Распределение воды на Земле - Water distribution on Earth

Графическое распределение местоположений воды на Земле

Наиболее воды в Атмосфера Земли и корка происходит из Мировой океан физиологический раствор морская вода, пока пресная вода составляет почти 1% от общего количества. Поскольку океаны, которые покрывают примерно 71% площади Земли, отражают синий свет, земной шар из космоса кажется синим, и его часто называют синий планета и Бледно-голубая точка. По оценкам, количество воды в океанах в 1,5–11 раз больше, чем на глубине сотен километров внутри Земли, хотя и не в жидкой форме.

В океаническая кора молодой, тонкий и плотный, в нем нет ни одного камня, датируемого более ранним, чем распад Пангея. Потому что вода намного плотнее любого газ, это означает, что вода будет течь в «впадины», образовавшиеся в результате высокой плотности океанической коры (на планете вроде Венера без воды впадины образуют обширную равнину, над которой возвышаются плато). Поскольку породы низкой плотности Континентальный разлом содержат большое количество легко разрушаемых солей щелочь и щелочноземельные металлы, соль закончилась миллиарды лет, накопленные в Мировом океане в результате испарение возвращая пресную воду на сушу как дождь и снег.

В результате большая часть воды на Земле считается физиологический раствор или же соленая вода, со средним соленость 35 ‰ (или 4,5%, что примерно эквивалентно 34 граммам солей в 1 кг морской воды), хотя это немного варьируется в зависимости от количества сток получено с окружающей земли. В целом вода океанов и окраинных морей соленая. грунтовые воды и вода из физиологического раствора закрытые озера составляют более 97% воды на Земле, хотя озеро хранит глобально значимое количество воды. Физиологический раствор грунтовые воды редко учитываются, кроме как при оценке качества воды в засушливых регионах.

Остаток воды на Земле составляет пресная вода ресурс. Обычно пресная вода определяется как вода с соленостью менее 1 процента от океанов - т.е. ниже примерно 0,35 ‰. Вода с соленостью от этого уровня до 1 ‰ обычно называется маргинальная вода потому что он малопригоден для многих видов использования людьми и животными. Отношение соленой воды к пресной на Земле составляет примерно 50: 1.

Пресная вода на планете также распределена очень неравномерно. Хотя в теплые периоды, такие как Мезозойский и Палеоген когда нигде на планете не было ледников, вся пресная вода была найдена в реках и ручьях, сегодня большая часть пресной воды существует в виде льда, снега, грунтовых вод и почвенной влаги, и только 0,3% находится в жидкой форме на поверхности. Из жидких поверхностных пресных вод 87% содержится в озерах, 11% - в болотах и ​​только 2% - в реках. Небольшое количество воды также присутствует в атмосфере и в живых существах. Из этих источников обычно ценна только речная вода.

Большинство озер находится в очень негостеприимных регионах, таких как ледниковые озера Канада, озеро Байкал в Россия, Озеро Хубсугул в Монголия, а Великие африканские озера. В североамериканский Великие озера, которые содержат 21% мировой пресной воды по объему,[2][3][4] являются исключением. Они расположены в гостеприимном и густонаселенном районе. В Бассейн Великих озер здесь проживает 33 миллиона человек.[5] В Канадский города Торонто, Гамильтон, Сент-Катаринс, Ниагара, Ошава, Виндзор, и Барри, а НАС. города Дулут, Милуоки, Чикаго, Гэри, Детройт, Кливленд, Буффало, и Рочестер, все расположены на берегу Великих озер.

Хотя известно, что общий объем подземных вод намного больше, чем объем речного стока, большая часть этих подземных вод является соленой и поэтому должна быть отнесена к вышеупомянутой соленой воде. Так же много ископаемое грунтовые воды в засушливых регионах, которые никогда не обновлялись тысячи лет; это не должно рассматриваться как возобновляемая вода.

Однако пресные подземные воды имеют большую ценность, особенно в засушливых странах, таких как Индия. Его распределение в целом аналогично распределению поверхностной речной воды, но его легче хранить в жарком и сухом климате, потому что хранилища подземных вод гораздо более защищены от испарения, чем те, плотины. В таких странах как Йемен, грунтовые воды из-за случайного выпадения осадков в сезон дождей являются основным источником орошение воды.

