下過雨的地面上經常會出現積水,但是過不了多久,積水就會消失,原來的地方只有輕微潮溼的跡象。
我們知道,積水之所以會消失是因為一部分水蒸發了,一部分則因為受到重力滲入了地面下方。
不過,這種情況搬到另一個場景中就完全不同了,湖泊可以被視作一潭巨大的積水,但它好像永遠不會消失。
為什麼湖泊中的水不會蒸發或滲入地下呢?
實際上,湖水還是會蒸發和滲入地下的,只是在前一種情況下,它有水源的補充;在後一種情況下,滲入的水是有限的。
蒸發
蒸發的概念大家都不陌生,它是指液體分子由於溫度或壓強的變化而變成氣體分子逃逸到空氣中的過程。
日常生活中蒸發的例子很多,除了積水的消失還有溼衣服在陽光下的變幹、溼頭髮在陽光下失去水分等。
所有這些例子都證明,如果在陽光下放置太久,水會蒸發,那麼為什麼湖泊中的水不會蒸發呢?
為什麼湖泊不蒸發?
太陽是地球上最自然、最容易獲得、最穩定的熱源,為什麼它不會導致湖泊蒸發,或者至少降低水位呢?
就像把一個裝滿水的杯子放在陽光下,過段時間後,水要麼全被曬乾了,要麼杯中的水大幅減少了。
主要有兩個原因,首先,跟杯子中的水相比,湖泊或大型水體中的水量是相當巨大的,因此蒸發的速度非常緩慢,幾乎不可能被肉眼觀察到。
不過,從理論上講,蒸發能使得水分損失,即使速度再慢只要時間夠久湖水也終有乾涸的一天,這個時間取決於水體的大小。
但是這種情況並沒有發生,因為有水(文)迴圈,水迴圈是指水從湖泊、河流和海洋中蒸發並上升到大氣中,然後作為降水(雨、雪)返回地表的過程。
水迴圈的存在意味著池塘或湖泊因蒸發而流失的水會透過雨水或其他形式的降水又回到池塘和湖泊中。
另外,河流、溪流的匯入也可以補充蒸發的湖水,總體而言,在自然界中,湖水的補給速率是大於蒸發速率的。
但是,當降水減少導致湖水的補給速率失調時,一段時間後,包括湖泊在內的許多淡水體依然會乾涸。
為什麼水不滲入地下?
一個湖泊的水位不會因為蒸發而急劇下降,那是什麼阻止了它們向地下滲入呢?為什麼它們不會全部滲入呢?
事實上,這種滲漏取決於湖水所在的地表。如果一個湖泊太深的話,那麼它的底部通常會有天然的難以滲透的黏土或岩石,這使得水並不能穿透它們。
另外,即便是容易滲漏的土壤也會有飽和極限,當它吸收的水分過多時,就會達到飽和狀態,此時水就無法繼續滲入。
值得注意的是,不同型別的土壤還具有不同的“過濾率”,土壤顆粒越大,滲入的水就越多,比如沙子就比普通土壤的吸收的水多。
但不管哪種土壤的吸水能力有多強,匯入湖泊中的水總源源不斷的,這就意味著它總會吸滿水。
此外,由於許多天然湖泊形成於低海拔地區,所以它們的湖水補給中還有一部分來自地下水,這會讓它們更難以乾涸。
總之,水的確會滲入地下,但是在達到一定的限度後,地面就會變得飽和,從而阻止了水的進一步滲入。
然後,水就停留在原來的位置,慢慢地蒸發,被下一輪水迴圈的水替換,這就是湖泊與水杯的不同之處。
最後
我們也可以換種更簡單的思路來理解,比如,讓池塘中扔進一塊石頭會發生什麼?顯然,石頭沉到了底部,池塘水位微微上漲。
也就是說,密度更大的石頭將水“擠了上來”,同理,構成地球的岩石也會將地球上水擠出去。
地球具有重力,一切物體都在爭相到達地心,密度更大的物質往往更領先,水則被落在了後面,即地表上。