地球上第一第水是怎么形成的?
水(H2O)是由氢、氧两种元素组成的无机物,在常温常压下为无色无味的透明液体。水是最常见的物质之一,是包括人类在内所有生命生存的重要资源,也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。人类很早就开始对水产生了认识,东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种基本的组成元素,五行之一;西方古代的四元素说中也有水。
水的性质
水在常温常压下为无色无味的透明液体。在自然界,纯水是非常罕见的,水通常多是酸、碱、盐等物质的溶液,习惯上仍然把这种水溶液称为水。纯水可以用铂或石英器皿经过几次蒸馏取得,当然,这也是相对意义上纯水,不可能绝对没有杂质。水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的物质。固态的水称为冰;气态叫水蒸汽。水汽温度高于374.2℃时,气态水便不能通过加压转化为液态水。
在20℃时,水的热导率为0.006 J/s•cm•K,冰的热导率为0.023 J/s•cm•K,在雪的密度为0.1×103 kg/m3时,雪的热导率为0.00029 J/s•cm•K。水的密度在3.98℃时最大,为1×103kg/m3,温度高于3.98℃时,水的密度随温度升高而减小 ,在0~3.98℃时,水不服从热胀冷缩的规律,密度随温度的升高而增加。水在0℃时,密度为0.99987×103 kg/m3,冰在0℃时,密度为0.9167×103 kg/m3。因此冰可以浮在水面上。
水的热稳定性很强,水蒸气加热到2000K以上,也只有极少量离解为氢和氧,但水在通电的条件下会离解为氢和氧水。具有很大的内聚力和表面张力,除汞以外,水的表面张力最大,并能产生较明显的毛细现象和吸附现象。纯水有极微弱的导电能力,但普通的水含有少量电解质而有导电能力。
水本身也是良好的溶剂,大部分无机化合物可溶于水。
在-213.16℃,水分子会表现出现厌水性。
水的来源
地球是太阳系九大行星之中唯一被液态水所覆盖的星球。地球上水的起源在学术上存在很大的分歧,目前有几十种不同的水形成学说。有观点认为在地球形成初期,原始大气中的氢、氧化合成水,水蒸气逐步凝结下来并形成海洋;也有观点认为,形成地球的星云物质中原先就存在水的成分。另外的观点认为,原始地壳中硅酸盐等物质受火山影响而发生反映、析出水分。也有观点认为,被地球吸引的彗星和陨石是地球上水的主要来源,甚至现在地球上的水还在不停增加。
对气候的影响
水对气候具有调节作用。大气中的水汽能阻挡地球辐射量的60%,保护地球不致冷却。海洋和陆地水体在夏季能吸收和积累热量,使气温不致过高;在冬季则能缓慢地释放热量,使气温不致过低。
海洋和地表中的水蒸发到天空中形成了云,云中的水通过降水落下来变成雨,冬天则变成雪。落于地表上的水渗入地下形成地下水;地下水又从地层里冒出来,形成泉水,经过小溪、江河汇入大海。形成一个水循环。
雨雪等降水活动对气候形成重要的影响。在温带季风性气候中,季风带来了丰富的水气,形成明显的干湿两季。
此外,在自然界中,由于不同的气候条件,水还会以冰雹、雾、露水、霜等形态出现并影响气候和人类的活动。
对地理的影响
地球表面有71%被水覆盖,从空中来看,地球是个蓝色的星球。水侵蚀岩石土壤,冲淤河道,搬运泥沙,营造平原,改变地表形态。
