河流和水循环

河流和水循环科学课程

水的性质

为了学习跳水和水循环的科学课程，让我们从水的特性开始。当你听说美国国家航空航天局(NASA)的太空探测器正在寻找其他行星上的“生命证据”时，你知道这意味着什么吗?他们在寻找液体的证据水。水是所有生命的基础;没有它，所有的生物都会死亡。水覆盖了大约70%的地球表面，它构成了我们65-75%的身体(我们82%的血液是水)。尽管水看起来很乏味——没有颜色、味道或气味——但它有惊人的特性，使其成为维持生命的必要条件。

化学成分

水的化学成分是H₂O——两个氢原子还有一个氧原子。这些原子结合在一起形成水分子的方式使水具有许多特殊的性质。两个氢原子与氧形成弱氢键;它们像米老鼠的耳朵一样附着在分子的顶部。

因为水分子之间相互吸引，它们有很高的表面张力．水面上的分子相互之间以及它们下面的分子之间的吸引力大于它们对空气的吸引力。这种紧密的吸引力在水面上形成一种“皮肤”，足够坚固，可以支撑非常轻的物体。在水上行走的昆虫正在利用这种表面张力。

表面张力使水凝结成水滴，而不是扩散成一层薄薄的水。它也允许水分通过植物的根和茎以及你体内最小的血管——当一个分子沿着树根或毛细血管向上移动时，它也会“拉扯”其他分子。

这种分子结构形成了水分子极性或吸引其他原子的不平衡电荷。有两个氢原子的分子的末端带正电。氧的另一端带负电荷。就像在磁铁中，北极被南极吸引(“异性吸引”)，水分子的正极将与其他分子的负极相连。

水的极性

水的极性允许它这样溶解其他极性物质很容易。当极性物质被放入水中时，其分子的正极被水分子的负极吸引，反之亦然。这种引力使新物质的分子完全被水分子包围。水比任何其他液体都能溶解更多的物质——即使是最强的酸!正因如此，它常被称为“万能溶剂”。水的溶解能力对地球上的生命非常重要。无论走到哪里，水都携带着溶解的化学物质、矿物质和用于维持生物生存的营养物质。

水是唯一的天然物质都能存在于物质的三种状态中——固体、液体和气体——在地球上正常的温度下。许多其他物质必须经过过热或冷却才能改变状态。水的气态形式在我们的大气中以水蒸气的形式持续存在。液态在河流、湖泊和海洋中随处可见。水的固态，冰，是独一无二的。

大多数液体在冷却时会收缩，因为分子移动得更慢，抵抗分子间引力的能量更少。当它们冻结成固体时，就会形成密密的晶体，比原来的液体密度大得多。水不是这样的。当它结冰的时候扩展:分子排列成一种非常“开放”的晶体结构，密度小于液态水。这就是冰漂浮的原因。这是一件好事!如果水像大多数其他液体一样，湖泊和河流就会冻结成固体，所有生命都将死亡。

水循环

科学家们估计，现在地球上的水量大约与它形成时的水量相同。这些水在地球、大气、河流、湖泊、海洋和生物之间不断循环，这是一个复杂的过程水周期(或水文循环)。水进入大气层时是蒸汽(它的气体形式)主要有两种方式:

蒸发

蒸发占大气中水蒸气的近90%。当水分子被加热时——通常是通过太阳的热能——它们获得足够的能量从液体变成气体。风增加了蒸发的速度，因为它把潮湿的空气从水面吹走，取而代之的是干燥的空气，干燥的空气可以更快地吸收水蒸气。大气中的大部分水蒸气是从海洋中蒸发出来的。

蒸腾作用

蒸腾作用是动物和人类呼吸时以及植物进行光合作用时释放水蒸气的过程。

当水蒸发时，水蒸气通过上升的气流进入大气。大气中温度越高，温度越低，水蒸气就会浓缩变成了微小的水滴，形成了云。这些云在不同的气流下围绕地球移动，并与途中的其他云相撞。最终，这些云中的水从天空中落下降水,雨、雪、雨夹雪或冰雹。

降水

当降水落在陆地上时，其中一些渗入地下，成为地下水的一部分，为水井、泉水、湖泊和河流提供水源。大部分降水以地表径流的形式在地面上流动，并与河流汇合，返回海洋。其中一些被植物吸收，被动物或人类饮用，然后通过蒸腾作用回到大气中。

这个循环不断地发生，把水从世界的一边输送到另一边。你今天喝的水去年就可能像雨水一样落在中国了!

你年幼的孩子可能会找到全尺寸的PDF版本水的循环图有帮助的。

河流

河流是水循环的重要参与者。它们从降水中收集径流，并将其移回海洋。河流对我们的社会也非常重要，为我们提供饮用水和灌溉用水，帮助发电，并允许我们通过水运输材料和食物。这就是为什么世界上大多数主要城市都建在一条主要河流旁边的原因——罗马在台伯河上，巴黎在塞纳河上，伦敦在泰晤士河上，开罗在尼罗河上，纽约在哈德逊河上。

你知道你住在一个的分水岭吗?不，那不是一种建筑!分水岭是指有相关溪流和河流的土地区域。所有落在那片土地上的水最终都会流向同一个地方——更大的河流、湖泊或海洋。有些流域很小，有些非常大。密西西比河的分水岭，流经墨西哥湾，覆盖了美国本土48个州的40% !

