水（H₂O）简介：性质、状态与水循环及全球淡水危机
深入解读水（H₂O）的性质、三态与全球水循环，揭示日益严峻的淡水危机与应对策略，关乎生命与未来的必读指南。
水(H)
2O）是一种透明、无味、无臭、几乎无色的化学物质，覆盖了地球表面70%以上的面积。任何已知的生命都离不开它，水对生物体内的化学反应、营养运输和温度调节等过程至关重要。
湖泊、海洋、河流等都是由水组成的。降水是指从天空中的云层中落下的水：在温暖的条件下它以雨（液体）的形式出现，在寒冷条件下则以雪或冰晶的形式降落。如果水变得很冷（低于0 °C（32 °F）），它就会结冰，成为固态冰；如果水变得非常热（高于100 °C（212 °F）），它就会沸腾，成为蒸汽或水蒸气。水在地球表面和大气之间循环流动，构成了重要的水循环。水是生命的必需品，一些研究表明，到2025年，全世界有一半以上的人将没有足够的淡水。
化学与物理性质
- 分子式与相对分子质量：水的化学式为 H₂O（见上文 H) 和 2O），相对分子质量约为 18.015 g·mol⁻¹。
- 极性与氢键：水分子是极性的，氧端带部分负电，氢端带部分正电，这使得水分子之间形成氢键，产生高表面张力、较高的沸点和熔点（与相似分子相比）等独特性质。
- 三态与相变能量：常压下水的冰点为 0 °C，沸点为 100 °C；水的比热容很高（约 4.18 J·g⁻¹·°C⁻¹），汽化潜热也很大（约 2257 kJ·kg⁻¹），这些特性使得水能有效调节环境和生物体温度。
- 密度异常：液态水在约 4 °C 时密度最大，冰的密度低于液态水，因此冰会浮在水面上，这一性质对水生生态和季节性保温很重要。
- 良好的溶剂性质：水能溶解许多离子化合物和极性分子，被称为“通用溶剂”，对生物化学反应、营养输送和污染物迁移有重要影响。
- 中性 pH：纯水在 25 °C 时的理论中性 pH 为 7，但自然水体的 pH 会受溶解气体、矿物质和污染物影响。
水的三态与水循环（简要）
- 蒸发/蒸腾：地表水和植被通过加热将水转化为水蒸气进入大气。
- 凝结与云的形成：水蒸气在冷却或与微粒接触时凝结形成云。
- 降水：云中的水以雨、雪、霰等形式返回地表（见上文关于降水的说明）。
- 径流与入渗：降水部分作为地表径流进入河流与湖泊，部分渗入地下补给含水层，部分被植被吸收并通过蒸腾回到大气。
- 人类活动也会改变水循环的路径，如抽取地下水、修建水坝和城市排水系统等。
水对生命与地球系统的重要性
- 生理功能：细胞内化学反应、溶质运输、体温调节、代谢废物排泄等均依赖水。
- 生态系统：淡水生态系统（湖泊、河流、湿地）为众多动植物提供栖息地；海洋调节气候并支持渔业资源。
- 气候调节：由于水的高比热容和大量潜热交换，水分散和吸收能量，有助于缓和气温变化与风带、降水分布。
- 社会经济：农业、工业、发电、供水与卫生等人类活动高度依赖水资源。全球范围内，农业通常占据用水的最大份额（大量估计显示农业用水占人类用水的大头）。
淡水分布与全球淡水危机
- 淡水资源稀缺：地球上可直接利用的淡水比例很小，很多地区面临季节性或长期的水短缺。正如上文所提及，部分研究表明到2025年可能有大量人口面临淡水不足的问题。
- 主要驱动因素：人口增长、城市化、农业与工业用水增加、地下水过度开采、污染以及气候变化导致降水格局和冰川融化改变，都是加剧淡水压力的因素。
- 污染问题：农业化肥和农药、工业废水、生活污水和塑料微粒等污染物削弱水质并增加处理成本。
- 地下水枯竭与海水入侵：沿海和干旱地区过度抽取地下水会导致含水层下降、地面沉降与海水入侵淡水含水层。
应对措施与可持续管理
- 节水与效率提升：在农业推广滴灌、精准灌溉等节水技术；工业与城市中采用循环用水与节水设备。
- 污水处理与再利用：提升污水处理能力，推动再生水用于农业灌溉、工业冷却和城市绿化等非饮用场景。
- 雨水收集与补给：在城市和农村推广雨水收集、人工涵养与地表入渗措施以补充地下水。
