Распределение воды на Земле
Большая часть воды в Земли атмосфере и коре поступает из соленой морской воды , а пресная вода составляет почти 1% от общего количества. Подавляющая часть воды на Земле представляет собой соленую или соленую воду со средней соленостью 35‰ (или 3,5%, что примерно эквивалентно 34 граммам солей в 1 кг морской воды), хотя это значение немного варьируется в зависимости от количества стока. получено из окрестных земель. В целом, вода из океанов и окраинных морей, соленые грунтовые воды и вода из соленых закрытых озер составляют более 97% воды на Земле, хотя ни одно закрытое озеро не хранит глобально значимое количество воды. Соленые грунтовые воды редко учитываются, за исключением оценки качества воды в засушливых регионах.
планеты пресной воды Остальная часть воды Земли составляет ресурсы . Обычно пресная вода определяется как вода с соленостью менее 1% от солености океанов, то есть ниже примерно 0,35‰. Воду с соленостью между этим уровнем и 1 ‰ обычно называют маргинальной водой, поскольку она является маргинальной для многих видов использования людьми и животными. Соотношение соленой и пресной воды на Земле составляет около 50:1.
Пресная вода на планете также распределена очень неравномерно. Хотя в теплые периоды, такие как мезозой и палеоген, когда нигде на планете не было ледников, вся пресная вода находилась в реках и ручьях, сегодня большая часть пресной воды существует в виде льда, снега, грунтовых вод и почвенной влаги, с содержанием лишь 0,3 % в жидкой форме на поверхности. Из жидкой поверхностной пресной воды 87% содержится в озерах, 11% в болотах и лишь 2% в реках. Небольшие количества воды также существуют в атмосфере и живых существах.
Хотя известно, что общий объем подземных вод намного превышает объем речного стока, значительная часть этих подземных вод является соленой, и поэтому ее следует классифицировать как соленую воду, указанную выше. В засушливых регионах также имеется много ископаемых подземных вод , которые никогда не обновлялись в течение тысяч лет; это не следует рассматривать как возобновляемую воду.
Распределение соленой и пресной воды [ править ]
Общий объём воды на Земле оценивается в 1,386 млрд км². 3 (333 миллиона кубических миль), из которых 97,5% составляют соленая вода и 2,5% — пресная вода . Из пресной воды только 0,3% находится в жидком виде на поверхности. [2] [3] [4]
Поскольку океаны, которые покрывают примерно 70,8% площади Земли, отражают синий свет, Земля из космоса кажется синей, и ее часто называют голубой планетой и бледно-голубой точкой . Жидкая пресная вода, такая как озера и реки, покрывает около 1% поверхности Земли. [5] и вместе с ледяным покровом поверхность Земли на 75% состоит из воды. [6]
| Источник воды | Объем воды в км 3 (со мной) | % общий вода | % соль вода | % свежий вода | % поверхности жидкости пресная вода |
|---|---|---|---|---|---|
| Океаны | 1,338,000,000 (321,000,000) | 96.5 | 99.0 | ||
| Тихий океан | 669,880,000 (160,710,000) | 48.3 | 49.6 | ||
| Атлантический океан | 310,410,900 (74,471,500) | 22.4 | 23.0 | ||
| Индийский океан | 264,000,000 (63,000,000) | 19.0 | 19.5 | ||
| Южный океан | 71,800,000 (17,200,000) | 5.18 | 5.31 | ||
| Северный Ледовитый океан | 18,750,000 (4,500,000) | 1.35 | 1.39 | ||
| Лед и снег | 24,364,000 (5,845,000) | 1.76 | 69.6 | ||
