水是如何工作的

新闻中经常有关于世界但这并不完全准确。水的数量并没有减少，但对水的需求却在稳步增加。一些科学家认为世界人口，目前在60亿年，到2050年将翻一番[来源:Cossi］．此外，清洁和可饮用的水的数量正在稳步减少，因为污染．

对于工业化国家的许多人来说，取水就像打开水龙头一样简单，而且相当便宜。但淡水在世界各地的分布并不均匀。世界上一半以上的水供应仅在9个国家:美国、加拿大、哥伦比亚、巴西、刚果民主共和国、俄罗斯、印度、中国和印度尼西亚来源:世界可持续发展商业理事会]。显然，除了基本的饮用水和卫生设施外，城市地区对水的需求更大。但在不发达国家，人口过剩意味着许多人甚至得不到最基本的生活条件。

世界上大部分淡水——约240万立方英里(1000万立方公里)——都存在于地下蓄水层．其余的来自:

[来源:世界可持续发展商业理事会]

水资源分配与政治边界、经济发展和财富息息相关。例如，在墨西哥城，9%的人口使用了75%的可用水，破败的基础设施意味着多达一半的水因管道泄漏和蒸发而流失[来源:Cossi］．

一些国家没有足够的清洁水来满足其快速增长的人口，而且他们负担不起清洁和运输所需的基础设施。例如，中国大部分城市居民缺水，中国大部分地下水、湖泊和河流受到污染。中国约有7亿人只能饮用不符合国家饮用水标准的饮用水世界卫生组织【来源:谁］．

中东国家的人均用水量最少，因为那里的天然淡水资源非常少。相比之下，美国的用水量比其他任何国家都要高，2002年人均用水量约为60000立方英尺(1700立方米)[资料来源:经济合作与发展组织]。但即使在美国，也有一些州和地区没有足够的水来供应他们的人口。佛罗里达的沿海地区有如此多的盐水，他们必须从内陆地区用管道输送淡水，这导致了对水供应控制的政治争端。

在许多地区，水是由政府管理和分配的。在美国，它是由安全饮用水法．然而，政府控制并不总是符合所有人的最佳利益。20世纪30年代，为了灌溉棉花田，苏联政府修建了运河，将流入咸海(位于哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦之间)的河流改道。结果，在过去的50年里，海洋的表面积缩小了50%以上，体积缩小了80%[来源:Swanson］．它的盐度增加，被杀虫剂、化肥径流和工业废料污染。海洋的消失意味着商业捕鱼业的衰落，从而导致该地区陷入贫困。暴露在海底的污染物已被发现血南极企鹅[资料来源:Swanson］．

一些地区将供水私有化，这常常导致冲突。20世纪80年代末，联合王国将其供水委员会(政府供水组织)出售给私营公司，从而改善了基础设施。许多人对公司能从这种基本需求中获利感到愤怒，尤其是当无力支付账单的人受到严厉惩罚时。这个问题后来通过立法得到了解决。

2000年和2005年，玻利维亚的示威者走上街头抗议供水私有化。当外国公司接管玻利维亚的供水系统时，水的成本对穷人来说太贵了。在埃尔奥托市，“连接自来水和下水道的费用超过了以最低工资计算的半年收入”[来源:舒尔茨］．2000年的叛乱，被称为“玻利维亚水战争”，导致戒严, 100人受伤。在这两起事件之后，玻利维亚政府取消了私营公司的合同。

目前，超过10亿人，约占世界人口的17%，没有干净的水[来源:世界卫生组织］．有几个政府和非政府组织，包括联合国儿童基金会和水援助组织，致力于帮助亚洲和非洲的贫困社区获得可持续的饮用水和卫生设施供应。美国也存在水资源短缺的问题——许多州都有项目，帮助弱势群体获得足够的水，并支付他们的水和下水道账单。

显然，缺水是一个大问题。但这究竟是为什么呢?在下一节中，我们将看看水在人体中所扮演的角色。

我们的身体大约60%是水[来源:梅奥诊所］．水能调节我们的体温，让营养物质通过我们的细胞，保持粘膜湿润，排出体内废物。我们的肺90%是水吗大脑70%是水和我们的血80%以上是水。简单地说，没有它我们就无法运转。大多数人每天大约出两杯水(0.5升)。每天，当我们呼出水时，我们流失的水略多于一杯(237毫升)，我们排出大约6杯(1.4升)的水。我们也失去了电解质——钠和钾等矿物质调节体液。那么我们如何替换它呢?

