水行星

黃河之水天上來，地球之水何處來？

 　　如果從外太空看地球，而且只能用一個字來形容，那就是「水」，因此地球又被稱為水行星。

在太陽系所有的行星、衛星和小行星中，只有地球有大量液態的水。

地球上大約有14億5千8百多萬立方公里的水，其中95%以上的水存在於覆蓋地表面積達71%的海洋中；另外有大約2.97%的水被封存在南北兩極和高山的冰雪中。

其餘的水則分布在地下水、湖泊和河流、大氣層以及生物體內，這些水大約只佔全世界水量的1%多一點點而已。

 　　地球上雖然有這麼多水，但絕大部分都是人類無法飲用的海水。
全世界的淡水總量只佔全世界水量的4%不到，這其中又有大約四分之三被封存在南北兩極和高山的冰雪中；雖然地下水的蘊藏量可達全世界水量的1%，但是深度超過800公尺以下的地下水，在使用上仍然非常困難。
我們取用方便的湖水和河水只佔全世界水量的0.009%，再加上日益嚴重的污染問題，使得我們可以使用的水資源越來越少。

Photo © NASA

水的形態

水	透明無色無臭的液體，遇熱成氣，遇冷結冰。
冰	水在冰點以下的低溫所凍結的固體。
汽	水氣，水遇熱而成的氣體。
雲	地面的水氣上升冷卻，就凝結成細微的水珠或冰晶，飄浮在天上，稱雲。
霧	靠近地面的水氣，冷卻凝結成細微的水滴或冰晶，漂浮瀰漫在空氣中，稱霧。
露	靠近地面的水氣，冷卻凝結成小水珠，附著在物體上者，稱露。
霜	靠近地面的水氣，冷卻凝結成小冰晶，附著在物體上者，稱霜。
雨	雲中小水滴或小冰晶積重而下降，成液態的，稱雨。
雪	雲中小冰晶積重而下降，仍成固態的，稱雪。
雹	雲中小水滴或小冰晶層層結凍而成冰球，落下來者，稱雹。
霰	雨滴下落過程中遇冷空氣而凍成雪珠，稱霰。

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水資源

 　　

                水資源已是二十一世紀人類所面臨最重要的課題之一，聯合國2002年三月發表的研究報告指出，全球目前有11億人口無法取得安全的飲用水，而且每年約有500多萬人死於因飲水所引發的疾病，是全球因戰爭死傷人數的十倍。聯合國同時提出警告，如果人類仍然以今天的速度消耗水資源，到2025年時，全世界至少有27億人將因嚴重缺乏淡水而面臨生存的威脅，同時住在難以取得淡水或無法應付淡水需求地區的人口將達50億人之多，佔全世界人口數的三分之二。因為人口膨脹、環境污染導致水資源日漸匱乏，搶水衝突日益增多，這些都將成為日後引發國際戰爭的火種。

 　　我國水資源的問題很多，台灣更是聯合國認定的缺水地區，因此以嚴肅的態度，認真地面對水資源問題，已是全體國人當務之急。在國人的生活中，節約用水，始終停留在口號階段，今天國人每人每日的平均用水量可高達五百公升，但是平均國民所得水準遠高於我國的歐美國家，平均每人每日的用水量卻只有國人的一半，由此可見國人對水資源浪費的程度。我們必須認清地球水資源是有限的事實，尤其是這兩年因為全球環境變遷所引發的缺水危機，提醒我們更不能再漠視水資源使用的問題。

你知道一度自來水的體積有多大嗎？ 一度水體積＝1立方公尺 你知道一度自來水等於多少公升嗎？ 500cc木瓜牛奶×2000＝1,000公升　一公升＝1,000
你知道一度自來水要多少錢嗎？ 一度水＝5元～11.5元
你知道一度的礦泉水要多少錢嗎？ 一公升20元×1000＝20,000元
你知道一度汽油要多少錢嗎？ 一公升17.1元×1000＝17,100元