| Ледники | 24,064,000 (5,773,000) | 1.74 | 68.7 | ||
| Антарктический ледниковый покров | 21,600,000 (5,200,000) | 1.56 | 61.7 | ||
| Ледниковый покров Гренландии | 2,340,000 (560,000) | 0.17 | 6.68 | ||
| Арктические острова | 83,500 (20,000) | 0.006 | 0.24 | ||
| Горные хребты | 40,600 (9,700) | 0.003 | 0.12 | ||
| Подземный лед и вечная мерзлота | 300,000 (72,000) | 0.022 | 0.86 | ||
| Подземные воды | 23,400,000 (5,600,000) | 1.69 | |||
| Соленые грунтовые воды | 12,870,000 (3,090,000) | 0.93 | 0.95 | ||
| Пресные грунтовые воды | 10,530,000 (2,530,000) | 0.76 | 30.1 | ||
| почвы Влажность | 16,500 (4,000) | 0.0012 | 0.047 | ||
| Озера | 176,400 (42,300) | 0.013 | |||
| Соленые озера | 85,400 (20,500) | 0.0062 | 0.0063 | ||
| Каспийское море | 78,200 (18,800) | 0.0056 | 0.0058 | ||
| Другие соленые озера | 7,200 (1,700) | 0.00052 | 0.00053 | ||
| Пресноводные озера | 91,000 (22,000) | 0.0066 | 0.26 | 87.0 | |
| Великие африканские озера | 30,070 (7,210) | 0.0022 | 0.086 | 28.8 | |
| Озеро Байкал | 23,615 (5,666) | 0.0017 | 0.067 | 22.6 | |
| Североамериканские Великие озера | 22,115 (5,306) | 0.0016 | 0.063 | 21.1 | |
| Другие пресноводные озера | 15,200 (3,600) | 0.0011 | 0.043 | 14.5 | |
| Атмосфера | 12,900 (3,100) | 0.00093 | 0.037 | ||
| Болота | 11,470 (2,750) | 0.00083 | 0.033 | 11.0 | |
| Реки | 2,120 (510) | 0.00015 | 0.0061 | 2.03 | |
| Биологическая вода | 1,120 (270) | 0.000081 | 0.0032 |
Озера [ править ]
Общая площадь озер Земли составляет 199 000 км2. 3 воды. [7] Большинство озер находится в высоких северных широтах, вдали от населенных пунктов. [8] [9] Североамериканские Великие озера , которые содержат 21% мировых запасов пресной воды по объёму. [10] [11] [12] являются исключением. В бассейне Великих озер проживает 33 миллиона человек. [13] Канадские американские города Тандер-Бей Сент -Катаринс , Гамильтон , Торонто , Ошава и Кингстон , а также Кливленд города Детройт , Дулут , Милуоки , Чикаго , Гэри , Буффало , , и Рочестер расположены на берегах Система Великих озер.
Подземные воды [ править ]
Пресные подземные воды имеют огромную ценность, особенно в засушливых странах, таких как Китай. Ее распределение во многом аналогично распределению поверхностных речных вод, но ее легче хранить в жарком и сухом климате, поскольку хранилища подземных вод гораздо более защищены от испарения, чем плотины . В таких странах, как Йемен , грунтовые воды, образующиеся в результате нерегулярного выпадения осадков в сезон дождей, являются основным источником поливной воды.
Поскольку пополнение подземных вод гораздо труднее точно измерить, чем поверхностный сток , подземные 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, а также случаев, когда ископаемые подземные воды эксплуатируются сверх скорости пополнения (включая водоносный горизонт Огаллала). [14] ) очень распространены и почти всегда не рассматривались всерьез, когда они были впервые разработаны.
Распределение речной воды [ править ]
Общий объем воды в реках оценивается в 2120 км2. 3 (510 кубических миль), или 0,49% поверхностной пресной воды на Земле. [2] Реки и бассейны часто сравнивают не по статическому объему, а по расходу воды или поверхностному стоку . Распределение речного стока по поверхности Земли весьма неравномерно.
