水循環(huán)沒有起點(diǎn)，但是海洋是一個開始水循環(huán)的好地方。太陽驅(qū)動著整個水循環(huán)，首先使海洋里的水升溫，一部分水變成水蒸氣，蒸發(fā)到空氣中。淡水湖和江河中同樣也存在著蒸發(fā)現(xiàn)象。在陸地上，從植物和土地上蒸騰的水分同樣也變成水蒸氣，蒸發(fā)到空氣中?？諝庵猩倭康乃畞碜杂谏A，也就是由冰和雪直接蒸發(fā)變成水蒸氣，完全省略了融化過程。上升的氣流將水蒸氣帶到大氣層中，在大氣層中由于溫度較低，水蒸氣又凝結(jié)后變成云。
氣流驅(qū)使著云圍繞地球運(yùn)動，云顆粒互相碰撞、不斷擴(kuò)大并且變成降水從空中落下。有些水分以雪的形式降落，可堆積變成冰帽和冰川。當(dāng)春回大地氣候變暖時，雪通常會融化，積雪融水沿地面形成融雪徑流。雖然大部分降水都回到海洋，但仍有一些降落到了陸地上，由于地心引力，沿地表流動形成地表徑流。
一些地表徑流匯入江河，并且作為河川水流進(jìn)入大海，還有一些在江河湖泊中積聚為淡水。但是，并不是所有的徑流都匯入了地表水體。有很多都浸入了地面（滲透）。有些水滲透到深層地下，重新補(bǔ)充地下蓄水層（飽和地下巖層），長期以來,含水層便儲存了大量的地下淡水資源。
有些地下水滯留在地表，并且能夠作為地下水流出，滲流回地表水體（和海洋），有些地表水會碰到地面上的孔縫，變成淡水泉。然而水會隨著時間不停地運(yùn)動，有一些重新回到海洋，"結(jié)束"了水循環(huán)，但是同時又開始了新一輪的水循環(huán)。
美國地質(zhì)調(diào)查局（ USGS）將水循環(huán)分為 16個部分。
在溫度較寒冷的氣候里，冰帽和冰川的形成以及大量的全球水堆積成冰，減少了進(jìn)入水循環(huán)的水量，在溫度較高的氣候里，相反的情況也成立。在最后一個冰河世紀(jì)，冰川覆蓋了近三分之一的地球陸地面積，海洋的海平面比現(xiàn)在低大約122米（400英尺）。大約在三百萬年以前，當(dāng)?shù)厍蜷_始變暖時，海平面約升高了50米（165英尺）。
海洋中存在著洋流，促使大量的水在整個地球上運(yùn)動。這些運(yùn)動對水循環(huán)和氣候都產(chǎn)生了顯著的影響。灣流是人們熟知的大西洋中的暖水流，從墨西哥灣流經(jīng)大西洋，最后流入大不列顛。灣流以每天97千米 （60英里 ）的速度移動，它移動的水量是地球上所有河流中水量的 100倍。灣流來自于溫暖的氣候，將溫度較高的水帶到北大西洋，這一過程影響了一些地區(qū)的氣候，如英格蘭西部等。
蒸發(fā)過程需要熱量（熱能）。能量可以打開將水分子結(jié)合在一起的化學(xué)鍵，這就是為什么水在沸點(diǎn)（100° C , 212° F ）時很容易蒸發(fā)，而在冰點(diǎn)時蒸發(fā)速度卻慢得多。當(dāng)空氣中的相對濕度是 100%，即處于飽和狀態(tài)時，就不再發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象。蒸發(fā)需要從周圍環(huán)境中吸收熱量，這就是皮膚上的水蒸發(fā)時你會感到?jīng)隹斓脑颉?/p>
海洋中的水蒸發(fā)是水運(yùn)動到大氣層中的最基本方式。海洋的表面積很大（約占了地球表面積的 70%），因此提供了大面積蒸發(fā)的機(jī)會。在全球范圍內(nèi)，蒸發(fā)的水量與以降水形式回到地球的水量大致相等，不過這也因地理位置的不同而存在較大的差異。海洋中的蒸發(fā)現(xiàn)象要比降水更普遍，而在陸地上，降水現(xiàn)象又超過蒸發(fā)現(xiàn)象。海洋中蒸發(fā)的大部分水都以降水的形式回到海洋中。從海洋中蒸發(fā)的水中大約只有 10%運(yùn)動到了陸地上空，然后以降水的形式降落。水分子一旦蒸發(fā)，在空氣中的運(yùn)動大約持續(xù) 10天的時間。
