stringtranslate.com

Распределение воды на Земле

Большая часть воды в атмосфере и коре Земли 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 она 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.

Остальная часть воды Земли составляет ресурсы пресной воды планеты . 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

Общий объем воды на Земле оценивается в 1,386 миллиарда км³ (333 миллиона кубических миль), из которых 97,5% составляют соленая вода, а 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 по площади. [6]

Логарифмический график источника воды в кубических милях
Логарифмический график источника пресной воды (включая соленые озера и соленые подземные воды)

Озера

В совокупности озера Земли содержат 199 000 км 3 воды. [7] Большинство озер находятся в высоких северных широтах, вдали от населенных пунктов. [8] [9] Североамериканские Великие озера , которые содержат 21% мировой пресной воды по объёму, [10] [11] [12] являются исключением. В бассейне Великих озер проживает 33 миллиона человек. [13] Канадские города Тандер - Бей , Сент-Катаринс , Гамильтон , Торонто , Ошава и Кингстон , а также американские города Детройт , Дулут , Милуоки , Чикаго , Гэри , Кливленд , Буффало и Рочестер расположены на Берега системы Великих озер.

Подземные воды

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 случаи, когда ископаемые подземные воды эксплуатируются сверх скорости пополнения (включая водоносный горизонт Огаллала [14] ), очень часты и почти всегда серьезно не рассматриваются. когда они были впервые разработаны.

Распределение речной воды

Общий объем воды в реках оценивается в 2120 км 3 (510 куб. миль), или 0,49% поверхностной пресной воды на Земле. [2] Реки и бассейны часто сравнивают не по их статическому объему, а по расходу воды или поверхностному стоку . Распределение речного стока по поверхности Земли весьма неравномерно.

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, где возобновляемые запасы воды составляют всего 26 км³/год на площади 695 622 км 2 , или Южная Африка. , всего 44 км³/год на площади 1 221 037 км 2 . [15] Районами наибольшей концентрации возобновляемой воды являются:

Площадь, объем и глубина океанов

Океаническая кора молодая, тонкая и плотная, и ни одна из пород внутри нее не датируется временем распада Пангеи . [ нужна цитата ] 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 кажутся образуют обширную равнину, над которой 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 , возвращая пресную воду на сушу в виде дождя и снег . [ нужна цитата ]

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 мелового периода 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.

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, чтобы теоретически регулировать реку до заданного уровня, на самом деле было бы 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, отдавая предпочтение тем видам, которые способны быстро размножаться после сильных наводнений , чтобы некоторые из них могли 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

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 цитата ]

Вода в мантии Земли

Рингвудит — основная фаза мантии Земли на глубине от ~520 до ~660 км, возможно, содержащая несколько весовых процентов воды в своей кристаллической структуре.

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 массовых процентов воды. [23] Прямые доказательства присутствия воды в мантии Земли были обнаружены в 2014 году на основе образца водного рингвудита, включенного в алмаз из Жуины, Бразилия . [24] Сейсмические наблюдения предполагают 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 .

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Геологическая служба США - Распределение воды на Земле» . Архивировано из оригинала 29 июня 2012 г. Проверено 26 ноября 2011 г.
  2. ^ ab Где находится вода на Земле?, Геологическая служба США .
  3. ↑ Икинс, Б.В. и Г.Ф. Шарман, Объемы Мирового океана из ETOPO1. Архивировано 11 марта 2015 г. в Wayback Machine , Национальный центр геофизических данных NOAA , Боулдер, Колорадо , 2010.
  4. ↑ Вода в кризисе: Глава 2. Архивировано 6 октября 2022 г. в Wayback Machine , Питер Х. Глейк, Oxford University Press, 1993.
  5. ^ 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 . Уайли. 51 (5): 2388–2397. Бибкод : 2006LimOc..51.2388D. дои : 10.4319/lo.2006.51.5.2388. ISSN  0024-3590. S2CID  10011358.
  6. ^ «Обзор водного цикла Земной обсерватории» . Образование осадков . 02 сентября 2010 г. Архивировано из оригинала 23 июня 2023 г. Проверено 16 января 2022 г.
  7. ^ Сил, BB; 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.
  8. ^ 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.
  9. ^ Кумму, Матти; Варис, Олли (1 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. doi :10.1016/j.apgeog.2010.10.009. ISSN  0143-6228. Архивировано из оригинала 30 ноября 2023 г. Проверено 25 августа 2021 г.
  10. ^ «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.
  11. ^ «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.
  12. ^ Гассеми, Ферейдун (2007). Межбассейновый переброс воды . Кембридж, Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-86969-0.
  13. ^ «Краткая информация о Великих озерах - Вода - Окружающая среда Канада» . Архивировано из оригинала 1 ноября 2015 г. Проверено 29 октября 2015 г.
  14. ^ Райснер, Марк; Пустыня Кадиллак: Американский Запад и его исчезающая вода ; стр. 438-442. ISBN 0-14-017824-4 
  15. ^ Аб Браун, JAH; Ресурсы поверхностных вод Австралии . ISBN 978-0-644-02617-8 . 
  16. ^ МакМахон, Т.А. и Финлейсон, Б.Л.; Глобальный сток: континентальные сравнения годовых расходов и пиковых расходов. ISBN 3-923381-27-1 . 
  17. ^ аб 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.jгидрол.2004.03.004.
  18. ^ В этом разделе используется слегка измененная версия системы Кеппена, найденная в «Атласе мира Таймс» , 7-е издание. ISBN 0-7230-0265-7 
  19. ^ Сложнее, Бен. «Внутренняя Земля может содержать больше воды, чем моря». Национальная география . Архивировано из оригинала 14 марта 2002 года . Проверено 14 ноября 2013 г.
  20. ^ аб 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.
  21. ^ 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.
  22. ^ 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. PMID  17801227. S2CID  26482929.
  23. ^ Кольстедт, DL; 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 4 февраля 2024 г. Проверено 12 января 2021 г.
  24. ^ 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. PMID  24622201. S2CID  205237822. Архивировано из оригинала 13 июля 2023 г. Проверено 12 января 2021 г.
  25. ^ 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. PMID  24926016. S2CID  206556921. Архивировано из оригинала 21 июня 2023 г. Проверено 30 июня 2022 г.