| Континент или регион | Речной сток (км 3 /год) | Процент от общего количества в мире |
|---|---|---|
| Азия (кроме Ближнего Востока) | 13,300 | 30.6 |
| Южная Америка | 12,000 | 27.6 |
| Северная Америка | 7,800 | 17.9 |
| Океания | 6,500 | 14.9 |
| Африка к югу от Сахары | 4,000 | 9.2 |
| Европа | 2,900 | 6.7 |
| Австралия | 440 | 1.0 |
| Ближний Восток и Северная Африка | 140 | 0.3 |
Внутри этих регионов могут быть огромные различия. Например, целая четверть ограниченных возобновляемых запасов пресной воды в Австралии находится на почти необитаемом полуострове Кейп-Йорк . [15] Кроме того, даже на хорошо орошаемых континентах есть районы, испытывающие крайнюю нехватку воды, например, Техас в Северной Америке, чьи возобновляемые запасы воды составляют всего 26 км2. 3 /год на площади 695 622 км2. 2 , или ЮАР , всего 44 км. 3 /год в 1 221 037 км 2 . [15] Районами наибольшей концентрации возобновляемой воды являются:
- Бассейны Амазонки . и Ориноко (всего 6500 км2) 3 в год или 15 процентов мирового стока)
- Восточная Азия
- Бассейн Янцзы – 1000 км. 3 /год
- Южная и Юго-Восточная Азия , общая протяженность 8000 км. 3 в год или 18 процентов мирового стока
- Бассейн Ганга – 900 км. 3 /год
- Бассейн Иравади – 500 км. 3 /год
- Бассейн Меконга – 450 км. 3 /год
- Канада, на долю которой приходится более 10 процентов мировой речной воды и большое количество озер.
- Река Маккензи – более 250 км. 3 /год
- Река Юкон – более 150 км. 3 /год
- Сибирь
- Новая Гвинея
Площадь, объём и глубина океанов [ править ]
| Водоем | Площадь (10 6 км 2 ) | Объем (10 6 км 3 ) | Средняя глубина (м) |
|---|---|---|---|
| Тихий океан | 165.2 | 707.6 | 4,282 |
| Атлантический океан | 82.4 | 323.6 | 3,926 |
| Индийский океан | 73.4 | 291.0 | 3,963 |
| Все океаны и моря | 361 | 1,370 | 3,796 |
Океаническая кора молодая, тонкая и плотная, и ни одна из пород внутри нее не датируется временем распада Пангеи . [ нужна ссылка ] Поскольку вода гораздо плотнее любого газа , это означает, что вода будет поступать в «впадины», образовавшиеся в результате высокой плотности океанической коры (на такой планете, как Венера , при отсутствии воды впадины образуют обширную равнину). над которыми возвышаются плато). Поскольку породы континентальной коры с низкой плотностью содержат большое количество легко размываемых солей щелочных и щелочноземельных металлов , соль в течение миллиардов лет накапливалась в океанах в результате испарения , возвращающего пресную воду на сушу в виде дождя и снег . [ нужна ссылка ]
Изменчивость доступности воды
Изменчивость доступности воды важна как для функционирования водных видов, так и для доступности воды для использования человеком: вода, которая доступна только в течение нескольких влажных лет, не должна считаться возобновляемой. Поскольку большая часть глобального стока поступает из районов с очень низкой климатической изменчивостью, общий глобальный сток обычно имеет низкую изменчивость.
Действительно, даже в большинстве засушливых зон обычно возникает мало проблем с изменчивостью стока, поскольку большинство пригодных для использования источников воды поступает из высокогорных регионов, которые обеспечивают высоконадежное таяние ледников в качестве основного источника воды, которое также происходит в летний пиковый период. высокой потребности в воде. Исторически это способствовало развитию многих великих цивилизаций древней истории и даже сегодня позволяет вести сельское хозяйство в таких продуктивных районах, как долина Сан-Хоакин .
