水循环

水循環指水在一個既沒有起點亦沒有終點的循環中不斷移動或改變存在的模式。當水在地球中移動時，將會在氣態、固態和液態，三個狀態中不斷轉變。水由一個地方移動至另一個地方所需的時間可以秒作單位，亦可以是數以千年計。而地球中的總水量約為1.37 X 10⁹ km³，其中以包含海洋的含水量。而儘管水在水循環中不斷改變，但地球的含水量基本不變。

水會透過各種物理變化或生物物理變化而達成移動。而蒸餾和降水在整個水循環中擔當一個非常重要的角色，這兩個過程於每年令505,000 km³的水產生移動。它們亦令地球中大部份水產生移動。河流所帶動的水流只屬於中等，而由冰直接昇華至水蒸氣更是非常少。

水循環的环节有：

• 降水：一些空中凝結的水從空中墜下至地面或海面，而下雨則成為最常見的降水現象。落雪、落冰雹、霧、雪丸和雪雨也是降水的現象之一。[1]而每年大約有505,000 km³透過降水，這個現象返回陸地或海洋。當中有398,000 km³會返回海洋[2]當中。
• 植物截留 ： 當降水時，未必全部的水分會落到地面或海洋。有一部份的水會被樹林、樹木的叶所欄截，通常這些水會再被蒸發至大氣層中，而只有少數被欄截的水會由樹木降回地面。
• 溶雪：當雪溶時，則會產生一些逕流。
• 徑流：這是指水由一處移動至另一處，這包括地面徑流和地底的徑流。 當發生逕流，水會滲入到地底、蒸發入空氣、儲存於湖泊或水庫， 或被人提取作農業用途或作其他用途。
• 滲透：水由地面流入地底。當水滲入泥土後，會令泥土變得濕潤或變成地下水。[3]
• 地下徑流：水於地下蓄水層或地下水位線以上的空間流動。當被泵、於泉源或最終流回海洋，水是會返回地面。水會在較滲入地面地方海拔低的地方返回地面。而因為地心吸力或由地心吸力所產生的壓力關係，地下水會以非常緩慢的速度流動或是補充，所以地下水會存於地下蓄水層一段非常長的時間。
• 蒸發：指當水由地面或大量的水中轉變成氣态即水蒸氣返會大氣層[4]，而此過程中需要的能量主要是來自太陽。蒸發往往涉及植物的蒸騰作用，但整體上仍然會把它們計算為蒸散量。在大氣層中，大約百份之九十的水份是來自蒸發，而另外的百份之十是來自植物的蒸騰作用。年總蒸發量大約是 505,000 km³，其中 434,000 km³是蒸發自海洋[5]的。
• 昇華：指固态水即冰或雪直接轉變成氣态即水蒸氣[6]。
• 移流（水汽输送）：指固态、液态或氣态的水在大氣層中移動。沒有移流，水只會在海洋中被蒸發卻沒有任何水降至陸地。[7]
• 凝結：指水蒸氣在空氣中轉變成液態的水，從而產生雲和霧[8]。

海洋是地球上大多數水分的貯存處。圖為地球上的所有海洋的分佈情形。圖片中間偏右的南極洲則藏有地球上大多數的冰。

地球的水會貯存在整個水循環中不同的地方，而這些地方便是貯水處。在地球中最大的貯水處為海洋，它的貯水量是地球的總含水量的97%，而第二大的貯水處是以固體形式貯存水的冰帽及冰河。而整個生物圈所存的水則為最少的。[9]

表中顯示水分子於水循環中各部份的平均停留時間。然而，這些數據只是平均值，當中水份的停留時間是絕對有機會長過或短過平均值。

地下水在離開前可於地底停留超過一万年。因水會透過蒸發、蒸騰、溪流的流動和地下水的補充離開泥土及水在地面中的分佈是非常廣泛，所以水只會被短暫地儲存於泥土中。而水在蒸發或蒸騰後及凝結或降水前，會存於大氣層中大約九日。

在水文學，有兩個方法去估計水的停留時間。常用方法主要是依賴質量守恆定律和假設既定的儲水處的儲水量是大概不變的。這個方法是透過找出進出存水處的水量比例以估計水的停留時間。在概念上，這相當於計算填滿一個空的、或沒有水份流出的容器所需的時間。反之，則是計算水份從一個裝滿水的、或沒有水份進入的容器中完全流失所需的時間。

而另一個方法是用同位素技術去尋找水的停留時間，而這技術會多用於地下水。這技術是水文學的分域——同位素水文學。

在過往幾個世紀中，因為全球變暖的關係，加速了降水及蒸發的速度。而暖的空氣亦提供了一個比較大的空間而儲存水份，所以水循環亦變得越來越劇烈。

在2007年政府間氣候變化專門委員會在科學範疇上一致通過一個關於政策製定的總結[11]，而其目的是要在二十一世紀中繼續增強整個水循環，但這不代表會增強全部地區的降水量。在二十一世紀中，亞熱帶地區的降水量將會下降，令發生乾旱的機會增加。而緯度越高、越接近兩極的亞熱帶地區（如地中海盆地、南非、澳洲南部，以及美國西南部等），乾燥的程度則越高。赤道地區的氣候傾向濕，而年降雨量亦相應的上升。

冰川退縮是其中一種水循環的改變。自1850年的冰川因降水量不及水份經昇華及溶雪流失的速度而令退縮的範圍擴大。[12]

一些人為的活動亦可以改變水循环：

• 農業
• 改變大氣層的化學成份
• 興建水壩
• 伐木和造林
• 從井提取地下水
• 從河流提取用水
• 都市化

水循環的能量主要來自太陽。全球有86%的水份蒸發是來自大海，而大海則透過蒸發降低溫度。當沒有來自蒸發的冷卻作用時，溫室效應會令表面溫度升至67℃和變成一個更暖的行星。[13]

而大部分光能會照射至熱帶的海洋。在蒸發發生後，水蒸氣上升至大氣層及被風吹離熱帶。而大部分蒸氣會在熱帶中凝結成雨，其釋放的能量則會令空氣變暖。而這會產生大氣環流。

水循環是众多生物地質化學循環之一[14]。而水流在众多的生物地質化學循環中皆扮演著重要的角色。徑流多負責把被腐蝕的沈積物與磷[15]由陸地傳送至水中生物。在陸地被水流侵蝕後，一些可溶的鹽便會溶入水中。而海水的鹽度亦被此控制。在耕地中使用含有豐富磷的肥料且遇到大雨時，大量此類肥料會被沖至河流中，令湖泊被富營養化。水流及地下水流在氮循環中亦有舉足輕重的作用，它們皆為水中生物帶來大量氮化物。然而氮化物亦產生一個很嚴重的問題，當農場把含有硝酸鹽的肥料經水道系統排放至墨西哥灣，在密西西比河的出口便會產生一個缺氧的海洋區域。水流在碳循环中負責傳送一些已被侵蝕岩石及泥土[16]以被視為一個重要的角色。

• 降水