雖然蒸散的定義某程度上包含了從湖泊甚至海洋等地表水體的蒸發(fā)，然而在本網(wǎng)站上蒸散被定義為地球表面的水進(jìn)入大氣層的過程、地下水位從毛細(xì)上升帶進(jìn)行的蒸發(fā)以及地下水通過植物的葉子進(jìn)行的蒸騰。
植物的蒸騰是一個無形的過程 ----因?yàn)樗菑娜~子表面蒸發(fā)的，你看不到葉子的"呼吸"。在植物生長的季節(jié)，通過葉子蒸發(fā)的水分比其自身的重量要大的多，一棵大橡樹每年可蒸騰151,000升 的水（40,000加侖 ）。
植物蒸騰的水量因地理位置和時間的不同而差異很大。蒸騰比率受各種因素的影響。
想要看到冰發(fā)生升華的過程并不容易。要看到升華結(jié)果的一種方式就是：在零度以下的氣候中在室外晾一件濕襯衫，最后襯衫上的冰不見了。實(shí)際上要想看到升華過程的最好方式不是用水，而是用二氧化碳，如圖所示。"干冰"是固體，是凝固的二氧化碳，在-78.5 °C (-109.3°F)的溫度下升華，直接變成氣體。在圖片上看到的霧就是冷的二氧化碳?xì)怏w和在干冰升華時產(chǎn)生的冷濕空氣的混合物。
在濕度較低和干燥的空氣等氣候條件下更容易發(fā)生升華現(xiàn)象。在氣壓較低的高海拔地區(qū)也容易發(fā)生升華，另外還需要能量，例如強(qiáng)烈的日照。如果讓我在地球上選擇一個最容易發(fā)生升華的地方，我可能會選擇珠穆朗瑪峰的南側(cè)。溫度較低、風(fēng)力較大、日照強(qiáng)烈、氣壓很低—這些都是發(fā)生升華所需的條件。
冷凝還使水變成霧，當(dāng)你在較熱的潮濕天氣時從較冷的地方到室外去，你的眼鏡上會生成霧、你的飲料瓶外面會有水滴，并且在較冷的天氣中你家的窗戶里面也會有水，這些都是冷凝所致。
即使在清澈無云的藍(lán)天中，水仍然以蒸氣和小水滴的形式存在。水分子結(jié)合空氣中的灰塵、鹽和煙的微小顆粒，形成云滴，小云滴不斷地增加，并最終發(fā)展為云。隨著小云滴互相結(jié)合并且不斷增大，云也在不斷地發(fā)展，并最終產(chǎn)生降水。
云在大氣層中之所以能形成，是因?yàn)楹兴魵獾目諝獠粩嗌仙⒗鋮s。太陽使地球表面的氣溫升高，使得空氣變得更輕，升到濕度較低的高處。當(dāng)空氣變冷時，就會發(fā)生更多的冷凝現(xiàn)象，然后云不斷地形成。
世界各地、每個國家甚至每個城市的降水量都是不一樣的，例如：在美國喬治亞州的亞特蘭大，夏天的雷陣雨可能在一個地區(qū)會產(chǎn)生一英寸或者更多的降雨，而僅在幾公里之外的地方可能完全沒有下雨。但是，喬治亞州一個月的雨量通常比內(nèi)華達(dá)州的拉斯維加斯一年的雨量還大。世界上平均年降雨量的記錄保持者當(dāng)屬夏威夷的懷厄萊阿萊峰，那里每年的平均降雨約為1,140厘米（450英寸），與其形成鮮明對比的是智利的阿里卡，那里曾長達(dá)14年沒有下過雨。
下圖顯示了世界各地的平均年降雨量，單位是毫米和英寸。淺綠色的區(qū)域被視為"干旱區(qū)"。你可能會認(rèn)為非洲的撒哈拉沙漠是干旱區(qū)，但是你是否曾想到格陵蘭和南極洲的大部分地區(qū)也是沙漠干旱區(qū)呢？
全球氣候在不斷地變化，雖然其變化速度通常不容易被人覺察到。過去也曾有過較暖的時期，例如大約 1億年前的恐龍時代，也有過較寒冷的時間，如大約 20,000 多年前的最后一個冰河世紀(jì)。在最后一個冰河世紀(jì)，冰和冰川覆蓋了北半球的大部分地區(qū)。
要想了解融雪是如何影響河流流量的一個很好的方式就是看一下下面的水位曲線圖，這個圖上顯示的是美國加利福尼亞洲 North Fork 大壩的 North Fork America 河四年來的日平均流量。這個圖上最大的峰值主要就是由融化的雪導(dǎo)致的。比較一下， 2000年3月最低日平均流量為每秒1,200立方英尺，而在 8月，雪完全融化后，流量就小得多，大約在每秒 55-75立方英尺。