Однако в Австралии и Южной Африке ситуация иная. Здесь изменчивость стока значительно выше, чем в других континентальных регионах мира со схожим климатом. [16] Обычно реки с умеренным ( климатическая классификация Кеппена C) и засушливым (климатическая классификация Кеппена B) климатом реки в Австралии и Южной Африке имеют в три раза больший коэффициент вариации стока, чем в других континентальных регионах. [17] Причина этого в том, что, в то время как на всех других континентах почвы в значительной степени сформировались в результате четвертичного оледенения и горообразования , почвы Австралии и Южной Африки практически не изменились, по крайней мере, с раннего мела и, как правило, с предыдущего ледникового периода в каменноугольном периоде. . Следовательно, доступные уровни питательных веществ в почвах Австралии и Южной Африки, как правило, на несколько порядков ниже, чем в почвах с аналогичным климатом на других континентах, и местная флора компенсирует это за счет гораздо более высокой плотности укоренения (например, протеоидных корней ), чтобы поглощать минимальное количество фосфора и других питательных веществ . . 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 довольно небольших осадков из-за низкой плотности укоренения.
| Тип климата (Кеппен [18] ) | Среднее годовое количество осадков | Типичный коэффициент стока для Австралии и Южной Африки | Типичный коэффициент стока для остального мира |
|---|---|---|---|
| БВтч | 250 мм (10 дюймов) | 1 процент (2,5 мм) | 10 процентов (25 мм) |
| БШ (на окраине Средиземного моря ) | 350 мм (14 дюймов) | 3 процента (12 мм) | 20 процентов (80 мм) |
| CSA | 500 мм (20 дюймов) | 5 процентов (25 мм) | 35 процентов (175 мм) |
| Кафе | 900 мм (35 дюймов) | 15 процентов (150 мм) | 45 процентов (400 мм) |
| КБ | 1100 мм (43 дюйма) | 25 процентов (275 мм) | 70 процентов (770 мм) |
Следствием этого является то, что многие реки в Австралии и Южной Африке (по сравнению с крайне немногими на других континентах) теоретически невозможно регулировать, поскольку скорость испарения из плотин означает, что водохранилище, достаточно большое для теоретического регулирования реки до заданного уровня, на самом деле будет фактически невозможным. допускайте использование очень небольшой тяги. Примеры таких рек включают реки в бассейне озера Эйр . Даже для других австралийских рек требуется хранилище в три раза больше, чтобы обеспечить треть запасов воды, сопоставимых с климатическими условиями юго-востока Северной Америки или южного Китая. Это также влияет на водную жизнь, благоприятствуя тем видам, которые способны быстро размножаться после сильных наводнений, так что некоторые из них смогут пережить следующую засуху.
Реки с тропическим климатом (климатическая классификация Кеппена А) 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 южной Африке даже беднее, чем в засушливых и умеренных частях этих континентов, растительность может использовать органический фосфор или фосфат, растворенный в дождевой воде, в качестве источника питательных веществ. В более прохладном и сухом климате эти два родственных источника, как правило, практически бесполезны, поэтому необходимы такие специализированные средства для извлечения минимального количества фосфора.
Существуют и другие изолированные районы с высокой изменчивостью стока, хотя в основном это связано с неравномерностью выпадения осадков, а не с различной гидрологией. К ним относятся: [17]
Возможные резервуары воды внутри Земли [ править ]
Была выдвинута гипотеза, что вода присутствует в земной коре , мантии и даже ядре и взаимодействует с поверхностью океана посредством « всеземного водного цикла ». Однако фактическое количество воды, хранящейся в недрах Земли, до сих пор остается предметом дискуссий. По оценкам, в 1,5–11 раз больше воды в океанах можно найти на глубине сотен километров в недрах Земли, хотя и не в жидкой форме. [ нужна ссылка ]
Вода в мантии Земли [ править ]
Нижняя мантия внутренней Земли может содержать в 5 раз больше воды, чем все поверхностные воды вместе взятые (все океаны, все озера, все реки). [19]
Количество воды, хранящейся в недрах Земли, может равняться или превышать количество воды во всех поверхностных океанах. [20] Некоторые исследователи предположили, что общий запас мантийных вод может составлять десятки океанских масс. [21] Вода в мантии Земли в основном растворена в номинально безводных минералах, таких как гидроксилы (ОН). [22] Эти примеси OH в горных породах и минералах могут смазывать тектонические плиты, влиять на вязкость горных пород и процессы плавления, а также замедлять сейсмические волны. [20] Две мантийные фазы в переходной зоне между верхней и нижней мантией Земли, вадслеит и рингвудит , потенциально могут включать в свою кристаллическую структуру до нескольких весовых процентов воды. [23] Прямые доказательства наличия воды в мантии Земли были найдены в 2014 году на основе образца водного рингвудита, включенного в алмаз из Жуины, Бразилия . [24] Сейсмические наблюдения позволяют предположить наличие воды в дегидратационном расплаве в верхней части нижней мантии под континентальной частью США. [25] Молекулярная вода (H 2 O) не является основной водосодержащей фазой в мантии, но ее форма высокого давления, лед-VII , также была обнаружена в сверхглубоких алмазах .