我们所需要的20%的水可以通过我们所吃的食物获得。有些食物，比如西瓜，几乎100%是水。虽然我们每天所需的水量各不相同，但通常是8杯(2升)左右。但与其担心喝完那8杯水，不如在你开始感到口渴的时候就喝。你可以通过喝其他饮料来获取水分，但有些饮料，比如酒精，会使你更加脱水。

如果你的尿液是暗黄色的，你可能没有喝足够的水。当然，当你运动的时候你需要更多的水;生病的:腹泻、呕吐或发烧;或者长时间在炎热的环境中。大多数人在没有水的情况下只能存活几天，尽管这取决于许多因素，包括他们的健康和环境。有些人走了两周之久。一名在尼泊尔冥想的佛教男孩的追随者声称，他已经两年不吃不喝了，但医生无法证实这一说法[来源:所有的头条新闻］．

当你没有得到足够的水，或失去太多的水，你会变成脱水．轻度脱水的症状包括口干、极度口渴、头晕、头晕和虚弱。如果人们在这个时候没有补充水分，他们会严重脱水，这可能会导致抽搐、呼吸急促、脉搏微弱、皮肤松弛和眼睛凹陷。最终，脱水会导致心力衰竭和死亡。

腹泻引起的脱水是不发达国家死亡的主要原因。每年有近200万人死于疟疾，其中大部分是儿童[来源:谁］．饮用被生物污染物污染的水，又无法获得适当的卫生设施，可导致诸如疟疾霍乱和寄生虫比如隐孢子虫病和血吸虫病。水也可能被化学物质、杀虫剂和其他自然产生的物质污染。

下一页我们将学习净水。

可以安全饮用的水被称为饮用水，或饮用水，相比之下安全的水，可用于洗澡或清洁。在美国，环境保护署为90种最常见的污染物设定了最高水平。如果你的供水发生了问题，你的供应商必须联系你，让你知道你应该采取什么预防措施。

水处理需要六个基本步骤。

在下一节中，我们将进一步研究水在动植物细胞中是如何循环的。

植物所含的水分甚至比动物还要多——它们中的大多数都是90%到95%的水[来源:BBC]。就像在动物身上一样，水调节植物的温度，并通过植物输送营养物质。但植物不是通过饮水和进食来吸收水分，而是通过露水来获取水分，灌溉和降雨量。

植物通过根吸收水分，绿色的植物则把它用在光合作用这就是它们为食物制造糖分的方式。(你可以了解更多关于光合作用的过程地球是如何运转的)。植物也需要水来养活自己。压力来自于过程渗透即水从植物细胞外部到细胞内部的运动，保持了植物的细胞壁。

当你给植物浇水时，它会把水分吸进去毛细作用．然后水从根部通过叫做木质部的船只．水到达植物的叶子，通过叫做气孔当植物需要冷却时，它就会打开。这个过程叫做蒸腾作用这与人类(和一些动物)出汗的方式相似。二氧化碳也通过气孔进入植物。

动物和人类对水的处理要复杂得多，尽管它们在很多方面也很相似。你摄入的水通过渗透作用在小肠上部被吸收。它进入血液中并被输送到全身各处。与植物细胞不同的是，动物细胞没有细胞壁。这就是为什么动物有循环系统——否则，我们的细胞会吸收水和盐直到膨胀。我们的循环系统将水分输送到身体各处，并在需要时通过出汗和排尿排出水分。

一些动物，比如一种叫做tartigrade这种植物可以在不喝水的情况下存活很长一段时间。如果鞑靼的环境没有足够的水，动物就会进入没有水的生活低湿休眠．糖在细胞中代替水，使其不受极端温度的影响。它的新陈代谢会降低，直到它有足够的水来重新真正地生存，它才会保持这种几乎没有生命的状态。

一些植物也找到了独特的方式在缺水或缺水的情况下生存。一种方法是光合作用的变化甲果酸代谢(CAM)光合作用．在CAM光合作用中，植物将二氧化碳储存为酸，并在白天保持气孔关闭以节约水分(夜间蒸发速度较慢)。如果环境特别干旱，它甚至可以一直保持气孔关闭。仙人掌利用CAM光合作用在沙漠的极端炎热和干旱中生存。

接下来，我们将看看如何水文，或水，循环功能。

水循环是水在地球内部和周围的连续运动地球．如前所述，水从未真正消失——它只是改变了形态。的太阳驱动整个水循环，并负责两个主要组成部分:冷凝而且蒸发．当太阳加热水面时，水就会蒸发，最终以水蒸气的形式进入大气。它冷却上升，形成云，最终凝结成水滴。根据大气温度和其他条件，水沉淀如雨，雨夹雪，冰雹或雪。

