容易上浮。

四、其他星体的引力作用,我们知道任何事物间都有引力作用,地球表面的事物同样受到其他星体的引力左右,比如太阳、月亮,这也使得水更容易上浮到地球表面。

五、地球的大气层空气稀薄,汽化的水分子会不断补充过去,这样也使得地表以下的水不断的上涌来补充一部分。

总之,地球上的水可以看作这样的一个模型:以地球表面为分界线,向上流动到大气层外端,然后回流;向下涌动到地下热力和密度强烈的地方,然后回流。这个地球表面某种意义上类似于赤道,南北回归线类似于谁在地下和大气层回流的终极位置。地球依然符合这个逻辑:抱阳负阴,抱阴负阳,是能量和物质转化的体现。

一家之言,多有偏颇,欢迎大家关注、转发。

的确,理论上来说,在重力作用下,水应该向地球内部汇集,但全部的说不清楚,我在这里只说最简单的一些常识吧!

首先,平时我们都看到石头是沉在水底的,很显然,地球内部核心等等肯定是由石头之类甚至密度更大的成分构成,这就让水分有了一定的隔断,至少来说,地球球心不能是由水组成!

另外,有一点很简单的,水的沸点为100摄氏度,众所周知的是,地球越往地核深处,温度越高,甚至地核心温度为几千度,水根本存在不了,直接会化为蒸汽从裂缝里飞出大气层!

一般来说,在地下十公里左右,就是说一万米深左右,温度已经超过100度了,到了这个地层,水都已经沸了,自然而然地向气体转化,最终通过孔裂缝都返回地表,由于温度的高低,所以地球上的水,基本上都是在地表与大气层间循环的

这是一个非常有意思的问题,按理来说水是具有重力的,能够往下渗透,但是为什么水并么有一直渗入到地心呢?如果我们换一个思路想想,我们每个人在地球上都受到重力的作用,但是我们同样不会被吸引到地心而是留在地表上,这是为什么呢?

马里亚纳海沟的海水

科学家发现马里亚纳海沟每年都有上千吨的海水被吞噬到更深的地底下,很可能从地壳渗透到了地幔,但是我们却也没有见到地球上的水被吞噬完,这又是怎么一回事呢?

实际上,确实可能有很多的水顺着马里亚纳海沟的裂缝渗透到了地底下,但是水可能以其他的方式被补充了。比如火山喷发会将大量的水蒸气带到陆地上来参加水循环。

所以,地球上确实存在着水向下渗透的现象,但是渗透的程度也是有限的,而且被损失的水很可能以其他的方式补偿回来,比如火山喷发。

那么为什么水更多地只是在地球的表面进行循环,而没有深入到更深的地球结构中呢?

地球的温度

地球上表面的温度整体上是受太阳光照的影响,赤道地区的阳光充足所以温度也比较高。这是表面,但是从地球的结构上来看,则是越往地球的核心去,温度越高。根据科学家的推测,地核的温度高达5500摄氏度,与太阳表面的温度差不多。

我们知道一个原理,就是海拔每上升100米,温度会下降0.6摄氏度。其实对应的另一个原理是,在浅层的地下温度梯队里,每增加30米,温度会升高1摄氏度。也就是说,若是向下的深度增加1000米,温度升高近30度。在地下100千米的深度的时候,温度大约是1100-1200摄氏度,已经达到了岩石的熔点。

而我们知道,水的沸点是100摄氏度,所以在温度很高的情况下,水会以水蒸气的形态出现,所以在地下较深的地方液态水不可能渗透下去并且存在的。

岩石的密度和水的密度

我们看水能够无孔不入,其实就是因为水的密度比较小,水的密度大约是1吨/立方米,而地球的平均密度是5.515吨/立方米,越往地底下,密度往往也越高。

因为油的密度比水小,所以油会浮在地球的表面上。而水的密度比地球的岩石密度更小,所以水会漂浮在岩石的上方。这是根据物体密度的特性出发的。

而且地表以下是有一个隔水层的,渗透系数极小,通常是由致密的黏土层和花岗岩组成的。所以水是无法渗透过隔水层的。

温泉的形成

温泉其实就是一个很好的例子来说明为什么水不会不断地往下渗透。有的温泉是在地表水的渗透循环作用下形成的。也就是说下雨的时候雨水会向地下渗透,深入到地壳的含水层,并受到下方的地热被加热成了热水,这些热水中往往含有丰富的二氧化碳,岩石的阻挡会导致压力的增强,所以热水和气体处于高压状态,一找到裂缝就会往上窜。