- 海水淡化：在水资源极度匮乏的沿海地区，反渗透等海水淡化技术可作为补充，但需考虑能耗和环境影响。
- 污染防治与生态保护：控制农业和工业面源污染，保护湿地与流域生态系统以维持自然过滤和水质调节功能。
- 政策与治理：实施合理的水资源定价、提高公众节水意识、加强跨区域流域管理与国际合作。
个人能做的事
- 节约用水：缩短淋浴时间、修补漏水、使用节水器具、适量用水洗车等。
- 减少污染：不随意倾倒化学物质，合理使用农药与化肥，减少塑料使用以减轻水体污染。
- 支持与参与：支持当地的水资源保护项目，参与社区雨水利用和河湖清洁活动。
水是地球上最宝贵的自然资源之一，其独特的化学与物理性质不仅维持生命，也深刻影响气候与经济发展。面对日益紧张的淡水资源与环境挑战，需要科学管理、技术创新和每个人的参与来实现长期的水安全与可持续发展。
水有三种状态：液态（包括云，是气溶胶）、固态（冰）和气态（水蒸气，看不见）。
水有三种状态：液态（包括云，是气溶胶）、固态（冰）和气态（水蒸气，看不见）。
水的物理化学
水是一种液体。水是地球上唯一以三种状态自然存在的化学物质。人们知道的关于水的异常现象有40多种。与其他大多数液体如酒精或石油不同，当水结冰时，它会膨胀约9%。如果管道内的水结冰，这种膨胀会导致管道破裂。
水是由2个氢原子和1个氧原子组成的分子。它的化学式是H2O。和其他液体一样，水也有表面张力，所以一点水就能在表面上形成水滴，而不是总是散开来润湿表面。与水有关的事物，其名称中可能会有"水"或"水族"，如水力或水族馆，来自希腊语和拉丁语的水名。它也被称为万能溶剂，因为它可以溶解很多东西。
在少量的情况下，水似乎没有颜色，但在大量的情况下（如海洋或湖泊），水的颜色很浅。
水的物理化学
水是一种液体。水是地球上唯一以三种状态自然存在的化学物质。人们知道的关于水的异常现象有40多种。与其他大多数液体如酒精或石油不同，当水结冰时，它会膨胀约9%。如果管道内的水结冰，这种膨胀会导致管道破裂。
水是由2个氢原子和1个氧原子组成的分子。它的化学式是H2O。和其他液体一样，水也有表面张力，所以一点水就能在表面上形成水滴，而不是总是散开来润湿表面。与水有关的事物，其名称中可能会有"水"或"水族"，如水力或水族馆，来自希腊语和拉丁语的水名。它也被称为万能溶剂，因为它可以溶解很多东西。
在少量的情况下，水似乎没有颜色，但在大量的情况下（如海洋或湖泊），水的颜色很浅。
水的使用
动植物（包括人）体内大多是水，必须喝水才能生存。它为化学反应的发生提供了媒介，是血液的主要组成部分。它通过皮肤出汗来保持体温不变。水帮助血液将营养物质从胃部输送到身体的各个部位，使身体保持活力。水还能帮助血液将氧气从肺部输送到身体。帮助动物和人消化食物的唾液，大部分是水。水帮助制造尿液。尿液有助于清除体内的不良化学物质。人的身体有60%到70%的水分，但这个数值随着年龄的增长而变化，即胎儿体内有95%的水分。
水是牛奶、果汁和葡萄酒等饮料的主要成分。每种饮料还含有其他增加风味或营养的东西，如糖、水果，有时还有酒精。人能喝的水叫"饮用水"（或"饮用水"）。海洋中的水是盐水，但湖泊和河流中的水通常是无盐水。地球上只有大约3%的水是淡水。其余的都是盐水。
许多地方，包括城市和沙漠，没有人们想要的那么多水。他们修建水渠，把水运到那里。
虽然人在没有食物的情况下可以生存几个月，但没有水的情况下只能生存一两天。少数沙漠动物可以从食物中获得足够的水，但其他动物必须喝水。水没有气味、味道和颜色
水也用于娱乐目的，见水上运动列表。
在大多数核反应堆中，水被用作冷却剂和中子调节剂。这可能是普通水（核工业中称为轻水）或重水。
水龙头上落下的水滴。
水的使用
动植物（包括人）体内大多是水，必须喝水才能生存。它为化学反应的发生提供了媒介，是血液的主要组成部分。它通过皮肤出汗来保持体温不变。水帮助血液将营养物质从胃部输送到身体的各个部位，使身体保持活力。水还能帮助血液将氧气从肺部输送到身体。帮助动物和人消化食物的唾液，大部分是水。水帮助制造尿液。尿液有助于清除体内的不良化学物质。人的身体有60%到70%的水分，但这个数值随着年龄的增长而变化，即胎儿体内有95%的水分。