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台灣水資源問題

台灣地區水資源的困境與因應之道

　　你也許不知道，台灣是世界排名第十八位的缺水國家（地區）。

在一般人的印象裡，台灣地區平均每年有二千多毫米的雨量，應該是水資源不虞匱乏的國家；但是因為台灣地區地狹人稠、山坡陡峭、雨勢集中，再加上河川短促，所以大部分的雨水都迅速地流入海洋。因此，台灣地區每人每年平均可以分配到的水量，只有全世界平均雨量的七分之一而已，換算成每人每年可用水量大約只有一千公噸（1,000立方公尺），以目前世界可用水量的標準來說，台灣地區是屬於缺水國家（地區）。

　　很多人不禁要問：我們的水是不是越來越少？根據中央氣象局的雨量統計資料來看，每年的總降雨量或多或少都有些變化，但是長期的平均變化並不大。不過一般人總覺得可以用的水好像越來越少，這跟下列幾個因素有關：

環境污染問題

　　台灣地區有21條主要河川、29條次要河川和79條普通河川，2001年在2,934公里的河川總長度中，未受污染的河段有1808.88公里，佔河川總長度的61.65%；輕度污染河段為287.62公里，佔河川總長度的9.08%；中度污染的河段有451.30公里，佔河川總長度的15.38%；嚴重污染的河段有386.20公里，佔河川總長度的13.16%。

歷年來的統計資料顯示未受污染的河段愈來愈少，也就是說河川污染的問題愈來愈嚴重，結果導致許多河川的水質無法利用，相對地可用的水量也就愈來愈少了。

都市化效應及濫墾濫伐

　　在一個植物茂盛的自然地域所降下的雨水，經由植物的截流後，少部分以地表逕流的方式排出，而大部分被植物截流的雨水，則滲入地下成為地下水，在旱季時會再滲出維持河川的基本流量。但是都市面積隨著人口的增加而不斷地擴張，混凝土和柏油等不透水層的面積也不斷地增加；

以及山坡地的濫墾、濫伐導致地表逕流增加，地下水補注減少，結果「遇雨便成澇，不雨則成旱」。都市化後的地區也阻斷了當地水循環的路徑，造成都市氣溫不斷上升的「熱島效應」。

降雨型態的改變

　　因為全球變遷的影響，使得原有的降雨型態產生變化。降雨型態的改變可以分為兩個方面來說明：一是時間上的改變，也就是說原來是分布在一整年的雨量，卻集中在很短的時間內下完，這樣的變化不但無法讓我們有效利用水資源，甚至會發生大洪水及乾旱；

另一個是空間上的改變，也就是說原來應該下在水庫集水區的雨水，卻下在水庫下游或海上，使我我們無法有效的攔截利用。

　　請你想想看：還有哪些原因，讓我們可以用的水愈來愈少了呢？

因應對策

　　策略很簡單而且很清楚。自然界的氣候變遷，是全球必須共同面對的課題，我們只能順應氣候的改變，而加以調整水資源的經營和管理方式；但人為的不當破壞，則須藉由嚴格的規範和徹底的執行，才能有效提高管理的效率來匡正改善。

　　因此我們必須：

1.     加強水資源的管理：有效的調配和管理不但可以減少水資源的浪費，也能提升水資源的使用效率。

2.     增加造林面積：森林不但可以涵養水土、調節水資源、減少土石流，更可以吸收二氣化碳、減輕溫室效應、調節氣候，是具有多重功能的有效措施。

　　也請你想想看：你可以採取哪些對策，在因應水資源課題時也能盡上一己之力呢？

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全球變遷與水資源

全球變遷對水資源的影響

溫室效應

　　溫室是園藝上專為保護稚嫩及超季節植物，使它們不致過冷或過熱的建築。由於地球大氣層中的水氣和二氧化碳等氣體，會阻擋地表幅射出吸收自太陽的熱能向太空逸失，使地表和大氣增溫，這種效應因為與溫室玻璃的效應相似，因此稱為溫室效應（greenhouse effect）。