而且到地幔的是时候开始有岩浆,岩浆的浓度远比水大,水压根无法往下渗透,甚至只能往上冒。

水循环

正是因为如此,地球上的水并不会不断地往下渗透,基本上只能渗透到地球的表层土壤上,是无法渗入岩石内部的。所以地球的水量整体上是一个平衡的状态。

所以水在地球的表面上以不同的形态进行转化,以气态、液态和固态在陆地上、海洋上和大气间进行不断的循环,通过蒸发、降水、渗透和地表径流和地下径流等方式实现水的流动和转移。

小结:

为什么地球上那么多的水,重力如此之大,却不会往地心渗透,只会在地表上进行水循环呢?这主要是由地球的构造和水的特性所决定的。

距离地心越近的地方温度越高,从某些浅层地表往地下30米,温度就能提高1摄氏度,也就是说地下的温度很高,很快就达到的水的沸点。而且地球的内部是非常致密的,水是无法渗透过去的。温泉就是一个很好的例子,在压力和高温的作用下,水无法向下渗透,只能往上冒。

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水有重力且无孔不入,为什么没有全部渗入地球内部,而仅仅在地球表面循环?

水是生活中最常见的物质,在我们的印象中,地下室即使是水泥浇筑也是一个阴暗潮湿的世界,只要有一丝缝隙,汩汩的水流就会渗透而入,但地球并不密封,存在太多的裂缝和空隙,为什么地球上那么多水,没有在重力的作用下渗入到地球内部呢?

水是怎么来的?太阳系中有水的星球上,水都在表面吗?

水是地球上最神奇的物质,要是地球上没有水,生命根本就不会产生,地球就会像火星一样是个不毛之地!那么地球上那么多水是哪里来的呢?科学家提出了几个有趣的说法,各位看看哪种最有可能!

第一种:当然是随地球诞生了,地球在形成行星的过程中,水也是其中一部分,等地球形成后,水也就自然的在表面了,而地球处在太阳系的宜居带内,温度适宜,也就有了液态水的存在!

第二种:太阳风带来的,太阳的能量来自于内核的聚变,巨大的能量让太阳变成了一个高温等离子球体,粒子运动速度极高,在太阳大气顶端的大量粒子在磁场以及热辐射压力,以及日冕层抛射机制作用下到达宇宙空间,当然有很大一部分到达地球,这些高能粒子就是质子,也就是氢原子,和氧结合就成了水!

第三种:地球的水来自彗星,法国几位科学家提出了一个理论,认为木星形成时并不在现在轨道上,但因为提丢斯定则,木星的轨道不那么稳定,因此会慢慢移动到它应该在的轨道,因此它的异动造成了柯伊伯带的彗星大量进入内行星轨道,这些彗星被地球引力所吸引,撞击地球形成了海洋,由于这个大轰炸时期经历百万年甚至更久,形成的海洋遍布了全球!

太阳系中有水的星球,水都在表面吗?

地球并不是太阳系中唯一有水的星球,甚至都不是唯一有液态水的星球!而且地球的水拥有量都排不上前三甲,比如木卫二和土卫二的水都远超地球!但地球是唯一在地表有液态水的星球,因为在这些天体中,只有地球表面有液态水存在的条件!

左:木卫二,右:地球

但木卫二和土卫二表面的冰层下,也有大量的液态水,因为他们内部存在一个热源,来自于行星和卫星之间的潮汐引力对星球内核的作用!所以这些液态水被冰层包裹下,一直存在着,也许内部经过数十亿年的发展,都可能形成了生命!

而最近对于谷神星的研究,发现它内部也存在一个咸水海洋!水在太阳系中真不是一种稀缺物质,而是到处都是!

水的地球内部循环之旅

别的天体水体是怎么循环的我们还搞不清楚,但地球的水体循环科学家还是有不少心得的,除了在太阳热辐射作用下的水汽循环加上大气环流,水从海洋变成水汽进入大气,形成云彩,再经过风到全球各地,变成降水或者降雨回地面,汇集成河流进入湖泊海洋,完成一个循环!

