有关地球水体的一条直线

 

张学文

zhangxw@mail.xj.cninfo.net

(中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所)

(2004.12)

 

 

提要

发现地球表层附近的液体(海水)、固体(冰雪)、气体(水汽)和颗粒(云滴)形态的水体数量(的对数)与形态的关系符合一条直线。

关键词:地球, 水分, 直线

1. 地球水体的4种存在形态

地球表层存在着大量的水。它也是地球表层唯一的以固体、液体、气体3 种状态同时存在,并且经常互相转化的物质。

过去物理学明确了物质以固体、液体、气体三种形态存在,但是20世纪后期也把以颗粒状态存在的固体、液体称为物质的第四态。对于地球表层的水体,它不仅以流体的海水、固体的冰雪、存在于大气中的气体(水汽)的形态存在,而且时刻包围着地球半数以上地区的云实际就是固体、液体状态的水的小颗粒(云滴、冰晶)的集合体。我们可以认为地球表层的水体以固体、液体、气体、颗粒体4种形态广泛存在于各处。

人们容易相信这些不同形态的水体在数量是比较稳定的,但是它们的数量之间是否存在某种函数关系,则可能没有受到注意。

2. 水体数量取对数以后的分析

确实,这4种形态的水体的数量相差很多,其绝对值跨7个数量级[12],直接找它们之间的关系是困难的(表1)。

1 地球表层不同形态水体的数量和其对数值

排序

水体形态

水体质量(吨,t)

对数值

1

液体水(海水)

1.3×1018

18.11394

2

固体水(冰雪)

2.4×1016

16.38021

3

气体水(水汽)

1.3×1013

13.11394

4

颗粒水(云)

9×1010

10.95424

分析发现如果以地球表层的液体(海水)、固体(冰雪)、气体(水汽)和颗粒(云滴)形态为一个直角坐标系的横坐标上的4个等距离点,以它们的水体数量(取了对数以后)做为纵坐标值,那么在这种直角坐标图上地球水体状态与数量对应的4个点就很靠近一条直线(图1)。

 

3. 结论

水体以液体(主要是海水)、固体(主要是冰雪)、气体(水汽)和固体液体的水颗粒(主要是云)4种形态存在于地球表层附近,这些不同形态的水体的数量差别很大,跨越了7个数量级。在状态坐标和数量(的对数)坐标张开的直角坐标系中这4 个“状态点”却集中在一条直线附近。这是值得深思的事实,其物理含义有待人们再分析。

参考文献:

[1]David R. Maidment.水文学手册,北京:科学出版社,20027

[2]张学文.云的含水量及其水循环,水科学进展,200213,(1):83-86