水是牛奶、果汁和葡萄酒等饮料的主要成分。每种饮料还含有其他增加风味或营养的东西，如糖、水果，有时还有酒精。人能喝的水叫"饮用水"（或"饮用水"）。海洋中的水是盐水，但湖泊和河流中的水通常是无盐水。地球上只有大约3%的水是淡水。其余的都是盐水。
许多地方，包括城市和沙漠，没有人们想要的那么多水。他们修建水渠，把水运到那里。
虽然人在没有食物的情况下可以生存几个月，但没有水的情况下只能生存一两天。少数沙漠动物可以从食物中获得足够的水，但其他动物必须喝水。水没有气味、味道和颜色
水也用于娱乐目的，见水上运动列表。
在大多数核反应堆中，水被用作冷却剂和中子调节剂。这可能是普通水（核工业中称为轻水）或重水。
水也被用来清洗许多物品。货物、服务和人员通过水船在水体上运送到其他国家。
水在化学反应中作为溶剂或反应物使用。水还用于消防。水还用于烹饪。
水龙头上落下的水滴。
一氧化二氢的模仿
一氧化二氢的模仿涉及到用陌生的化学名称"一氧化二氢"（DHMO）来称呼水，并以惊人的方式列举其一些有害的影响。一些例子包括谈论"它如何导致燃烧、窒息和腐蚀"，而实际上它只是在谈论热水、溺水和生锈。有时，这种模仿要求禁止使用它和/或将其标为危险品。
这个恶作剧之所以有效，是因为它利用了人们的误解。用一个陌生的名字称呼水，并让它听起来像一种有害的化学物质，可以让人们认为它是危险的，如果他们不知道你只是在谈论水。
"一氧化二氢"是水的另一个化学名称，但没人用它。"二氢"的意思是两个氢，"一氧"的意思是一个氧。水的化学式有两个氢和一个氧。
这种模仿在20世纪90年代得到了最广泛的欢迎，当时一个名叫Nathan Zohner的14岁少年为一个关于轻信的科学项目收集了反DHMO的请愿书。Zohner愚弄了很多人，这使得他的项目被用于有关批判性思维和科学方法的课程中。
DHMO.org网站是一个笑话网站，它列举了水(DHMO)的有害作用，回答问题，并呼吁禁止水等。
一氧化二氢的模仿
一氧化二氢的模仿涉及到用陌生的化学名称"一氧化二氢"（DHMO）来称呼水，并以惊人的方式列举其一些有害的影响。一些例子包括谈论"它如何导致燃烧、窒息和腐蚀"，而实际上它只是在谈论热水、溺水和生锈。有时，这种模仿要求禁止使用它和/或将其标为危险品。
这个恶作剧之所以有效，是因为它利用了人们的误解。用一个陌生的名字称呼水，并让它听起来像一种有害的化学物质，可以让人们认为它是危险的，如果他们不知道你只是在谈论水。
"一氧化二氢"是水的另一个化学名称，但没人用它。"二氢"的意思是两个氢，"一氧"的意思是一个氧。水的化学式有两个氢和一个氧。
这种模仿在20世纪90年代得到了最广泛的欢迎，当时一个名叫Nathan Zohner的14岁少年为一个关于轻信的科学项目收集了反DHMO的请愿书。Zohner愚弄了很多人，这使得他的项目被用于有关批判性思维和科学方法的课程中。
DHMO.org网站是一个笑话网站，它列举了水(DHMO)的有害作用，回答问题，并呼吁禁止水等。
水的怪异
英国广播公司的一个短片解释说，地球上的每一个分子都已经存在了几十亿年，它们都来自于其他地方。水是外来的，因为它来自小行星和彗星。它是宇宙中第二常见的分子。为什么它不是一种气体？它是由两种很轻的元素组成的。冰漂浮在水面上也是一个奇特的现象。另外，热水比冷水结冰快，没有人知道这是为什么。水的分子可以在重力的作用下向上移动（那是由于表面附着力）。
水的怪异
英国广播公司的一个短片解释说，地球上的每一个分子都已经存在了几十亿年，它们都来自于其他地方。水是外来的，因为它来自小行星和彗星。它是宇宙中第二常见的分子。为什么它不是一种气体？它是由两种很轻的元素组成的。冰漂浮在水面上也是一个奇特的现象。另外，热水比冷水结冰快，没有人知道这是为什么。水的分子可以在重力的作用下向上移动（那是由于表面附着力）。