除了这个能看得到的水汽循环之外,还有一个我们看不见循环,这是水在地球内部的循环!1977年斯克里普斯海洋研究所的科学家,利用阿尔文号深潜器,在东太平洋海隆发现了海底热液泉!就是俗称的海底烟囱,源源不断的从海底冒出几乎接近超临界温度的热水!

但这些热水并没有沸腾,因为压力太高!此后在全球大洋底部都发现了热液泉,我国蛟龙号在印度洋的其中一个任务就是去探查热液泉并且取样!热液泉是地球内部除了火山外,向人类开启的另一个窗口!内部喷出的水流中含有大量的重金属物质,沉积在周围形成热液管道!

海底“烟囱”取样

这些热液中的水是从哪来的呢?

废话,当然是地球内部冒出来的啦!话虽不错,但地球内部源源不断冒水,不间断的几十亿年,不是要憋了吗?这倒是完全不用担心,因为海洋中的水会随着板块之间的缝隙,地壳运动等进入地壳,然后在内部高温的作用下,又在某个裂缝冒了出来!当然也有可能通过陆地或者海底的火山喷发重新进入大气层!

进入地球内部的水,为什么还会跑出来?

水的渗透作用是很强的,这从美国的页岩油开采引发的地震可以看出来!美国自上世纪九十年代后,页岩油开采进入商业化以来,西部页岩油开采区地震数量增加了数十倍,调查后发现原来是页岩油开采公司不想处理废水,将其注入了地下!

而这些位置则是页岩油开采压裂过的区域附近,存在大量的断裂带,大量水进入后成了地层之间的润滑剂,让地层的错动更容易发生!所以水还充当了加快板块运动的调节剂,当然这个过程一直以来都在发生,也不用担心水会加快从错动,从而让日本大陆沉入太平洋底,大家对这样的结果都表示非常“遗憾”。

进入了地壳浅层的水,可能会半永久性的留存在那里,但更深层次的水则会通过地壳引起的运动,通过火山回到地面,进入下一次循环。这个原因是地球内部的热量,它来自于地球形成时的引力坍缩,还有放射性物质的衰变,尽管它在未来会越来越少,但据科学家估计,仍然能坚持23亿年之久!

所以在各位有生之年里,水是不会漏光的,23亿年后地球冷却,地球板块运动也会停止,到那时渗水就相当于裂缝被补上了,泄漏的更少,水就更没地方跑了!

地球上的水还是不见了!

不过这些水却不是漏光的,而是被烤干,因为几十亿年后太阳红巨星化,温度更低但体积更大,地球上的热辐射更多,因此烤干地球也是迟早的事情!到那会,地球真的成了不毛之地,要是人类不走,就等着烤成齑粉!

各位考虑下,地球热爆了,还有哪里可以去?

如果我说,人类在地球上发现最深位置的水,是来自地下400—600千米,温度达到1800℃,拥有150万个大气压的地幔层,你相信么?

虽然地球表面被71%的海洋覆盖,如同漂浮在太空中的“水球”。地球上的海洋、河流、湖泊、冰川等所有水资源加在一起,总体积约为13亿8600万立方千米,也就是1.386×10^12吨。

看起来地球上的水资源不少,但和地球的总质量比起来,这只是一个小数字。地球的质量是5.965×10^24千克,地球上的水只占地球质量的百亿分之二

俗话说,人往高处走,水往低处流。水作为一种液体,在重力的作用下,哪里地势低,就往哪里流。而且水无孔不入,只要地面有细微空隙,水就会慢慢的渗进去。

既然如此,为何水没有全部深入地球内部?为何只在地球表面循环呢?