地球表层水体构成了水圈,包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气中的水。由于注入海洋的水带有一定的盐分,加上常年的积累和蒸发作用,海和大洋里的水都是咸水,不能被直接饮用。某些湖泊的水也是含盐水。世界上最大的水体是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。欧亚大陆上的里海是最大的咸水湖。
地球上水的体积大约有 1 360 000 000 立方公里. 当中
海洋占了的1 320 000 000立方公里(或97.2%)。
冰川和冰盖占了25 000 000立方公里(或1.8%)。
地下水占了13 000 000立方公里(或者0.9%)。
湖泊,内陆海,和河里的淡水占了250 000 立方公里(或0.02%)。
大气中的水蒸气在任何已知的时候都占了13 000立方公里(或0.001%)。
对生命的影响
地球上的生命最初是在水中出现的。水是所有生物体的重要组成部分。人体中水占70%;而水母中98%都是水。水中生活着大量的水生植被等水生生物。
水有利于体内化学反应的进行,在生物体内还起到运输物质的作用。 水对于维持生物体温度的稳定起很大作用。
水的种类
不同的学科对水有着一些不同的称呼:
根据水质的不同,可以分为:
软水:硬度低于8度的水为软水。
硬水:硬度高于8度的水为硬水。硬水会影响洗涤剂的效果,硬水加热会有较多的水垢。
饮用水根据氯化钠的含量,可以分为:
淡水。
咸水
此外还有:生物水:在各种生命体系中存在的不同状态的水。
天然水:
土壤水:贮存于土壤内的水
地下水:贮存于地下的水
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D2O,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T2O,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。
与水相关的化学反应
水的电离与溶液pH值
水是一种极弱的电解质,它能微弱地电离: H2O+H2O↔H3O++OH- 通常H3O+简写为H+
水的离子积 Kw=[H+][OH-]
25度时,Kw=1×10-14
pH=-log10([H+])
pH7,溶液为碱性。
能溶于水的酸性氧化物或碱性氧化物都能与水反应,生成相应的含氧酸或碱。酸和碱发生中和反应生成盐和水。水在电流的作用下能够分解成氢气和氧气。碱金属和水接触会发生燃烧。
在催化剂的作用下,无机物和有机物能够与水进行水解反应:
有机物的水解:有机物分子中的某种原子或原子团被水分子的氢原子或羟基(-OH)代换,例如乙酸甲酯的水解:
无机物的水解:通常是盐的水解,例如弱酸盐乙酸钠与水中的H+结合成弱酸,使溶液呈碱性:
此外,水本身也可以作为催化剂。
淡水短缺问题与对策
地球上水总储量约为1.36x1018m3,但除去海洋等咸水资源外,只有2.5%为淡水。淡水又主要以冰川和深层地下水的形势存在,河流和湖泊中的淡水仅占世界总淡水的0.3%。
世界气象组织于1996年初指出:缺水是全世界城市面临的首要问题,估计到2050年,全球有46%的城市人口缺水。对于水资源稀少的地区来说,水已经超出生活资源的范围,而成为战略资源,由于水资源的稀有性,水战争爆发的可能性越来越高。
为让全世界都关心淡水资源短缺的问题,第47届联合国大会确定每年3月22日为世界水日。
水的利用
水是人类生活的重要资源,特别是农业需要大量水进行灌溉,人类文明的起源大多都在大河流域。早期城市一般都在水边建立,以解决灌溉、饮用和排污问题。在人类日常生活中,水在饮用、清洁、洗涤等方面的作用不可或缺。