其中一些降水被树冠吸收，再次蒸发到大气中。落到地面的降水就变成了径流，它们会积累并冻结成积雪或冰川。它也可以渗透到土壤中积累，最终储存在土壤中蓄水层．含水层是可以提取和利用的大量地下水。这种径流也来自于融雪当太阳和气候变化使冰雪融化时，就会发生这种现象。最后，一些径流回到湖泊和海洋，在那里再次被太阳蒸发。你可以了解更多关于水的循环地球是如何运转的．

落到地面并停留在土壤中的水最终蒸发并返回到大气中。但是，作为我们饮用水的主要来源的地下水，可以在含水层中积累数千年。非承压含水层将地下水位，或水压等于大气压力的地表作为它们的上边界。承压含水层通常位于不受限制的含水层之下，有一层岩石或其他材料作为其上部边界。

在美国，最古老的地下水，被称为矿物水,蕴藏在奥加拉拉含水层中奥加拉拉含水层位于大平原八个州约17.5万平方英里(45万平方公里)的地下，储存了约29亿英亩英尺(36亿立方公里)的水[来源:高地平原/加拉拉地下含水层］．奥加拉拉含水层形成于200万到600万年前，当时落基山脉正在形成。由于大平原的气候干旱，含水层中的水被消耗的速度比补充的速度快。这就是为什么一些科学家把化石含水层称为水矿业．

其他星球上也可能存在地下水。的照片火星“全球勘测者”宇宙飞船展示了火星表面由河流冲刷出的沟壑。根据美国国家航空航天局在美国，海水大概在300到1300英尺(100到400米)以下。木卫二，木星的卫星之一，可能也有地下水。由于我们对水的需求超过了地球的供应量，科学家们想知道是否有一天我们会在太阳系的其他行星和卫星上开采水。

水有许多独特而惊人的特性，这使得它对生命如此重要。这就是为什么我们一直在寻找更好的方法来获取和保存它。在下一节中，我们将研究这些特性并更多地了解水本身。

我们在第一节中谈到的水分子之间的氢键是水的两个独特特性背后的原因:凝聚力而且附着力．内聚力指的是水很容易粘在一起。附着力意味着水也能很好地粘附在其他东西上，这就是为什么水会在某些表面上以薄膜的形式扩散开来，比如玻璃。当水接触到这些表面时，附着力比内聚力强。它不是粘在一起成球，而是散开。

水也有很高的表面张力．这意味着水面上的分子并没有被四周的类似分子包围，所以它们只是被内部深处的其他分子的内聚力所吸引。这些分子彼此紧密结合，但与其他介质的结合却很弱。其中一个例子是水珠在有蜡的表面上的方式，如叶子或蜡汽车．表面张力使这些水滴呈圆形，所以它们覆盖的表面积尽可能小。

毛细作用也是表面张力的结果。正如我们提到的，这发生在植物“吸收”水分的时候。水会附着在植物管的内部，但表面张力会试图将其压平。这使水上升并再次凝聚在一起，这个过程会持续下去，直到足够多的水聚集起来，使重力开始把水拉下来。

水的氢键也是它形成固体的原因，冰可以漂浮在液体形态上。冰的密度比水小，因为水分子在冰点(32华氏度或0摄氏度)会形成晶体结构。水的热性质也与氢键有关。水有很高的温度比热容这是单位质量使其温度升高1摄氏度所需的热量。把水的温度升高1摄氏度所需要的能量是4.2焦耳每克。水也有高潮汽化热这意味着它可以吸收大量热量，而温度不会上升太多。这对气候有很大影响，因为这意味着海洋需要很长时间才能变暖。

水通常被称为普遍的溶剂这意味着许多物质溶解在其中。溶于水的物质是亲水．这意味着它们和水的凝聚力一样强，甚至更强。盐和糖都是极性的，就像水一样，所以它们很容易溶解在水里。不溶于水的物质是疏水．这就是“油和水不能混合”这句话的来源。水的偿付能力就是为什么我们用的水很少是纯净的;它通常溶解了几种矿物质。

这些矿物质的存在就是区别硬水而且软水．硬水通常含有大量的钙和镁，但也可能含有金属。肥皂在硬水里起泡不好，但硬水通常并不危险。它还会在管道中沉积石灰垢，热水器而且厕所．

最近关于水性质的一些争议在于冰融化时的行为。一些科学家声称，除了它的一些氢键断裂之外，它看起来和它是固体时几乎一样。另一些人则认为它形成了一个全新的结构。所以尽管水很重要，我们仍然没有完全了解水。

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