科學家所稱的溫室效應氣體，除了大家所熟知的水氣與二氧化碳外，還包括氟氯碳化物（CFCs）、甲烷、氧化亞氮和臭氧等氣體，由於全球工業化程度增高，使得大氣中的溫室效應氣體濃度不斷地增加，地球的溫室效應也不斷地增強。

　　科學家估計，如果以目前大氣中二氧化碳的增加速度，而不採取任何防制措施來推算，到2100年時全球平均溫度可能會比目前增高3.5℃，海平面則可能因而上升達95公分。由於台灣地區四面環海，全球平均海平面上升對台灣本島的影響，尤其值得我們關切。

                 溫室效應的增強除了會使海平面上升，導致低窪地區的海水倒灌，使全世界三分之一居住在海岸邊緣人口的生命安全遭到威脅外，也會使得地球的冷暖乾濕分布更為極端，還會改變各地區的降雨型態，使植物和農作物的生長受到影響，導致糧食和水源的供應失去平衡。

聖嬰現象

　　十九世紀的秘魯漁民發現，每年的十二月緊臨秘魯的太平洋，都會出現一股由北向南的溫暖海流，取代原來的冷海水，使得魚群連帶減少，由於這股暖流都在聖誕節前後來到，漁民們因此稱它為「El nio」。

          El nio 在西班牙文中有「幼年基督」和「男孩」的雙重意義，因此我們翻譯成「聖嬰現象」。現今的聖嬰現象，則泛指東太平洋熱帶海域海水的異常增溫和赤道信風異常減弱的氣候異常現象。

酸雨

　　因為大氣中含有二氧化碳，雨水在下降到地表的過程中，會溶入一部分的二氧化碳，所以正常的雨水本身就略帶酸性，它的酸鹼值（pH）約為5.6，因此一般大多將酸鹼值小於5.6的雨水稱為酸雨。其實雨水除了受到二氧化碳的影響外，自然界還有許多現象會影響雨水的酸鹼值，使雨水的酸鹼值變化介於4.9～6.5之間，因此將酸鹼值小於5.0的雨水稱為酸雨，是比較保守的定義。

　　台灣地區平均的酸雨發生率約為60%，換句話說十次的降雨有六次下的是酸雨，東部地區的酸雨發生率約為43%；中部地區則約為46%；但是台北和高雄都會區的酸雨發生率則高達80%以上！尤其是北部地區不但冬季的酸雨發生率遠高於夏季，其冬季酸性物質的濃度也高於夏季；其它地區則比較不受季節性的影響。

台灣各氣象站累年雨水酸鹼值年平均資料

基隆	台北市	新竹	台中	日月潭	嘉義	阿里山	台南	高雄	恆春	宜蘭	花蓮	台東
4.6	4.9	5.6	5.4	5.5	5.6	5.7	5.6	5.7	5.9	5.8	5.9	5.9

　　當酸雨滲入土壤中時，會溶解出土壤中的有毒金屬元素，將這些有毒物質帶入河川或湖泊，嚴重破壞河川生態；人類也會因為食用溶有毒金屬的酸化水質所灌溉的農作物，而在體內累積有毒身質，影響健康。酸雨也會破壞植物的根系和莖葉，使植物無法正常生長，甚至枯萎死亡。另外，酸雨也會使湖泊和水庫水質酸化，使湖泊生態系無法正常活動，最後導致湖中生物死亡，變成死湖。

因應全球變遷的對策

　　由於人類經濟活動的步伐愈來愈快，所製造出來的化學物質，正以前所未有的速度在改變大氣中的組成成分。尤其是工業革命以後，人類大量地使用煤、石油和天然氣等化石燃料，使每年約有六十億噸的二氧化碳排放至大氣中，造成的溫室效應不容忽視。