随着科学技术的发展,人们兴修水利,与水涝害和洪水等自然灾害作斗争。因此形成了一些专门与水有关的研究领域,如水力学,水文科学,水处理等,甚而产生了以水为生的产业水产业。
工业生产和化工生产大量使用这种廉价的原料。但未经处理的废水的任意排放就会造成水污染。为了解决这一问题,污水的处理就变得十分必要。 (见水污染和污水处理。)
古代世界观中的水
在文明的早期,人们开始探讨世界各种事物的组成或者分类,水在其中扮演了重要角色。古代西方提出的四元素说中就有水;佛教中的四大也有水;中国古代的五行学说中水代表了所有的液体,以及具有流动、润湿、阴柔性质的事物。
水崇拜
在人类的童年时期,对于水兼有养育与毁灭能力、不可捉摸的性情,产生了又爱又怕的感情,产生了水崇拜。通过赋予水以神的灵性,祈祷水给人类带来安宁、丰收和幸福。
中国传统上的龙王就是对水的神格化。凡有水域水源处皆有龙王,龙王庙、堂遍及全国各地。祭龙王祈雨是中国传统的信仰习俗。
还有口语化
形容人没有出息,或者是做事不够好。
例如:你杂这么水的那。(你杂这么差劲那。)
高山流水
古代琴曲。战国时已有关于高山流水的琴曲故事流传,故亦传《高山流水》系伯牙所作。乐谱最早见于明代《神奇秘谱(朱权成书于1425年)》,此谱之《高山》、《流水》解题有:“《高山》、《流水》二曲,本只一曲。初志在乎高山,言仁者乐山之意。后志在乎流水,言智者乐水之意。至唐分为两曲,不分段数。至来分高山为四段,流水为八段。”两千多年来,《高山》、《流水》这两首著名的古琴曲与伯牙鼓琴遇知音的故事一起,在人民中间广泛流传。
《高山流水》取材于“伯牙鼓琴遇知音”,有多种谱本。有琴曲和筝曲两种,两者同名异曲,风格完全不同。
随着明清以来琴的演奏艺术的发展,《高山》、《流水》有了很大变化。《传奇秘谱》本不分段,而后世琴谱多分段。明清以来多种琴谱中以清代唐彝铭所编《天闻阁琴谱》(1876年)中所收川派琴家张孔山改编的《流水》尤有特色,增加了以“滚、拂、绰、注”手法作流水声的第六段,又称“七十二滚拂流水”,以其形象鲜明,情景交融而广为流传。据琴家考证,在《天闻阁琴谱》问世以前,所有琴谱中的《流水》都没有张孔山演奏的第六段,全曲只八段,与《神奇秘谱》解题所说相符,但张孔山的传?滓言鑫哦危笄偌叶嗑荽似籽葑唷?
另有筝曲《高山流水》,音乐与琴曲迥异,同样取材于“伯牙鼓琴遇知音”。现有多种流派谱本。而流传最广,影响最大的则是浙江武林派的传谱,旋律典雅,韵味隽永,颇具“高山之巍巍,流水之洋洋”貌。
山东派的《高山流水》是《琴韵》、《风摆翠竹》、《夜静銮铃》、《书韵》四个小曲的联奏,也称《四段曲》、《四段锦》。
河南派的《高山流水》则是取自于民间《老六板》板头曲,节奏清新明快,民间艺人常在初次见面时演奏,以示尊敬结交之意。这三者及古琴曲《高山流水》之间毫无共同之处,都是同名异曲。
典 故
传说先秦的琴师伯牙一次在荒山野地弹琴,樵夫钟子期竟能领会这是描绘“巍巍乎志在高山”和“洋洋乎志在流水”。伯牙惊曰:“善哉,子之心与吾同。”子期死后,伯牙痛失知音,摔琴断弦,终身不操,故有高山流水之曲。
春秋时代,有个叫俞伯牙的人,精通音律,琴艺高超,是当时著名的琴师。俞伯牙年轻的时候聪颖好学,曾拜高人为师,琴技达到水平,但他总觉得自己还不能出神入化地表现对各种事物的感受。伯牙的老师知道他的想法后,就带他乘船到东海的蓬莱岛上,让他欣赏大自然的景色,倾听大海的波涛声。伯牙举目眺望,只见波浪汹涌,浪花激溅;海鸟翻飞,鸣声入耳;山林树木,郁郁葱葱,如入仙境一般。一种奇妙的感觉油然而生,耳边仿佛咯起了大自然那和谐动听的音乐。他情不自禁地取琴弹奏,音随意转,把大自然的美妙融进了琴声,伯牙体验到一种前所未有的境界。老师告诉他:“你已经学了。”