在一个特定的分水岭发生的事情将影响所有流经流出点的水。(流出点是所有分水岭的水流入更大水体的地方。)特别是河流河流(流经其中的水量)由于流域所发生的变化而不断变化。当在分水岭的某一部分下雨时，河流和溪流会在较低的部分上升，有时离下雨的地方有数百英里。这可能会导致洪水，即使在一个没有下雨的地方!

河流的运行通常分为三个阶段:

的上舞台包含河流的舞台源可以是泉水、湖泊或冰川。许多河流都发源于山区，那里融化的冰雪为它们提供水源。在上游阶段，河床通常呈陡峭的角度，水流经v型山谷。
在中间舞台上，河水开始流过一个更宽的山谷。它的河床更平坦，所以水流得更快。河流开始漫步从一边到另一边呈曲线流动。
由较低的舞台上，河水相当大，因为它已经被较小的河流和小溪所汇集而称为支流。在这个阶段，它通常流入大海。

当河流入海时，它开始沉积它一直携带的泥沙。这些沉积物的积累速度往往比洋流冲走它们的速度要快，它们形成岛屿，迫使河流分裂成许多通道。这片由岛屿和海峡组成的平坦地区被称为海峡δ．三角洲有非常肥沃的土壤，是理想的农业。在许多国家，例如孟加拉国，人们居住在三角洲地区并在那里耕作，尽管洪水的威胁总是存在。

你有没有想过为什么有时要在河上建水坝?水坝有助于控制河流流量和调节洪水，但它们也利用河流生产水力发电。水坝建成后，河里的水就被堵住，形成一个水库。

这些水被允许流过大坝，汇入下面的河流，当它这样做的时候，它的力量被用来推动一个像螺旋桨一样的设备，叫做涡轮机。涡轮机带动发电机的金属轴。产生的电通过电线从河里带走。在美国，大约10%的电力是由水力发电大坝产生的。

世界河流

河流促进了世界各国的农业和经济发展。下面我们来快速游览一下每个大陆的一条主要河流。

让我们先从非洲,因为世界上最长的河流流经这片大陆尼罗河它有4145英里长。尼罗河通常和埃及联系在一起，在那里它形成了尼罗河三角洲并流入地中海。虽然我们倾向于认为它是埃及的河流，但尼罗河实际上流经10个非洲国家:埃及、苏丹、乌干达、埃塞俄比亚、厄立特里亚、刚果民主共和国、肯尼亚、坦桑尼亚、卢旺达和布隆迪。

尼罗河有两个主要支流:白尼罗河，发源于乌干达的维多利亚湖，蓝尼罗河，发源于埃塞俄比亚的塔纳湖。这两个分支在苏丹喀土穆汇合。尼罗河因其每年一度的洪水周期而闻名，这在古代是埃及人赖以生存的。每年洪水都把肥沃的土壤沉积在农田上。洪水泛滥程度是古埃及经济发展最重要的因素之一。

世界上第二长的河流发现于南美洲。的亚马逊它有4000英里长，有一个巨大的支流系统。虽然亚马逊河比尼罗河短，但它承载的水量却多得多:比尼罗河、长江和密西西比河的总和还要多!事实上，世界上五分之一的河流都流经亚马逊河。

在有些地方，这条河有六英里宽。亚马逊将大量的淡水泵入大西洋，以至于海岸线以外的地方都可以饮用。这条河流经亚马逊雨林，极大地促进了潮湿的环境，有助于植被的生长，尤其是在雨季的高峰时期，洪水可以使河流宽度达到25英里。亚马逊河的源头在秘鲁，流经巴西流入大西洋。

亚洲声称拥有世界上第三长的河流长江它流经中国3,964英里。这条河的中文名字是长江，意思是“长河”。长江经上海流入东海。远洋船可以沿河航行近1000英里。长江因严重的洪水而闻名;尤其是20世纪上半叶的洪水，造成40多万人死亡。三峡大坝于2003年6月建成，用于防洪和发电。

在北美,密苏里河流入密西西比河形成她河流系统，世界上第四大河流。密西西比-密苏里河从蒙大拿流向路易斯安那州，全长约3895英里，排干了美国本土48个州一半的水。

在1803年购买路易斯安那之前，密西西比河一直是美国西部的边界。当刘易斯和克拉克被派去探索这一新的购买时，他们沿着密苏里河长途跋涉到了太平洋。

的墨累达令河流水系流经大陆澳大利亚。它是世界上第16长的河流，在流入南大洋之前流淌了2310英里。这条河含盐量高，限制了其用于灌溉和水力发电。

之一欧洲的最重要的河流是多瑙河它从源头黑森林(德国)流向黑海入海口(罗马尼亚)，全长1776英里。这条河流经或成为10个国家边界的一部分:德国、奥地利、斯洛伐克、匈牙利、克罗地亚、塞尔维亚、保加利亚、罗马尼亚、摩尔多瓦和乌克兰。

这些国家中有一半的大量能源来自多瑙河上的水力发电大坝。历史上，多瑙河一直是罗马帝国的疆界之一。