                人類排放的溫室效應氣體中，二氧化碳和氧化亞氮主要來自化石燃料的燃燒過程；氟氯碳化物的使用則包括冷媒、噴霧劑和發泡劑等化學用途；甲烷則來自於發酵與腐化的過程，包括牲畜、水田和垃圾掩埋場的排放等；臭氧則來自於汽機車、發電廠和煉油廠所排放的氮氧化物和碳氫化合物，再經過光化學作用所產生的。

　　要有效控制溫室效應的惡化，須要積極地調整產業結構，加速淘汰高耗能和高污染的行業，並且要加強提升能源的使用效率。此外，加強替代能源的開發、積極發展大眾運輸系統以節約能源並減少空氣污染、擴大綠化造林以增加二氧化碳的吸收量，都是防治溫室效應的有效策略。

　　至於酸雨，由於它是是二次污染物，因此必須要從降低大氣中污染物著手防治，才能降低酸雨的發生率。推動降低燃料油中含硫量的政策，以減少因燃燒而排放大量的硫化物到大氣中；其次是改善工業及汽機車的防污設備，並且研發有效提高燃燒效率的技術，以減少氮氧化物的排放，都是控制酸雨污染的有效方法。

　　科學家目前對聖嬰現象的認知是，它是周期性發生的一種氣候現象，其周期大約是二到七年，但是至今科學家仍然無法精確地掌握其周期；另外，科學家也從地質記錄中了解到，聖嬰現象是自古就存在的一種自然現象，其主要區域雖然位於熱帶太平洋，但影響可能遍及全世界；至於其發生的原因則仍不清楚。聖嬰現象既然是大自然氣候變遷的一環，人類就無法避免，因此只能從加強聖嬰現象的研究著手，以便有效掌握聖嬰現象的發生，及早作準備。

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水循環

小水滴的旅行～水循環

　　地球上的水藉由陽光的熱能所產生的蒸發作用，轉換成水氣傳送到大氣層中，大氣層中的水氣再經由凝結（雲、霧）與降水（雨、雪）的形式回到地表，最後經由河流或地下水的途徑匯入海洋，形成一個永續的循環，稱為水循環 (Hydrologic Cycle)。

一個水分子由大海中蒸發進入大氣層中，再落回地面，流入海洋，完成一個循環大約需要九天（實際所需的時間要看水分子經過的路徑而定）。

　　全世界的海洋每年大約有434,000立方公里體積的水被蒸發進入大氣層中，而其中有398,000立方公里體積的水，又藉由降雨的方式直接回到大海中；也就是說每年大約只有36,000立方公里體積的水，被從海洋藉由大氣傳送到陸地上，最後再經由河流或地下水的方式回到大海中。

　　水氣一旦上升到大氣層中，通常會很快地被上升氣流帶走。雖然大氣層中水分很少（通常不到地球上水量的十萬分之一），不過它們卻是影響氣候非常重要的因素。在大氣層中的水分子，可以吸收地球表面的輻射熱，並阻止熱能散回外太空，使地球可以維持適當的氣溫。

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水與氣候

水的分布與氣候的關係

　　一個地區的氣候特徵，是由許多的因素來決定的，各個氣候因素之間的交互影響非常複雜。因此，在進行氣候區的劃分時，不可能考慮或包括所有的氣候要素，只能根據人類的活動要求或是生產的目的，採用不同的區劃指標。

對人類活動和生產建設影響較大的氣候因素，可概括分為熱力條件和水分條件二方面。因此一般的氣候區劃分，都採用熱和水的特徵作為區劃指標，最常用的熱量指標是溫度；而降水量則是最簡單的乾濕水分指標。

用降水量為基礎，再配合蒸發量來作為氣候分類的方法，雖然無法適用所有的氣候特徵，但是卻可以提供一個快速的氣候分類概念，因此氣候學家 Thornthwaite 在1931年就用有效降雨量（即降水與蒸發的比值）的概念，依乾濕指數程度分為五種氣候區。