融雪徑流在每個季節(jié)和每年也都不一樣。比較一下， 2000年流量的峰值很高，而 2001年流量就峰值就低得多，看起來 2001年加利福尼亞像是遭遇了大旱。在冬季雪場里儲存的水量缺少，使全年其它時間的水量也大大地減少。這對于下游水庫中的水量會產(chǎn)生一定的影響，因此也就影響到了灌溉以及人們的生活用水。
許多人可能認(rèn)為水降到地面上，在地表流動（徑流），再流入河流，最后匯入海洋。但實(shí)際上這個過程要復(fù)雜得多。因?yàn)楹恿骷葟耐恋刂蝎@取水分，也流失水分到土地中。但是，河流中大部分的水還是直接來自于降雨徑流。
正如水循環(huán)的所有過程，降水和地表徑流之間的交互作用也隨時間和地理?xiàng)l件的不同而不同 ,在亞馬遜叢林和美國西南的沙漠中類似的暴雨將會產(chǎn)生不同的地表徑流方式。地表徑流受氣候條件和自然地質(zhì)及地形的影響。落到地面的降水中只有約三分之一流進(jìn)了溪流，然后回到海洋。剩余的三分之二都蒸發(fā)、蒸散到空中，或者滲透為地下水。地表徑流也可以被人為地用于各種目的。
美國地質(zhì)調(diào)查局（ USGS）通常用"河流流量"指江河、溪流或小溪中的水流量。
當(dāng)提到河流時，先要考慮一下河流的分水嶺，這一點(diǎn)非常重要。什么是分水嶺？如果你現(xiàn)在正站在地上，請往下看。你站著，其他所有人在一個分水嶺上也都站著。分水嶺就是一塊高地，從這塊高地上流下的水都會流到一個地方去。分水嶺可以很小，只有泥巴中的腳印那么大，也可以很大，能覆蓋流入密西西比河所有水流經(jīng)的陸地，這些水最后匯入墨西哥灣。較小的分水嶺被包含在較大的分水嶺中。分水嶺非常重要，因?yàn)楹恿鞯牧髁亢退|(zhì)都會受到分水嶺上各種因素的影響，無論是人為因素還是其它因素。
水循環(huán)中對地球上的生命明顯發(fā)揮作用的就是存在于地表的淡水。地表水包括溪流、池塘、湖泊、水庫（人工湖）以及淡水濕地。
由于不停地流入流出，江河湖泊中的水量在不斷地變化。流入是來自于降水、地表徑流、地下水滲漏以及支流流入。江河湖泊的流出包括蒸發(fā)和對地下水的注入。人類還利用地表水來滿足他們的需求。地表水的水量和位置都在隨著時間和空間不斷地變化，無論是自然引起的還是人為引起的。
正如埃及尼羅河三角洲的衛(wèi)星圖顯示的，如果有地表水（或者地下水）供應(yīng)，即使是在沙漠中生命也可以很旺盛。地表面的水真的可以維持生命。由于地表水向地下含水層的運(yùn)動，才有地下水的存在。你可能認(rèn)為生活在咸水海洋中的魚不受淡水的影響，但是如果沒有淡水向海洋中補(bǔ)給，那么海洋最后也會蒸發(fā)，而海水變得越來越咸，即使是魚也不能在里面生存。
在地球表面，淡水相對稀少。地球上只有大約 3%的水是淡水，而淡水湖和淡水沼澤只占了地球上淡水的 0.29%。世界上 20%的淡水都集中于一個湖中，那就是亞洲的貝加爾湖。還有20%儲存于美國的大湖（休倫湖、密歇根湖和蘇必利爾湖）。江河只占有全世界淡水總量的約0.006%。由此你可以看出地球上的生命只依賴于地球總供水量的"滄海一栗"。
一些滲透水將保留在較淺的土層，它也可能滲透到河岸而匯入溪流。有些水可能滲透地比較深，再次補(bǔ)充了地下的含水層。如果含水層的滲透性較強(qiáng)，可以使水輕松地穿過，那么人們就可以挖井取水用于各種用途。水在回到地表或者滲透到溪流和海洋等其它水體之前，可能會流經(jīng)很長的距離或者長期儲存在地下水中。
大量的水都儲存在地下。水仍然是流動的，但是流動速度可能很慢，它仍然是水循環(huán)的一部分。地下的水大部分是來自于滲透到地表下面的降水。土壤的上層是非飽和帶，這里的含水量隨時都在發(fā)生著變化，但是不會使土壤飽和。這一層的下面就是飽和帶，在這里、巖石之間的所有氣孔、裂縫和空間都會充滿水，達(dá)到飽和。人們用"地下水"來描述這一帶。大量的地下水都儲存在含水層中，全世界人們的日常生活都依賴于地下水。
