揭秘地球水循环之谜：为何水不渗入地球内部？

常言道，人往高处走，水往低处流。水，这种无色透明的液体，在重力的牵引下，总是向着海拔更低的地方流淌。作为流体的典型代表，水总是寻找地势低洼之处，填补每一处缝隙。所谓“渗入”，即指水分子以扩散的方式悄然进入多孔疏松的物体。地球表层主要由土壤和岩石构成，水似乎总能以渗透的方式悄无声息地进入地下，形成宝贵的地下水资源。似乎任何有孔隙的地方，都难逃水的渗透。然而，令人好奇的是，为何这些水并未全部渗入地球内部呢？

答案在于地球内部的高温和高密度环境。在常温常压下，水的密度约为1克每立方厘米。相比之下，岩石的密度通常更高，因此在重力作用下，岩石往往沉于水底。随着深入地下，压力逐渐增大，在超强压力下，岩石的密度进一步增加。地球表层的岩石（主要是地壳）平均密度在2.2～2.9克每立方厘米之间，而地心处的物质密度更是高达13克每立方厘米。密度的增加意味着孔隙的减小。因此，越深入地下，物质密度越大，水就越难以渗透。即使在1万米的深海中，那里的压力是大气压的1000倍，水的密度仍然低于岩石。

此外，越深入地下，温度也随之升高。地心处的温度可与太阳表面相媲美，高达5000℃以上。然而，在如此高压的环境下，物质依然保持固态。这些热量主要来源于地球诞生之初的余热、地球内部放射性物质的衰变以及天体间潮汐作用产生的摩擦热。在常压下，水的沸点为100℃，而在高压环境中，沸点将有所提高。通常在地下40公里处，温度就已高达600度，足以使水沸腾。因此，由于高温和高压的双重阻碍，水很难渗入地球内部。

地球，这颗平均半径为6371千米的岩石行星，在其诞生之初尚处于熔融状态。当时，密度较大的物质下沉，密度较小的物质上浮。随着温度的降低，地球逐渐形成了各种稳定的圈层结构。科学家通过探测地震波等信息来了解地球内部的状况，其方式类似于医学中的CT扫描。地球可分为内圈和外圈两部分。地球内部圈层自内而外依次为地核、地幔和地壳；外部圈层则包括水圈、生物圈和大气圈。地核、地幔和地壳的关系就像蛋黄、蛋清和蛋壳一样，层层包裹。研究显示，地壳非常薄，平均厚度仅为17千米。地壳和地幔主要由岩石构成，而地核则由铁镍等金属构成。通常所说的岩石圈指的是地壳和上地幔顶部软流层以上的区域，这一部分均由坚硬的岩石构成。尽管地幔和地核中存在液态物质，但其密度极高。一般来说，地表水最多能渗入至地下400千米处。这是因为在上地幔顶部存在一个软流层，其厚度为80~400千米，主要由熔融状态的岩石构成，岩浆即发源于此。软流层中的物质呈液态且密度大、温度高、厚度大，水和水蒸气均无法渗透过去。研究还发现，岩浆的形成需要水的参与。渗入此处的水会通过火山喷发、地质运动等方式重新返回地表。此外，科学家还在地球的上下地幔的过渡带中发现了丰富的水分——更准确地说是水分子。在高压作用下，这些水分子被锁在林伍德石的晶格中，基本不参与自然界中的水循环。这些水可能早在地球诞生之初就已存在，而非从地表渗透而来。

地球最初是由太阳形成后的尘埃聚集而成，因此在其诞生之初便已拥有水分。此外，太阳风和彗星等也为地球带来了水分。据估计，整个地球上的水资源总量约为14亿立方千米，其中97%的水存在于海洋中。而地球表面约70%的面积被海洋覆盖，海洋在地表水循环过程中发挥着举足轻重的作用。全球海洋的平均深度约为3600米，其中最深处为马里亚纳海沟，深达10000多米。尽管地球上水的总量基本保持不变，但这些水以不同形式存在于自然界中。在太阳光等能量的驱动下，水的形态不断发生变化，通过蒸发、凝结、降水、渗透、流动等方式实现循环。关注我们的内容，探索更多关于地球水循环的奥秘。