第二节 地球的水环境
一、水环境的基本特点
水环境是由地球表层的水圈所构成的环境，应包括在一定的时间内水的含量、分布、运动、化学成分、生物、水体所占的空间以及水体的物理性质。虽然水环境是地球表层自成体系的系统，但又不能单独存在，它与岩石圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存在物质和能量交流的关系。所以说水环境是一个开放系统。
水环境也是处在不断变化之中的，但相对于大气环境来说具有相对的稳定性。水环境的特点可以概括为以下几点。
（一）水体分布的不均一性
地球表层的水体分布是极不均一的。海水占地球表面积的71％，其质量占地球表层水体总质量的97.5％，而陆地上的水所占质量还不到2.5％。就陆地上的水体分布而言，也是不均一的，其中冰川就占据陆地上水体的85％，且主要集中在两极地区。陆地表层的液态水又以地下水最多，而地面流水是很少的一部分。由于地球表面水体分布的不均一性，造成一些特殊的气候和陆地景观，同时也造成人类的淡水“危机”。
（二）水体物质成分的差异性
虽然都是水，但每种水体所含的物质组成却差别很大。海水的物质成分最复杂，而且盐类物质的含量很高，平均可达35‰，个别海域可达40‰。而陆地上的液态水盐类物质含量却要低得多，冰川是最低的。干旱气候区的盐湖水氯化物含量可达到饱和度而发生沉淀；而潮湿温暖气候区的湖水却常含有较多的铁、铝等物质。除了这些溶解物质外，地面流水的悬浮物含量较高，我国黄河的一条支流无定河的河水有“一升水七分沙”之说；而地下水的悬浮物质就要少得多；海洋中近岸海水较远岸海水的悬浮物质多。总之，地球表层水体的物质组成极不相同，几乎找不到两种成分完全相同的水体。若自然水体中含有一些对人体有益的元素，如锶、硒等，就可成为优质的矿泉水。
（三）水的循环性及其环境效应
水是处在运动之中的，不同水体之间存在着循环与交流。水体的循环与交流既可以发生在气态、液态和固态水之间，也可发生在海洋与陆地之间，还可发生在非生物与生物之间、水圈与岩石圈之间。水的循环是一个既无起点、也无终点的运动系统。水在循环过程中，产生很多的环境效应，如传送能量、运输物质、调节气候、清洁大气等。
1.传送能量
在地球的不同部分，太阳入射的角度是不同的，这就造成了地球不同部位所接受的太阳辐射量不一样，并出现了太阳能分布不均等的现象。通常是低纬度地区太阳辐射能过剩，而高纬度和两极地区的太阳辐射能亏空。低纬度地区的太阳辐射能可通过水循环的途径被运输到高纬度地区。据计算，每年通过降雨的形式向南极洲输送的太阳能达4.105×1021J。除了不同纬度之间的能量传送外，还有海陆之间的能量输送。据研究，每年从海洋输送到陆地的太阳能达9.912×1021J，这对陆地上的生物生长起着重要的作用。
水循环过程运输的物质可分为两大类，即溶解物质和碎屑（固体）物质，溶解物质包括气体、离子和胶体三类。运输这些物质的最主要动力是地面流水，每年通过河流运输到海洋的固态物质达200亿t，溶解物质超过40亿t。同时海洋的蒸发过程，又把一部分盐类物质和气体送入大气圈，运输到陆地上。
3.调节气候
水圈循环不仅能调节地球表面的干、温变化，而且还调节气温的变化。大气圈中的水蒸汽能够阻留地球的热辐射的60％，起到一种“温室效应”。地球表层气候的最大“调节器”是海洋，如果海水的气温降低1℃，那么将释放出5.53×1024J热能，这足以使大气温度不发生大幅度的变化。例如，我国处于同一纬度的西北地区和东部地区，气温及湿度差别很大，东部地区受海洋气候的调节而显得湿润，而西部地区远离海洋而变得非常的干燥。
4.清洁空气和净化污水
据观测，一次较大的降雨过程，可除去大气中的90％以上的粉尘和80％以上的污染气体。降雨过后，城市里的空气变得清新，透明度增加。每年通过降雨的形式，从大气中除去的盐类物质达30亿t左右，现在世界各地普降酸雨是这一过程的具体表现。天然水体具有一定的自净作用。其自净作用是指进入天然水体中的污水，通过物理的、化学的和生物的作用使污染物沉淀、扩散、稀释、吸收、分解、氧化、还原等而变成无害物质或沉淀下来，使水体净化的过程。天然水体的自净能力是有限的，不同水体的自净能力也不一样。地球表面的海洋自净能力最强，被称为是最大的“天然污水处理厂”；流动水体的净化能力比静止水体强。陆地水体中的污水绝大多数最终流入海洋，在这里进行净化，最后通过水体蒸发，干净的水又回到陆地。
二、水圈灾害
发生于水圈中的自然灾害有暴雨、洪水、冰雹、海岸侵蚀、海啸、雪崩等，尤以洪水造成的灾害最大。