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «Геологическая служба США – Распределение воды на Земле» . Архивировано из оригинала 29 июня 2012 г. Проверено 26 ноября 2011 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Где находится вода на Земле? , Геологическая служба США .
- ^ Икинс, Б.В. и Г.Ф. Шарман, Объемы Мирового океана из ETOPO1, заархивировано 11 марта 2015 г. в Wayback Machine , NOAA Национальный центр геофизических данных , Боулдер, Колорадо , 2010.
- ^ Вода в кризисе: Глава 2. Архивировано 6 октября 2022 г. в Wayback Machine , Питер Х. Глейк, Oxford University Press, 1993.
- ^ Даунинг, Дж. А.; Прейри, Ю.Т; Коул, Джей-Джей; Дуарте, CM; Транвик, LJ; Штригль, Р.Г.; Макдауэлл, Вашингтон; Кортелайнен, П.; Карако, Северная Каролина; Мелак, Дж. М.; Мидделбург, Джей-Джей (2006). «Глобальное изобилие и распределение озер, прудов и водохранилищ по размерам». Лимнология и океанография . 51 (5). Уайли: 2388–2397. Бибкод : 2006LimOc..51.2388D . дои : 10.4319/lo.2006.51.5.2388 . ISSN 0024-3590 . S2CID 10011358 .
- ^ «Обзор водного цикла Земной обсерватории» . Образование осадков . 02 сентября 2010 г. Архивировано из оригинала 23 июня 2023 г. Проверено 16 января 2022 г.
- ^ Сил, Б.Б.; Хиткот, Эй Джей; Сикелл, Д.А. (2017). «Объем и средняя глубина озер Земли» . Письма о геофизических исследованиях . 44 (1): 209–218. Бибкод : 2017GeoRL..44..209C . дои : 10.1002/2016GL071378 . hdl : 1912/8822 . ISSN 1944-8007 . S2CID 132520745 . Архивировано из оригинала 24 августа 2021 г. Проверено 25 августа 2021 г.
- ^ Верпортер, Чарльз; Куцер, Тийт; Сикелл, Дэвид А.; Транвик, Ларс Дж. (2014). «Глобальная инвентаризация озер на основе спутниковых снимков высокого разрешения» . Письма о геофизических исследованиях . 41 (18): 6396–6402. Бибкод : 2014GeoRL..41.6396V . дои : 10.1002/2014GL060641 . hdl : 20.500.12210/62355 . ISSN 1944-8007 . S2CID 129573857 .
- ^ Кумму, Матти; Варис, Олли (01 апреля 2011 г.). «Мир по широтам: глобальный анализ численности населения, уровня развития и окружающей среды по оси север-юг за последние полвека» . Прикладная география . 31 (2): 495–507. дои : 10.1016/j.apgeog.2010.10.009 . ISSN 0143-6228 . Архивировано из оригинала 30 ноября 2023 г. Проверено 25 августа 2021 г.
- ^ «Великие озера – Агентство по охране окружающей среды США» . Epa.gov. 28 июня 2006 г. Архивировано из оригинала 1 декабря 2012 г. Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ «ЛУХНА Глава 6: Исторические изменения растительного покрова в районе Великих озер» . Biology.usgs.gov. 20 ноября 2003 г. Архивировано из оригинала 11 января 2012 г. Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ Гассеми, Ферейдун (2007). Межбассейновый переброс воды . Кембридж, Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-86969-0 .