首先,我们先了解下水在地球上是如何循环的

地球上水循环根据强度、规模和路径,分为大循环小循环

大循环被称为全球性水循环,是海洋水和陆地水通过一系列的过程相互进行转换。从海洋上蒸发的水汽,被气流带到陆地上空,在合适的条件下,形成降雨落到地表。落到地表的水,一部分蒸发掉;一部分渗入地下储藏起来;一部分被植物吸收;大部分落入江河湖泊,最终注入大海。

小循环又分两种,一个是海上内循环,另一个是陆上内循环。它们只在自己的领域内,通过蒸发、冷凝、降水(雪)等方式连续不断地循环,不会涉及到其它地域。

无论是大循环还是小循环,水只会在地球表面兜兜转转,无法向地球内部渗透。

水为何无法渗入地球内部

第一、地壳密度大,水没有渗入的空隙

众所周知,地球的结构和煮熟的鸡蛋相似,从外到内大致分为地壳、地幔、地核。

单拿地壳来说,是地球固体地表构成的最外圈,根据不同的地理位置,地壳的厚度大小不一。陆地上地壳的平均厚度一般在40千米左右;高山、丘陵地区的地壳较厚;地壳最薄的位置是海洋地壳。总体来说,地壳在地球上的平均厚度达到了17千米

我们知道,地下越深压力越大,在强大压力的作用下,岩石圈内密度总体上随深度增加而加大,密度越大,孔隙越小。而下地壳的密度达到每立方米3吨,这意味着下地壳的岩石圈中,没有任何孔隙度,水自然无法深入地球内部

其实这个道理和装修用的防水涂料差不多。

我们在装修房子时,卫生间地面必须要用防水涂料刷两遍,等干了之后还要进行48小时的闭水试验,检测是否存在漏水的可能。

防水涂料的防水原理,就是因为密度大,足够紧密,没有任何孔隙,才能够防止水向下渗。从某方面来讲,地壳的存在,相当于地球的“防水涂料”。

第二、水无法通过高温的软流层

当然,仅仅依靠地壳完全阻挡水进入地球内部是不太可能的。在地壳中,存在深层断裂和不同地质体的接触面,水能通过断裂与不同地质体的接触面渗透到内部。

就拿马里亚纳海沟来说,由于太平洋板块俯冲到亚欧板块下面,加上海洋地壳厚度较小,致使每年有3亿吨海水,通过马里亚纳海沟进入地球内部。

但是,这些被马里亚纳海沟“吞噬”的海水,却被地球软流圈阻挡。

软流圈位于地壳和地幔之间,是岩浆的主要发源地。这里的温度达到1300℃,这里的物质基本处于液态,水进入软流圈瞬间蒸发殆尽,想要继续向地球内部渗入,根本不可能。

事实上,科学家在更深的地幔层发现了水资源

2020年,科学家在地幔层的结晶体中发现了水的存在,其深度在地下400—600千米之间,是人类迄今为止在地球最深处发现的水。

地幔中发现的水并不是传统意义上的水,而是以一种含水变质矿物的形式存在,是一种被称为“冰七”的奇特形式的结晶水。

当然,地幔中的水并不是从地球表面渗透下来的,而是在高温、高压下形成的。

根据研究表明,上地幔中的液态氢和石英接触,氢流体扩散到石英晶格中,在地幔层的压力和高温作用下,氢原子和二氧化硅晶格中的氧原子相互作用,破坏晶格并生成水

通过反应形成的水,会困在石英当中,石英再与地幔中其它物质相融合,逐渐形成新的含水结晶体。

说在最后

水虽然无孔不入,但是想要渗透到地球内部是不可能的,一层薄薄的地壳,就已经成为了地表水向下渗透最大的阻力,更何况地壳下面还有上千摄氏度的软流圈。

退一步来说,即便水穿透了地壳和软流层,越是往下,压力、温度越高,地核的温度更是高达6800℃,水分子根本无法在这里存在。

水有重力且无孔不入,为什么没有全部渗入地球内部,而仅仅在地球表面循环?