洪灾在我国几乎每年都有发生，较大的洪灾发生频率约为3年一次。1931年的长江流域大洪水造成14万人的死亡，1954年也造成了4万人死亡的重大灾情。1998年又是我国一个洪灾年，在长江流域、松花江流域、珠江流域都发生了洪灾，经济损失达1666亿元。尤其是长江流域的洪水水位高、持续时间长、来势凶猛是历史罕见的。我国洪灾的发生有一定的时间规律性，每年5～8月份是洪水多发期，并且从南向北逐渐推进。影响洪灾的因素很多，有天文因素、地球运转因素、海水运动因素、大气因素等。另外，人类的活动对洪水发生的频率和强度也有很大影响，如1998年长江大洪水就与上游大量砍伐森林有关。
海岸侵蚀也是下个世纪对沿海地区的城市、工业、农业等产生危害的一个重要因素。由于温室效应，两极冰川融化并注入海洋，使海平面上升，将造成海水入侵，农田、盐田受侵蚀，河口淤塞，土地盐碱化，海岸防堤损坏等灾害。若届时海平面上升 20cm，我国沿海地区将至少造成几亿元的直接经济损失。
近几年，由于气候异常，在东欧、我国的青藏高原造成重大雪灾，经济损失惨重，每年有不少人死于雪崩。由于地震、火山喷发、台风等引起的海啸，也使沿海地区人们的生命和财产遭受重大损失，如1933年日本死于海啸的人数达3 000人。
三、水环境污染
（一）水体污染及污染源
水体污染是指排入的污染物质在水体中的含量超过了一定的指标以及水的自净能力，结果对人体、动植物等产生危害的水质状况。水体污染已成为全球性的一个危及人类生存的重要问题，无论是海水、地面流水，还是地下水，乃至冰川，都受到不同程度的污染。控制和治理水体污染已成为一项迫在眉睫的艰巨任务。
造成水体污染的污染源有两大类，即自然污染源和人为污染源。自然污染源是指自然界本身的地球化学异常所释放的物质给水体造成的污染，如高矿化度的地下水对河水的污染，矿床周围的矿化水对河水的污染。
人为污染源是指人类活动产生的污染物给水体造成的污染。这种污染源是当前水体最重要的污染源，而且造成的危害也最大。人为污染源按其污染物的来源可分为工业废水、生活废水和农业废水。
工业废水是指各种工业、企业在生产过程中排出的生产废水、污水、废液等。由于这种废水的成分极为复杂，含有毒有害物质多，因此，这种污染源对水体的危害最大。生活污水是人们日常生活中产生的各种污水的混合液，如厨房、洗涤室、厕所、浴室等。这种污水以含营养物质、需氧物质、病菌等为主。农业废水是农业生产过程中，灌溉水通过土壤或排灌渠进入地下水和地表水中的水体，它以含少量农药和化肥为特征。
（二）污染物及其危害
造成水体污染的污染物类型很多，有无机物，也有有机物；既有有毒有害物质，也有无毒无害物质。污染物的不同，其危害差别程度很大。有的污染物只要有很少量就造成水体的严重污染，乃至造成水体生物的大量死亡。
污染物按其成分、性质、造成的危害大致可分为需氧污染物、植物营养物、油类污染物、重金属及放射性污染物、生物污染物、酚类化合物等（表11.1），这些污染物造成的危害是不同的。
表11.1 水体主要污染物及其危害
（三）水体污染的防治
1.加强对水体及其污染源的监测和管理
经常的监测和科学的管理，可以使水体污染的防治工作有目标、有方向地进行。这方面的工作包括对工业废水的排放量和废水浓度的监测及管理，对污水处理厂的监测及管理，对水体卫生特征、经济指标的监测及管理等。
2.控制或减少废水或污水的排放量
控制或减少废水或污水的排放量，是控制水体污染的一条重要途径，尤其是对工业废水排放量的控制更为重要。要达到控制或减少废水和污水的排放量必须采取一系列的措施，如改革生产工艺、降低用水量、实行重复用水、关闭生产设施落后、效益低而污染严重的小型企业等。
3.合理利用水体的自净能力
规模较大、流动性强的水体具有较强的自净能力，可以选择这样的水体进行适量的污水排放。但特别要注意的是，天然水体的自净能力是有限的，尤其要严格控制有毒、有害物质的排放。为了不造成水体的污染，必须对水质的标准做出严格规定，合理组织排放。
4.污水处理
污水处理就是用各种方法将污水中所含的污染物质分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使污水得到净化。污水处理方法可按其作用原理分为三大类：
物理法 主要是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变污染物质的化学性质。
化学法 利用化学反应的作用，除去污染物质或改变污染物的性质。
生物法 是处理污水中应用最久、最广和比较有效的一种方法，它是利用自然界存在的各种微生物，将污水中有机物分解和向无机物转化，达到净化的目的。
5.海洋油污染处理
海洋受石油污染后的治理工作，首先是利用油障把油包围起来，然后再利用回收船只或回收装置收回油障内的油，最后用油吸附材料和油处理剂等对那些剩余的油进行处置