乐高场景。

Hydrology – 的 Meta-Science

水文学是一门科学。

没有科学与其他科学一样依赖,也没有任何其他科学对其他科学如此重要。实际上,很少会在任何大学中找到专门的水文学系,但是几乎每所大学的每个科学系都教授水文学的某些方面。

水是许多研究领域所依赖的测量基础。

水将摄氏刻度所用的增量定义为水的冰点与沸点之差的正好1/100。开尔文单位定义为水的三点热力学温度的1 / 273.16。水是测量SI单位体积的基础(一千克水=一升),因此,水用于定义单位密度,这是物理学中的一个重要概念。在地球物理学中,平均海平面被用作基准,以作为地球表面或附近所有测量的参考。

水是科学知识的基础。

的发现 阿基米德原理,这是流体力学的基础,也是现代空气动力学的基础,发生在阿基米德洗澡时,导致著名的故事是他赤身裸体穿过街道大喊尤里卡!这不是水的第一个实例,也不是最后一个实例成为科学新领域的基石。

以地质为例,板块构造理论将地质学从描述性科学转变为解释性科学。板块构造学说的起源是众所周知的,水是向下流动的。 阿尔弗雷德·韦格纳 努力通过观察高山水生生物的化石来调和这一显而易见的事实。经过多年的研究,证明了他的大陆漂移理论,但这一切都始于在无视水流基本原理的地方发现的水基沉积物之谜。

大气是一种流体,因此气象学是基于水文学研究中发展的方程式。水在气象学研究中的作用是如此深刻,以至于“大气河”现在可用于描述强烈的水汽带,通常宽400至600公里,导致严重且持续的风暴事件。水的数量和相位对预测恶劣天气都非常重要。当温度和压力接近水的三相点时,公众对天气预报技能的认识最低,其中一个或另一个变量的小误差对所得的天气是干燥,下雪,雨夹雪,冰雹还是下雨影响很大。

温室气体效应 的水是可变的。水在大气中的作用既有正面也有负面的反馈。水约占温室变暖效应的60%,但由于水是可冷凝的,因此无法控制地球的温度。取而代之的是,大气水的数量和相都由大气温度和压力来控制。大气水(尤其是固相)不仅是温室气体,还反射阳光,从而减少了到达地球表面的能量。就其数量和状态而言,大气成分中的所有其他化学物质都是高度可预测的。气候学的真正技能是预测海洋-陆地-大气-生物圈-冰层所有形式的水交换。换句话说,气候学技能来自对水文学的理解。

水是 最奇怪的化学物质 in the universe.

冻结时会扩展。这就是我们拥有土壤的原因:水会渗入岩石中的裂缝,冻结,膨胀,并且非常有系统地将岩石分解为土壤。因为冷冻水的密度低于液态水,所以它漂浮在表面上。如果冰沉了,它将不会暴露在阳光或大气中,并且地球将很快变成冰球。取而代之的是,冰下的水提供了庇护所,使生命可以在许多冰河时代生存下来。

水使化学成为生命的基础。

水是一种通用溶剂,水的奇异化学性质意味着它可以以悬浮或溶液形式携带几乎任何物质或元素。水使多细胞生命得以实现:每个活着的多细胞生物实质上就是一个复杂的试管系统,该试管使用水在需要的地方运送必需的营养物质,并从代谢废物中清除代谢废物,而其他废物会积累到有毒水平。

其他科学可以追溯到水科学,而水科学也高度依赖于许多其他科学。

每个水文学家都需要精通物理学,化学,生物学,地质学,气象学,气候学,地貌学,数学和统计学,流体力学,土壤科学和生态学。从根本上说,没有其他学科像水文学一样具有跨学科性。

对水流基本原理的理解使我能够更好地理解从交通堵塞,咖啡渗滤到火箭科学的所有内容。水是一种物质,无论您来自哪个学科或想要解决的任何问题,它都提供了充足的发现机会。

照片来源:  美国地质调查局  |  建立理想的水文技术员


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