在我们的印象中,水只能渗透到地球表层的土壤中,无法再深入到地球内部的岩石之中,仅在地球表面参与物质循环,周而复始,地球的总水量基本保护稳定的状态。而实际上,地球上的水是可以深入到地球内部的,只不过随着深度的增加,周围环境的变化使得水无法再继续深入到更深的内部而已。

地球上的水循环

我们在上学的时候,肯定都学会水在地球表面的循环,包括大循环和小循环两种方式。其中小循环又包括海上循环和陆地循环两种方式,意思就是仅在海洋或者陆地上进行着水相态的周期变化,从海洋或者陆地上因吸收太阳辐射生成的水蒸气,又会随着温度的下降发生冷凝降回到原来的海面或者陆地上。

而大循环则相对复杂得多,它涉及到地球的各个方面,即包括陆地,也包括海洋;既包括土壤,也包括生物;即包括地表水,也包括地下水。这些存贮在不同区域、不同部位的水资源,在太阳辐射能量的驱动下,循环往复地发生蒸发、凝结、降水、渗透、流动等现象,从而实现海陆间的大范围转移。

除了在地球表面发生的水循环之外,其实还包括地表和地下的水循环,这个地表,既有海底,也有陆地表面。由于水的渗透性极佳,它可以在重力作用下,沿着地表土壤或者岩石中的缝隙,不断向下运动。而在运动过程中,这些水的“命运”是不相同的:

  • 有的被土壤、泥砂和岩石所吸附;

  • 有的被植物根系所吸收;

  • 有的进入地下水系;

  • 有的会直达地球内部很深的地方,成为某些岩石水合物的重要来源;

  • 有的则会在高温作用下形成水蒸气,重新返回到运移空间;

  • 有的会以水蒸气形式与岩浆混合。

…………

以上水进入地球内部之后的不同走向,其实都是地球水循环的方式,只是参与循环的载体和方式不同而已。有的通过孔隙以液态或者水汽形式直接返回地表,有的则会被固定在岩层中,造成参与水循环的周期具有很大的差异性。

水能够渗透到地球内部多深?

在地球上,水之所以能够流动,一方面取决于其流体的性质,另一方面取决于重力势能的影响,因此,理论上只要有足够的空间和缝隙,水都是可以进入其中的。但是地球内部随着深度的增加,其自然状态将变得十分复杂,将会直接影响水的渗透性。

大家都知道地球是一个随着深度不同,其组成物质和物理状态出现明显差异的分层结构。这个结构的形成,来源于地球形成之初的演化进程。在太阳行成之后,相应的各个行星也各就各位,地球此时还是一个整体温度非常高的火球,之所以有这么高的温度,一方面来源于在吸收周围星际物质时相互碰撞下所积累的能量,另一方面来源于地球引力作用,使地表物质不断向内坍缩,引发组成物质之间的相互碰撞和摩擦。

在起码有上千度的高温下,地球表面一开始还分布着大量呈现熔融态的岩浆物质,随着时间的推移,在热辐射的作用下不断散失热量,地球逐渐发生了冷却。而在流体状态之下,物质的沉积在重力作用下显得就比较容易,密度大的物质要比密度小的物质沉积速度快,因此地球从外向内呈现出组成物质密度不断加大的趋势,逐渐演化成了现在的地壳、地幔和地核三个主要部分,越往上物质密度就普遍越高,温度和压力也越大。

其中,地壳为地球的最上层,平均厚度为35公里,海洋中的地壳厚度较小,平均仅为6公里左右,主要由硅-铝氧化物或硅-镁氧化物所构成,整体上每下降100米温度就会上升1摄氏度。

地壳的下方是地幔,这一层由非常致密的造岩物质所构成,也是地球三大圈层中体积最大的一层结构,达到2800公里左右。在上地幔的顶层存在着一个软流层,地球各大板块就是“漂浮”在这个软流层之上,随着时间的推移缓慢地进行着板块运动,这里也是岩浆的发源地。在下地幔中,温度将达到1500-3000摄氏度,压力达到50-150万个标准大气压,在这种环境下,组成物质呈现出的是一种可塑性的固态形式,平均密度将达到4.7克每立方厘米。

在地幔的下方是地核,平均厚度3400公里,外地壳的组成物质仍然为黏稠的液态,而内地核中温度高达5000摄氏度以上,压力超过1.3亿个标准大气压,物质密度达到惊人的13克每立方厘米,内地核中的物质在这种环境下,将以固态的形式存在,主要成分为由铁、镍等金属元素所构成。