- ^ «Краткая информация о Великих озерах – Вода – Окружающая среда, Канада» . Архивировано из оригинала 1 ноября 2015 г. Проверено 29 октября 2015 г.
- ^ Райснер, Марк; Пустыня Кадиллак: Американский Запад и его исчезающая вода ; стр. 438-442. ISBN 0-14-017824-4
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Браун, JAH; Ресурсы поверхностных вод Австралии . ISBN 978-0-644-02617-8 .
- ^ МакМахон, Т.А. и Финлейсон, Б.Л.; Глобальный сток: континентальные сравнения годовых расходов и пиковых расходов. ISBN 3-923381-27-1 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Пил, Мюррей К.; МакМахон, Томас А. и Финлейсон, Брайан Л. (2004). «Континентальные различия в изменчивости годового стока: обновление и переоценка». Журнал гидрологии . 295 (1–4): 185–197. Бибкод : 2004JHyd..295..185P . doi : 10.1016/j.j Hydrol.2004.03.004 .
- ^ В этом разделе используется слегка измененная версия системы Кеппена, найденная в «Атласе мира Таймс» , 7-е издание. ISBN 0-7230-0265-7
- ^ Сложнее, Бен. «Внутренняя земля может содержать больше воды, чем моря» . Нэшнл Географик . Архивировано из оригинала 14 марта 2002 года . Проверено 14 ноября 2013 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Хиршманн, Марк; Кольстедт, Дэвид (01 марта 2012 г.). «Вода в мантии Земли» . Физика сегодня . 65 (3): 40. Бибкод : 2012PhT....65c..40H . дои : 10.1063/PT.3.1476 . ISSN 0031-9228 . Архивировано из оригинала 04 февраля 2024 г. Проверено 12 января 2021 г.
- ^ Отани, Эйдзи (18 декабря 2020 г.). «Гидратация и обезвоживание в недрах Земли» . Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 49 : 253–278. doi : 10.1146/annurev-earth-080320-062509 . ISSN 0084-6597 . S2CID 232569436 . Архивировано из оригинала 04 февраля 2024 г. Проверено 12 января 2021 г.
- ^ Белл, Дэвид Р.; Россман, Джордж Р. (1992). «Вода в мантии Земли: роль номинально безводных минералов». Наука . 255 (5050): 1391–1397. Бибкод : 1992Sci...255.1391B . дои : 10.1126/science.255.5050.1391 . ПМИД 17801227 . S2CID 26482929 .
- ^ Кольстедт, Д.Л.; Кепплер, Х.; Руби, округ Колумбия (20 мая 1996 г.). «Растворимость воды в α, β и γ фазах (Mg,Fe) 2 SiO 4» . Вклад в минералогию и петрологию . 123 (4): 345–357. Бибкод : 1996CoMP..123..345K . дои : 10.1007/s004100050161 . ISSN 0010-7999 . S2CID 96574743 . Архивировано из оригинала 04 февраля 2024 г. Проверено 12 января 2021 г.
- ^ Пирсон, Д.Г.; Бренкер, FE; Нестола, Ф.; Макнил, Дж.; Насдала, Л.; Хатчисон, Монтана; Матвеев С.; Мазер, К.; Сильверсмит, Г.; Шмитц, С.; Векеманс, Б. (март 2014 г.). «Переходная зона водной мантии обозначена рингвудитом, включенным в алмаз» . Природа . 507 (7491): 221–224. Бибкод : 2014Natur.507..221P . дои : 10.1038/nature13080 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 24622201 . S2CID 205237822 . Архивировано из оригинала 13 июля 2023 г. Проверено 12 января 2021 г.
- ^ Шмандт, Б.; Якобсен, SD; Беккер, ТВ; Лю, З.; Дукер, КГ (13 июня 2014 г.). «Обезвоживание плавления в верхней части нижней мантии» . Наука . 344 (6189): 1265–1268. Бибкод : 2014Sci...344.1265S . дои : 10.1126/science.1253358 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 24926016 . S2CID 206556921 . Архивировано из оригинала 21 июня 2023 г. Проверено 30 июня 2022 г.