宇宙中的水
宇宙中的水大部分是作为恒星形成的副产品产生的。
2011年7月22日，一份报告描述了在距离地球120亿光年的一颗类星体周围发现了一团巨大的水蒸气云，其中含有的水"比地球所有海洋的总和还要多140万亿倍"。研究人员称，"这一发现表明，水在宇宙中几乎存在了整个宇宙"。
在我们银河系的星际云中，已经发现了水。水可能在其他星系中也大量存在。它的成分，氢斐济水和氧，是宇宙中最丰富的元素之一。大多数其他行星系统也可能有类似的成分。
波段5 ALMA接收器是专门用来探测宇宙中水的仪器。
宇宙中的水
宇宙中的水大部分是作为恒星形成的副产品产生的。
2011年7月22日，一份报告描述了在距离地球120亿光年的一颗类星体周围发现了一团巨大的水蒸气云，其中含有的水"比地球所有海洋的总和还要多140万亿倍"。研究人员称，"这一发现表明，水在宇宙中几乎存在了整个宇宙"。
在我们银河系的星际云中，已经发现了水。水很可能在其他星系中也大量存在。它的成分，氢和氧，是宇宙中最丰富的元素之一。大多数其他行星系统也可能有类似的成分。
水蒸气
水蒸气存在于：
- 太阳的大气层。它有少量的水。
- 汞的大气层。由3.4%的水组成。汞的外大气层中含有大量的水。
- 金星的大气。由0.002%的水组成。
- 地球的大气层：大气层中全由0.40%的水组成。在地球表面通常有1-4%左右的水。在月球的大气层中也有少量的水蒸气。
- 火星的大气：由0.03%的水组成。
- Ceres的大气层
- 木星的大气层。由0.0004%的冰组成。木星的卫星欧罗巴也有水。
- 土星的大气层。土星的大气层： 它有水，只是冰。土卫六由91%的冰组成，在Dione的外大气层中。
- 天王星的大气：有少量的冰。
- 海王星的大气层。在海王星的大气层深处也发现了冰。
- 太阳系外行星的大气层，如HD 189733 b和HD 209458 b、Tau Boötis b、HAT-P-11b、XO-1b、WASP-12b、WASP-17b和WASP-19b。
- 恒星大气。水蒸气存在于巨大的热恒星中，如Betelgeuse、Mu Cephei、Antares和Arcturus。
液态水
液态水存在于地球上。它覆盖了地球表面约71%的面积。在火星上有时也发现少量液态水。科学家认为，液态水存在于土卫六、土卫六、欧罗巴和甘尼美德。
水冰
水冰是在。
- 火星。在火星的南北两极发现了水冰。
- 地球和月球。它主要以冰层的形式出现在地球上，也出现在月球的火山口和火山岩中。
- Ceres
- 木星的卫星。欧罗巴、甘尼美德和卡利斯托上都有。
- 土星。它存在于土星的行星环中。土卫六和土卫六中也有。
- 冥王星和夏龙星
- 彗星和柯伊伯带和奥尔特云中的其他物体：
2000年火星夏季的南极冰盖。
波段5 ALMA接收器是专门用来探测宇宙中水的仪器。
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问题和答案
问：什么是水？答：水（H2O）是一种透明、无味、无臭、几乎无色的化学物质。
问：它覆盖了地球表面的多少面积？
答：水覆盖了地球表面的70%以上。
问：哪种类型的降水是从天上的云层中落下的？
答：从天空的云层中落下的降水，如果是温暖的，可能是雨（液体），如果是寒冷的，可能是冰冻的。
问：水在什么温度下会结冰？
答：如果水变得非常冷（低于0°C（32°F）），它就会结冰，成为冰。
问：水在什么温度下会沸腾？
答：如果水变得非常热（高于100°C（212°F）），它就会沸腾，变成蒸汽或水蒸气。
问：水是如何在地球上移动的？
答：水是在水循环中移动的。
问：为什么水对生命至关重要？
答：没有水，任何已知的生命都无法生存；因此，水对生命来说是必不可少的。
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