由于水或者水蒸气的流动,需要空间传输途径,当物质的密度过大、且以液态呈现时,则水很难从中穿过。通过刚才的分析,在地球圈层中,存在这个临界点的将是软流层,其距离地表的上界深度为100公里左右,下界深度为400公里左右,在软流层中,温度普遍在1200摄氏度以上,达到了地幔组成物质的熔融相温度,在水和挥发性物质的共同参与下,组成物质呈现固态、液态混合的固流体形态。因此,理论上,从地表渗入的水,最多只能渗透到400公里左右的软流层。

地表水的补充机制

根据有关科研监测数据,在海底有许多能够大量渗入地球内部的裂隙存在,其中以板块分离或者上下挤压形成的海沟最为明显。而且科学家们还估算出了每年因海沟渗透进入地球内部的水量,高达近十亿吨。与此同时,在地球水循环的过程中,会有一部分的水气分子散逸到大气层的外层空间,在高能辐射电离、太阳风吹拂作用下,会有一定的比例最终逃逸到宇宙空间中,虽然比例相对较小,但也或多或少存在着这种客观的损失数量。那么在“一内一外”的消耗下,地球的水量为何不见减少呢?重点是地球上的水资源从整体上看,具有非常有效的补充机制。

  • 渗入水的返回机制。在地球内部高温作用下,一部分液态水变为水蒸气通过原有渠道直接返回地表。

  • 地质运动的返回机制。地表水渗透进软流层之后,会与岩浆共同形成呈固流体形态的物质,随着地球自转的作用,地球内部岩层之间的应用以及能量会逐渐积累,当到达一定程度之后就会以火山、地震等形式,在地壳最薄弱的地方向外释放。而在释放的过程中,水就会以水蒸气的形式从地球内部带回地球表面,重新参与地球的水循环。

  • 结晶水基本不参与水循环。虽然地球内部拥有大量的可以形成结晶水的岩石,比如林伍德石,但是这些水基本上地球形成之初、原始海洋形成之后就开始富集产生的,相态比较稳定,同时地表渗透水也很难通过软流层到达结晶水岩石这一区域,因此,这部分的岩石固然含水量丰富,但也不会对地球表面水量产生任何影响。

  • 地外空间的水源补充。虽然有一部分水气可以逃离到地球大气层之外,但是地球上经常会发生着小行星和彗星等地外天体的坠落事件,这些小天体特别是彗星上富含了大量的水源,在一定程度上弥补了水气逃逸的损失。

总结一下

地球上的水,其实是无时无刻不在向地球内部渗透的,只不过由于地层结构、温度和压力的限制,其最多只能渗透到软流层之中。而地球表面水量总体保持稳定的原因,就在于渗透的水、逃逸到外太空的水总量,与从地底返回、地外小天体补充的总水量保持着相对平衡的状态。

这个问题很有意思啊。我们经常说,“人往高处走,水往低处流。”如果一杯水撒到了地上,它就会慢慢的渗入到地下。那为什么地球上的海洋、河流和湖泊中的水没有全部深入地球内部,而仅仅在地球表面循环呢?

图示:海洋

如果我们了解了地球上的水是怎么来的?这个问题也就不奇怪了。那地球上的水是如何来的呢?有意思的是,地球上的水恰恰来自地球的内部。地球上的水和地球的起源有着密切的关系。大约46亿年前,太阳形成后散落在太阳周围的残余物质形成了包括地球在内的太阳系行星。在地球起源时,形成地球的物质里面就含有大量的水。

图示:太阳系形成地球的物质中含有大量的水

地球形成的时候,水就作为地球的一种组成物质包含在了地球的内部。它们广泛的存在于地球的地核、地幔和地壳中。后来地球地球内部的水分伴随着火山喷发等流出的岩浆被带到了地面上,是放到了地球大气中。然后这些被释放到地球大气中的水汽遇冷凝结,降落到地面上,形成了河流、湖泊和海洋。

图示:早期的地球

科学家研究认为,来自地球内部岩浆中的水占到了地球表面总水量的一半。并且现在地球内部依然是炽热的,火山喷发和地壳的板块运动还会持续不断的将地球内部的水带到地面上来。与此同时,科学家发现,在海洋的底部每年都会有大量的海水被带到了地壳内部。这些进入到地球内部的水最终还是会通过火山喷发等形式重新被释放到地球表面。

这样看来,地球上的水不仅仅在地球表面循环,它们也会在地表和地球内部循环的。

图示:火山岩浆将地球内部的水带到了地表

那么这个问题就明了了。为什么地面上的水没有渗入地球内部。因为地球内部才是地表水的真正的源头。

水真的不会流到地球内部吗?