一夜伯牙乘船游览。面对清风明月,他思绪万千,于是又弹起琴来,琴声悠扬,渐入佳境。忽听岸上有人叫绝。伯牙闻声走出船来,只见一个樵夫站在岸边,他知道此人是知音当即请樵夫上船,兴致勃勃地为他演奏。伯牙弹起赞美高山的曲调,樵夫说道:“真好!雄伟而庄重,好像高耸入云的泰山一样!”当他弹奏表现奔腾澎湃的波涛时,樵夫又说:“真好!宽广浩荡,好像看见滚滚的流水,无边的大海一般!”伯牙兴奋色了,激动地说:“知音!你真是我的知音。”这个樵夫就是钟子期。从此二人成了非常要好的朋友。
五行之一。五行以肾属水,故常肾、水并称。此外还用于指病名或指水肿病的病理机制。
氢和氧的化合物。化学分子式为H2O 。在自然界 ,纯水是罕见的,水通常是多酸、碱、盐等物质的溶液。纯水是用铂或石英器皿经过几次蒸馏取得的。水是一种可以在液态 、气态和固态之间转化的物质。转化的条件是温度和压力。标准大气压时,水的冰点为0℃、沸点为100℃。当水汽温度高于374.2℃时 ,气态水便不能转化为液态水 。液态水的比热容为 4.18 焦耳/(克·摄氏度),冰的比热容约为 2.09焦耳/(克·摄氏度)。在1个标准大气压和100℃情况下,水的汽化热为 2253.02 焦耳/克 ,在常温常压下为 2441.12 焦耳/克,水汽凝结成液态水时放出相同的热量。在0℃和1个标准大气压时,冰的融解热为333.146焦耳/克 ,当水凝成冰时放出相同的热量。水从固态直接转变为气态时所吸收的热量称升华热,升华热等于汽化热与融解热之和。在20℃时,水的热导率为0.006焦耳/( 秒·厘米·摄氏度 ),冰的热导率为0.023焦耳/(秒·厘米·摄氏度),当雪的密度为0.1千克/升时 ,雪的热导率为0.00029焦耳/(秒·厘米·摄氏度)。水的密度在3.98℃时最大 ,为1千克/升,温度高于3.98℃时,水的密度随温度升高而减小 ,在0~3.98℃时,水一反热胀冷缩的规律,密度随温度的升高而增加。水在0℃时,密度为0.99987千克/升 ,冰在0℃时,密度为0.9167千克/升 。水的热稳定性很强,当水蒸气加热到2000K以上,也只有极小部分离解为氢和氧。凡是能溶于水的酸性氧化物或碱性氧化物,都能与水反应,生成相应的含氧酸或碱。纯水有极微弱的导电能力。水的酸碱性用pH值表示,天然水的pH值为6.8~8.5。水具有很大的内聚力和表面张力,除汞以外 ,水的表面张力最大,并能产生毛管现象和吸附现象。
水能调节气候。大气中的水汽能拦阻地球辐射量的 60%,保护地球不致冷却。海洋和陆地水体在夏季能吸收和积累热量,使气温不致过高,在冬季能缓慢地释放热量,使气温不致过低。水侵蚀岩石土壤,冲淤河道,搬运泥沙,营造平原,改变地表形态。水使地球产生生命,它是一切有机体的主要组成部分,全球动植物和40 亿人体内含有约11200亿吨水 。人类社会依赖水而生存发展。古代,人类对水取利避害,适应水而生存;近代,人类对水兴利除害,兴建工程,开发水利,控制水害;现代,随着社会和生产的发展,地球上可资利用的水日趋短缺,水体受到污染,严重影响人类生存的环境,人类逐渐认识到水是一种重要资源和环境因素,从而在更高的水平上开始对水开展了新的兴利避害活动。
世界气象组织1996年初指出:缺水是全世界城市面临的首要问题,估计到2050年, 世界2/3以上的人口将生活在城市,而全球有46%的城市人口缺水,必须平衡社会经济发展和城市淡水供应管理二者之间的关系,进行水资源的储存 、输送和管理的大规模工程建设。
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