水是地球上最宝贵的资源,被视为生命之源,科学家寻找外星生命也以液态水为前提,地球正是因为有水,才能孕育出生命,才能绚烂多姿。不过,你是否想过,为何地球上的水没有悉数渗到地球,而是停在地表呢?
大家想必都听说过石子、沙子和水的故事吧,一位教师拿来一只瓶子,将石子倒进去,然后问他的学生满了没有,得到的回答是满了,然后他又将沙子倒进去,只见细沙在下落的过程中逐渐添补了石子的空隙,学生们兴奋地叫道这次是真满了,然而当教师又把水灌进瓶内时,众人均呆若木鸡。
可见水作为自然界最柔软的物质之一,是无孔不入的,它可以渗透进其他各种物质,地下水的形成也由此有关,不过,事实上地表的水资源却并未完全渗入到地下,还有很多都停留在地表,它们形成了江河湖泊和海洋。那么,既然水无孔不入且受地球重力的影响,它为何没有全部渗入到地下呢?莫非地球有防水膜?
实际上,这个现象是由于力和热的原因造成的。地球的自转产生了离心力,同时地下的气体也在上升,产生了力。在水下渗透的过程中,会被分流和稀释,一个水滴可以分裂成两个,成倍地分裂下去,导致水的体积和密度都会逐渐减小,重量也会逐渐变轻。就算渗透到土地中,土壤中也存在着气体。水蒸气为什么能够在空气中上升呢?就是因为它的质量轻。
而烟雾为什么能够在空气中下降呢?也是由于其质量较重的原因。地球内部的气体总是会有一部分流出来,向各个方向扩散。无论是液体还是气体,都会产生力,即离心力,导致气体和液体始终向上离心。而水向下流动是由于重力的原因,产生了动力。当底下的动力物质大于上面的动力物质时,就会一直向上流动,并产生相应的势能。
这时,势能以通过气体或液体等物质传递动力,而固体密度大,具有永固性,外力太小的话,不会轻易变形变质变量变动,固体、液体、气体(可见可感受的物质)都可以作为力能、热能(可理解成不可见不可感受的物质)的介质(能够传递能量的物质),而力,就是势能,而摩擦,就是热能,是可以转换为其他能的。
此外,这还涉及到渗透系数的问题。如果用岩土工程专业术语的话不讲土壤,它和土壤有很大不同,从表面挖一个洞,距第四系覆盖层不到1米,也就粘土、粉质粘土、粉土,中粗砂、砾石土。这些土壤的渗透系数根据孔隙比而变化。颗粒越大,渗透系数越大,渗透速度越快。因此,沙子和卵石不能保留水分。
一般来说,挖坑时,遇到粘土和粉质粘土的机会很大。这两层土层的渗透系数都很小。每天应该有几厘米。而且坑壁上会有一层耕土,水会从四面八方渗入坑内。岩土工程挖坑,有时半个月不下雨,坑里还是有水,没有地下水,这是上层的死水。因此水渗透得太慢,导致水坑里一直积水,地球地表能够存留住水的原因基本也是如此。
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