沙漠氣候區 乾濕指數 <16 草原氣候區 乾濕指數 16~31 草地氣候區 乾濕指數 32~63 森林氣候區 乾濕指數 64~127 雨林氣候區 乾濕指數 >128

乾濕指數  R：降水量　B：蒸發量　T：溫度 (華氏)

全世界平均年雨量最多的地方

台灣基隆市附近的火燒寮是全世界平均年雨量最多的地方，其平均年雨量達6,572毫米。

全世界一年中雨量最高的記錄

世界上一年中雨量最多的一次，發生在印度阿薩密省的乞拉朋及地區。從1860年8月1日到1861年7月31日，一年裡的降雨量高達26,491毫米。

全世界降雨量最少的地方

位在智利北部的阿塔卡馬沙漠，從1845年到1936年為止，有91年未曾下過雨。

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水與地貌

水的力量：水造就了天然景觀

　　水是塑造地表形貌最重要的一種工具，隨著時空的變幻，流動不停的河水、海水和冰川，塑造了地表無數的高山、深谷與險崖，也造就了許多變化多端、令人嘆為觀止的地形景觀。

冰川的作用

　　冰是固態的水，它的形成主要是受到溫度的影響，因此，冰川（冰河）通常只見於高緯度或高山地區。當水結成冰時，其物理性質會產生很大的變化，因此對地形產生的影響也就截然不同。以下是一些常見的冰川地形：

	冰斗　 高山冰川的源頭通常都是一個半圓形的窪地，這種被冰川切割出來的地形，稱為冰斗。
	Ｕ型谷 冰川因為體積龐大而流動速度慢，冰的切割力強，因此冰川流過的地區，就會留下谷坡陡峭的Ｕ型谷。
	角峰 如果三個或三個以上的冰斗，向源頭發育且互相接近時，陡峭的後壁便會相交而形成尖銳的山峰，這種突出的山峰稱為角峰。

河流的作用

　　河流在地表的流動過程中，藉由自身的動能和所挾帶的砂石，不斷地改變著地表的外貌。河流的作用可分為三大類：侵蝕作用、搬運作用和堆積作用，藉由這三大作用的交互進行，河流可塑造出許多不同的地形景觀。以下是常見的河流地形：

	沖積扇 河流從山區進入平地後，由於搬運力量急劇減弱，於是以谷口為頂點，向低處形成扇狀分布的堆積地形面，稱為沖積扇。
	曲流 曲流可分為谷曲流和自由曲流。在河川的上游，河水受到河谷地形的限制而不能自由地流動，隨著地形的變化所產生的曲流，稱為谷曲流。河川下游的泛濫平原，地形平緩，河道的擺動比較自由，所形成的曲流稱為自由曲流。基隆河下游未截彎取直前的的河道，就屬於自由曲流。
	河階 河流因為氣候或環境的變動，使河流在舊河道上急速向下侵蝕，未被切割的舊河道便在新河床上形成階狀地，稱為河階。

海水的作用

　　藉由永不止息的海流、潮汐和波浪，海水也會對海岸產生侵蝕、搬運和堆積的作用，在這些作用的交互進行下，塑造出許多富於變化的海岸地形。以下是一些常見的海岸地形：

	海蝕洞 波浪沖蝕海岸的岩石，遇到脆弱的地方，常沿著脆弱地帶深入侵蝕，日積月累，就形成海蝕洞。
	海蝕平台 海水日夜不停地沖刷海崖，使海崖逐漸崩潰後退，最後形成和海水面幾乎相同高度的平坦地形面，稱之為海蝕平台。
	海蝕崖 海岸受到波浪侵蝕而形成的陡峭山崖，稱為海蝕崖。海蝕崖大多出現在上升海岸或岩石海岸，尤其是波蝕強烈的半島或岬角等陸地突出的地方。

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