Потому что подпитка подземных вод гораздо труднее точно измерить, чем поверхностный сток грунтовые воды обычно не используются в районах, где доступны даже довольно ограниченные уровни поверхностных вод. Даже сегодня оценки общего пополнения подземных вод сильно различаются для одного и того же региона в зависимости от того, какой источник используется, и случаев, когда ископаемые подземные воды эксплуатируемый сверх скорости перезарядки (включая Водоносный горизонт Огаллала[6]) очень часто встречаются и почти всегда не рассматриваются всерьез, когда они впервые были разработаны.

Распределение соленой и пресной воды

Общий объем воды на Земле оценивается в 1,386 миллиарда км³ (333 миллиона кубических миль), из которых 97,5% - это соленая вода, а 2,5% - пресная вода. Из пресной воды только 0,3% находится в жидкой форме на поверхности.[7][8][9]Кроме того, нижняя мантия внутренней Земли может содержать в 5 раз больше воды, чем все поверхностные воды вместе взятые (все океаны, все озера, все реки).[10]

Источник водыОбъем воды
в км³ (у.е. ми)		% общий
воды		% соль
воды		% свежий
воды		% поверхности жидкости
пресная вода
Океаны1,338,000,000 (321,000,000)96.599.0
Тихий океан669,880,000 (160,710,000)48.349.6
Атлантический океан310,410,900 (74,471,500)22.423.0
Индийский океан264,000,000 (63,000,000)19.019.5
Южный океан71,800,000 (17,200,000)5.185.31
Арктический океан18,750,000 (4,500,000)1.351.39
Лед и снег24,364,000 (5,845,000)1.7669.6
Ледники24,064,000 (5,773,000)1.7468.7
Антарктический ледяной покров21,600,000 (5,200,000)1.5661.7
Ледяной покров Гренландии2,340,000 (560,000)0.176.68
Арктические острова83,500 (20,000)0.0060.24
Горные хребты40,600 (9,700)0.0030.12
Грунтовый лед и вечная мерзлота300,000 (72,000)0.0220.86
Грунтовые воды23,400,000 (5,600,000)1.69
Соленые грунтовые воды12,870,000 (3,090,000)0.930.95
Пресные грунтовые воды10,530,000 (2,530,000)0.7630.1
Почва влага16,500 (4,000)0.00120.047
Озера176,400 (42,300)0.013
Соленые озера85,400 (20,500)0.00620.0063
Каспийское море78,200 (18,800)0.00560.0058
Другие соленые озера7,200 (1,700)0.000520.00053
Пресноводные озера91,000 (22,000)0.00660.2687.0
Великие африканские озера30,070 (7,210)0.00220.08628.8
озеро Байкал23,615 (5,666)0.00170.06722.6
Великие озера Северной Америки22,115 (5,306)0.00160.06321.1
Другие пресноводные озера15,200 (3,600)0.00110.04314.5
Атмосфера12,900 (3,100)0.000930.037
Болота11,470 (2,750)0.000830.03311.0
Реки2,120 (510)0.000150.00612.03
Биологическая вода1,120 (270)0.0000810.0032

Распределение речной воды

Общий объем воды в реках оценивается в 2120 км³ (510 кубических миль), или 0,49% поверхностных пресных вод на Земле.[7] Реки и бассейны часто сравнивают не по их статическому объему, а по потоку воды, или поверхностный сток. Распределение речного стока по поверхности Земли очень неравномерно.

Континент или регионРечной сток (км³ / год)Процент от общемирового показателя
Азия (за исключением Ближнего Востока)13,30030.6
Южная Америка12,00027.6
Северная Америка7,80017.9
Океания6,50014.9
К югу от Сахары4,0009.2
Европа2,9006.7
Австралия4401.0
Средний Восток и Северная Африка1400.3

В этих регионах могут быть огромные различия. Например, до четверти ограниченных возобновляемых источников пресной воды в Австралии приходится на почти необитаемые территории. Полуостров Кейп-Йорк.[11] Кроме того, даже на хорошо обводненных континентах есть районы, в которых очень мало воды, например Техас в Северной Америке, где возобновляемые источники воды составляют всего 26 км³ / год на площади 695 622 км², или Южная Африка, всего 44 км³ / год на 1 211 037 км².[11] Области наибольшей концентрации возобновляемой воды:

Площадь, объем и глубина мирового океана

Водное пространствоПлощадь (106 км2)Объем (106 км3)Средняя глубина (м)
Тихий океан165.2707.64,282
Атлантический океан82.4323.63,926
Индийский океан73.4291.03,963
Все океаны и моря3611,3703,796

Изменчивость доступности воды

Изменчивость доступности воды важна как для функционирования водных видов, так и для доступности воды для использования человеком: воду, которая доступна только в несколько влажных лет, нельзя считать возобновляемой. Поскольку большая часть глобального стока поступает из районов с очень низкой изменчивостью климата, общий глобальный сток, как правило, невелик.