從某種方式來講，這個洞就像是用于取地下水的井。如果這個圖片中顯示了淡水，人們可能會拿一個桶來取水。實(shí)際上，在海灘上，如果你拿一個桶，試圖把里面的水都取出，里面的水立刻就會重新注滿，因?yàn)楹┥系纳车鼐哂辛己玫臐B透性，水很容易流進(jìn)來。要想取淡水，人們必須要挖足夠深的井，才能到達(dá)含水層，也許會是幾十英尺甚至上千英尺深的井。但是，道理卻與海灘上我們挖的洞一樣 -----從巖石孔隙充滿水的飽和帶取水。
如本圖表所示，地下水的移動方向和速度取決于地下含水層和不透水層（即很難滲透的密實(shí)巖石）的各種特性。在地下運(yùn)動的水取決于地下巖層的滲透性（即水通過的難易程度）和孔隙率（即物質(zhì)上的孔隙數(shù)量）。如果水可以相對自由地流過巖石，那么地下水就可以在幾天時間內(nèi)運(yùn)動很長的距離。但是，地下水也可能滲透到較深的含水層，這些水可能需要幾千年的時間才到再運(yùn)動到地表。
泉可以在任何巖石中形成，但是在石灰?guī)r和白云巖中最為常見，這些巖石很容易產(chǎn)生裂縫并且可以在呈酸性的雨中溶解。當(dāng)巖石溶解和開裂時，就會形成空間使水流動。如果這種流動是水平方向的，就可以到達(dá)地表，最后形成泉。
關(guān)于存在于地球上的水的詳細(xì)說明，請看下面的圖表和數(shù)據(jù)?，F(xiàn)你，你已經(jīng)知道了水循環(huán)是用來描述地球上水的運(yùn)動過程的，所以應(yīng)該意識到下面的圖表代表的就是在某一時間地球上水的存在情況。如果你要追溯到幾千年甚至百萬年前，這些數(shù)字就會大不相同啦！
注意，世界上的總供水量為大約 1,386,000,000 立方千米（ 332,500,000 立方英里），超過 96%都是鹽水。并且在全部淡水中，超過 68%鎖定在冰和冰川中。剩下的 30%淡水在地下。地表的淡水資源，如江河和湖泊，只占有 93,100 立方千米（ 22,300 立方英里）的淡水，占全部水量的 1/15000 。然而，江河湖泊仍然是每天人們用水的最主要來源。
| 水源 | 水量，單位：立方千米 | 水量，單位立方英里 | 淡水的百分比 | 總水量的百分比 |
|---|---|---|---|---|
| 大洋、大海和海灣 | 1,338,000,000 | 321,000,000 | -- | 96.5 |
| 冰帽、冰川和永久積雪 | 24,064,000 | 5,773,000 | 68.7 | 1.74 |
| 地下水 | 23,400,000 | 5,614,000 | -- | 1.7 |
| 淡水 | 10,530,000 | 2,526,000 | 30.1 | 0.76 |
| 咸水 | 12,870,000 | 3,088,000 | -- | 0.94 |
| 土壤含水量 | 16,500 | 3,959 | 0.05 | 0.001 |
| 地下冰和永久凍結(jié)帶 | 300,000 | 71,970 | 0.86 | 0.022 |
| 湖泊 | 176,400 | 42,320 | -- | 0.013 |
| 淡水湖 | 91,000 | 21,830 | 0.26 | 0.007 |
| 咸水湖 | 85,400 | 20,490 | -- | 0.006 |
| 大氣 | 12,900 | 3,095 | 0.04 | 0.001 |
| 沼澤水 | 11,470 | 2,752 | 0.03 | 0.0008 |
| 河流 | 2,120 | 509 | 0.006 | 0.0002 |
| 生物水 | 1,120 | 269 | 0.003 | 0.0001 |
| 總計(jì) | 1,386,000,000 | 332,500,000 | - | 100 |
| 資料來源： Gleick, P. H., 1996 ：水資源，天氣氣候百科全書，編輯 S. H. Schneider ，哈佛大學(xué)出版社，紐約，第 2卷，第 817-823 頁。 | ||||