我们都知道,水的形态可以自由变化,并且由于水会受到地球的重力,那照理说,水应该可以流到地球内部中去。比如:地球的核心或者地壳,地幔。

可事实很有趣,地球的地幔中是可以找到水分子的存在的,而在地球核心却是见不到水的。同样是地球内部,为什么会有这么大的区别呢?

马里亚纳大海沟在渗水?

之前《自然》杂志成刊登过一篇论文。

这篇论文中,研究者在研究马里亚纳大海沟时,就发现马里亚纳大海沟每年吞噬数亿吨的海水。

可是你发现没有?有这么多的水被吞噬,可地球表面的海水并减少了。照理说,地球已经有45亿年的历史了,这个数亿吨水乘以45亿年,那地球表面的水早就应该干涸了。可我们现在也看到地球表面70%以上都是水。那究竟是咋回事呢?

这就和地球的形成说起。

水的循环

话说在46亿年前,在现在太阳系位置附近有一片长达2光年的星云物质,这片星云物质由于引力坍缩,在引力的作用下形成了如今的太阳,还剩下的一部分边角碎料形成了太阳系的其他天体,地球就是这其中的一份子。

在形成地球的星云物质中,有一部分“水”就是以氢离子,羟基的形式存在。起初,地球形成时温度特别高,处于熔融状态。换句话说,地球在形成时,有一部分的“水”肯定是存在过地球中心区域的。后来,由于高温,水蒸发了出来,但由于地球引力的作用,这些水汽并没有离开地球。

随着地球逐渐降温,水汽液化后,这些“水”开始落回到地球,地球迎来了上百万年甚至是一千万年的大雨。

这场雨过后,地球其实只有一片大海和一片大陆。可是后来为什么地球会有如今分裂的大陆和海洋呢?

这其实归功于地壳运动。我们知道,地表下面是地壳,地壳下面是地幔,地幔下面是地核。

但是同样是地壳,其实还分为海洋地壳和大陆地壳。海洋地壳比较薄,但由于密度很大,所以比较重,而大陆地壳比较厚,但因为密度很小,所以比较轻。

这本来也没有什么问题,但是地壳下面是地幔,由于热对流的存在,地幔会缓缓地移动,地幔这一移动,也带动着海洋地壳和大陆地壳移动。在这个过程中,就形成了各个大陆和海洋。其实高山,大湖也都是这个原因形成的。

在形成的过程中,就会有很多海水进入到地球内部。那问题就来了,这些水如果这样只进不出,为什么地球表面还有这么多水呢?

这其实是因为,这些进入到地下的水,最后还会随着火山喷发的岩浆回到地面上来。最后,进入到地球的水循环当中。

所以,即使是地球每天都在吞噬水,但是这也能保证地球表面的水是充足的

地幔中有更多的水

在地球的上下地幔过渡地带,存在着一种神奇的矿石,叫做林伍德石。这些石头中富含着大量的水分子。

科学家曾经就测算过,即使是非常保守的估算,这些石头所还有的含水量至少是地表水量的3倍左右。也就是说,地球上最多水的地方其实并不是在地球表面,而是在上下地幔的交界处。只不过这些水都被锁在的林伍德石的晶格当中,并不是液态的水。

地核为什么没有水?

地球再往下就是地核,但地核并不存在任何的水。这里只要有两个主要原因,第一是地核的温度极其快。在这样的温度下,水根本没有办法存在。

第二个原因是地核的密度极其大,水根本无法进去到这个地方。我们都知道水的密度是1g/cm^3,而地核的密度要远远大于这个水平。因此,水根本没有办法进入到这个地方。

总结

最后我们来总结一下,水其实在地球形成之初就存在了,但水并不是整个地球都有。地球表面的水会进入到地壳和地幔当中,之后会随着岩浆回到地球表面的水循环当中来,这个过程主要是由地壳运动主导的。除此之外,地幔中富含水,但都被锁在林伍德石的晶格当中。

至于地核并不存在水,主要的原因是地核的温度太高,密度太大,水无法进入到这里。

看到这个问题,想到一个故事:老和尚给小和尚一个杯子,让小和尚装满,小和尚依次装了石头、沙子、水,最后才算装满了。

题主要问的应该是类似的,假设地球好比一个圆形装备,在我们的观察中,水是很容易下渗的,为什么地球内部却没有水。 上面的杯子,如果只装一杯水,是装满了吗?没有,还可以再装下盐。 再试问,如果我们看到的地球表面全部都是金矿、银矿、铁矿等金属类构成,还会觉得水可以下渗吗?