В самом деле, даже в большинстве засушливых зон, как правило, мало проблем с изменчивостью стока, потому что наиболее пригодные для использования источники воды происходят из высокогорных регионов, которые обеспечивают высоконадежное таяние ледников в качестве основного источника воды, что также происходит в летний пиковый период. высокий спрос на воду. Это исторически способствовало развитию многих великих цивилизации древней истории, и даже сегодня позволяет заниматься сельским хозяйством в таких продуктивных областях, как Долина Сан-Хоакин.

Однако в Австралия и Южная Африка, история другая. Здесь изменчивость стока намного выше, чем в других континентальных регионах мира с аналогичным климатом.[12] Обычно умеренный (Классификация климатов Кеппена C) и засушливые (климатическая классификация B по Кеппену) климатические реки в Австралии и Южной Африке имеют коэффициент вариации стока в три раза выше, чем в других континентальных регионах.[13] Причина этого в том, что в то время как на всех других континентах почвы в значительной степени формировались Четвертичный оледенение и горное строительство, почвы Австралии и южной части Африки практически не изменились, по крайней мере, с начала Меловой и вообще с предыдущего Ледниковый период в Каменноугольный. Следовательно, доступные уровни питательных веществ в почвах Австралии и Южной Африки, как правило, на несколько порядков ниже, чем в аналогичных климатических условиях на других континентах, и местная флора компенсирует это за счет гораздо более высокой плотности укоренения (например, протеидные корни ) поглощать минимальное фосфор и другие питательные вещества. Поскольку эти корни поглощают очень много воды, сток в типичных реках Австралии и Южной Африки не происходит до тех пор, пока не выпадет около 300 мм (12 дюймов) или более осадков. На других континентах сток будет происходить после небольшого дождя из-за низкой плотности укоренения.

Тип климата (Кеппен[14])Среднее годовое количество осадковТипичный коэффициент стока
для Австралии и Южной Африки		Типичный коэффициент стока
для остального мира
BWh250 мм (10 дюймов)1 процент (2,5 мм)10 процентов (25 мм)
БШ (на Средиземноморье челка)350 мм (14 дюймов)3 процента (12 мм)20 процентов (80 мм)
Csa500 мм (20 дюймов)5 процентов (25 мм)35 процентов (175 мм)
Кафе900 мм (36 дюймов)15 процентов (150 мм)45 процентов (400 мм)
Cb1100 мм (43 дюйма)25 процентов (275 мм)70 процентов (770 мм)

Следствием этого является то, что многие реки Австралии и Южной Африки (по сравнению с крайне мало на других континентах) теоретически невозможно регулировать, потому что скорость испарения из плотин означает, что водохранилище, достаточно большое, чтобы теоретически регулировать реку до заданного уровня, фактически позволило бы использовать очень небольшую осадку. Примеры таких рек включают реки в Бассейн озера Эйр. Даже для других австралийских рек требуется в три раза больше водохранилища, чтобы обеспечить треть запасов сравнимого климата в юго-восточной части Северной Америки или южном Китае. Это также влияет на водную жизнь, сильно отдавая предпочтение тем видам, которые способны быстро воспроизводиться после наводнения так что некоторые переживут следующую засуху.

Реки с тропическим климатом (классификация климата Кеппена A) в Австралии и Южной Африке, напротив, не имеют заметно более низких коэффициентов стока, чем реки с аналогичным климатом в других регионах мира. Хотя почвы в тропической Австралии и на юге Африки даже беднее, чем в засушливых и умеренных частях этих континентов, растительность может использовать органический фосфор или фосфат, растворенные в дождевой воде, в качестве источника питательных веществ. В более прохладном и сухом климате эти два связанных источника, как правило, практически бесполезны, поэтому необходимы такие специальные средства для извлечения минимального количества фосфора.