我们通常看到的、所说的地球表面,大多只是地球最上层极薄的土壤层,整个地壳我们按它较厚的地方60km来算,也只占地球半径的1%都不到,人类现在的技术连地壳都钻不透,那可是先进的科技,坚硬的钻头向地下打钻孔。说了上面那么多,这个问题,我觉得可以从以下几个方面来解释

物质的密度

物理课中学习的密度,是用物体的质量除以体积,密度越大,意味着单位体积越重,表现就是同样一桶水和一桶铁块,很显然铁块重太多了,这是中学生都知道的知识。根据物体的密度,我们都知道,在一定空间内,密度大的下沉,密度小的位于上方,这也是为什么地球外面包裹着大气层,而表面有山河湖海,底下是地壳,地壳的组成非常复杂,它由各式各样的土壤、岩石、矿物质等构成,而这些东西本身密度就很大,在数万年的沉积堆砌之后,下部会被压缩得更为紧实。水虽然容易渗透,但总的说它的密度较小,很难真的渗透到过深的地球内部中去,虽然有些地方有地下河、暗渠等,但它们多是在喀斯特地貌中形成,那些岩石是可溶性岩石,容易与水发生反应,并且这些地下河深度也并不算真的很深。

物质的流动性

说完物质的密度,我们虽然不会记住每样物体的密度,但是都是有感知的,通常情况下气体的密度小于流体小于固体,而密度越小的物质,有个很明显能感知到的现象:密度越小扩散性越好(也是互相关联,因为分子间距大,易扩散,所以密度小)水作为最常见的流体,它的流动性极强,渗透性也强。

但这个时候不禁要提到:气体,气体是更容易随处扩散随意渗透,地球表面很难实现真空状态。 那么地球内部是否有空气流动呢?

你的回答是什么呢?肯定觉得是没有吧?可能会说,固体太多阻碍空气流动,空气不能流动,那么水可以流动么?其实在我们的地壳表层的土壤中,都是含有空气、水分的,尤其是在种植相关的场景中,都是需要考察土壤的各含量,含水量就是考察的一个重点。这样拆分着讲解,感觉就好理解多了吧?在固体之间也是会有“流动”的,其实是固体物质之间的交换,比如两块塑料尺子或者橡皮放在一起很长时间,会黏在一起,其实是它们之间分子进行了交换,金属或者一些固体家具等之间也有可能发生这样的现象的,相似成分的物质之间才更容易发生这样的现象。水的流动性好,但也分疏水和亲水物质,我们很容易理解往金子上面泼水,我们不会觉得水流到金子里面了,但如果往沙子、盐上面泼水,我们会觉得水被吸收了,渗透进去了。

地球的内部结构

地球简单说分为地壳、地幔、地核三部分,这三部分,除了地壳表层,我们对地球内部其实研究甚少,大多都是靠波来研究的,目前对地球内部结构,普遍认可的是:地球内部是高温、高压的,越往地球中心,温度越高。高温、高压这两项,就都不利于水的渗透。

总结

总结这个问题的时候,可以看一下我之前的一个回答
https://www.wukong.com/answer/6732984903681442061/ ,这个问题分析过地球内部是否有水,是有的,是以晶体形式存在,绝对无法流动。
这个问题就是水虽然受到重力,但是它自身密度较小,流动性依赖于分子间的物质交换难以程度,不是哪里它都能去的。如果它渗透能力极强,那么人类建造的堤坝、水电站等防洪措施岂不是没有什么用?地球内部的结构可比人类建造物要厉害更多了,所以水无法渗透到地球内部,无法在地球内部形成循环、流动,但是地球内部可能是有大量水存在的。

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