Есть и другие изолированные районы с высокой изменчивостью стока, хотя они в основном связаны с неравномерным выпадением осадков, а не с другой гидрологией. К ним относятся:[13]

Вода в мантии Земли

Количество воды в мантии Земли равно ее количеству во всех океанах,[15] и некоторые ученые предположили, что вода в мантии является частью "круговорот воды на всей Земле ".[16]Вода в мантии растворена в различных минералах около переходная зона между верхней и нижней мантией Земли. При температуре 1100 ° C (2010 ° F) и экстремальных давлениях, обнаруженных глубоко под землей, вода распадается на гидроксилы и кислород.[17] Существование воды было экспериментально предсказано в 2002 году.[18] и прямые доказательства наличия воды были найдены в 2014 году на основе испытаний на образце рингвудит.[19] Еще одно свидетельство наличия большого количества воды в мантии было найдено в наблюдениях за таянием в переходной зоне от моря. USArray проект.[20] Жидкая вода отсутствует в рингвудите, скорее, компоненты воды (водород и кислород) удерживаются внутри в виде гидроксид ионы.[19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ USGS - распределение воды на Земле
  2. ^ «Великие озера - Агентство по охране окружающей среды США». Epa.gov. 2006-06-28. Получено 2011-02-19.
  3. ^ "LUHNA Глава 6: Исторические изменения ландшафта в районе Великих озер". Biology.usgs.gov. 2003-11-20. Архивировано из оригинал на 2012-01-11. Получено 2011-02-19.
  4. ^ Гассеми, Ферейдун (2007). Межбассейновая перекачка воды. Кембридж, издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-86969-0.
  5. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2015-11-01. Получено 2015-10-29.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  6. ^ Рейснер, Марк; Пустыня Кадиллак: Американский Запад и его исчезающая вода; С. 438-442. ISBN  0-14-017824-4
  7. ^ а б Где вода на Земле?, Геологическая служба США.
  8. ^ Икинс, Б. и Г.Ф. Шарман, Объемы Мирового океана от ETOPO1, NOAA Национальный центр геофизических данных, Боулдер, Колорадо, 2010.
  9. ^ Вода в кризисе: Глава 2, Питер Х. Глейк, Oxford University Press, 1993.
  10. ^ Сложнее, Бен. «Внутренняя Земля может содержать больше воды, чем моря». Национальная география. Получено 14 ноября 2013.
  11. ^ а б Brown, J.A.H .; Ресурсы поверхностных вод Австралии. ISBN  978-0-644-02617-8.
  12. ^ МакМахон, Т. и Finlayson, B.L .; Глобальный сток: континентальные сравнения годовых и пиковых расходов. ISBN  3-923381-27-1.
  13. ^ а б Peel, Murray C .; МакМахон, Томас А. и Финлейсон, Брайан Л. (2004). «Континентальные различия в изменчивости годового стока: обновление и переоценка». Журнал гидрологии. 295 (1–4): 185–197. Bibcode:2004JHyd..295..185P. Дои:10.1016 / j.jhydrol.2004.03.004.
  14. ^ В этом разделе используется слегка измененная версия системы Кеппена, найденная в Атлас мира The Times, 7-е изд. ISBN  0-7230-0265-7
  15. ^ Коглан, Энди (7 июня 2017 г.). «В мантии Земли столько же воды, сколько во всех океанах». Новый ученый. Получено 25 мая 2020.
  16. ^ Мелисса Дэйви (12 июня 2014 г.). «Земля может иметь подземный« океан »в три раза больше, чем на поверхности». Хранитель. Получено 13 мар 2015.
  17. ^ «Земля обнаружила, что скрывает огромные водоемы в 400 милях ниже ... но не воду в том виде, в каком мы ее знаем: НАУКА: Tech Times». Tech Times. 16 июня 1015. Получено 13 октября 2015.
  18. ^ Бен Хардер (7 марта 2002 г.). «Внутренняя Земля может содержать больше воды, чем моря». Национальная география. Получено 13 мар 2015.
  19. ^ а б Бекки Оскин (12 марта 2014 г.). «Редкий алмаз подтверждает, что в мантии Земли содержится столько воды, сколько в океане». Scientific American. Получено 13 мар 2015.
  20. ^ ГЕНРИ ФОНТАН (6 июня 2014 г.). "Скрытый океан Земли". Нью-Йорк Таймс. Получено 13 мар 2015.