Большая часть воды в атмосфере и коре Земли поступает из соленой морской воды , в то время как пресная вода составляет почти 1% от общего объема. Подавляющее большинство воды на Земле является соленой или соленой водой со средней соленостью 35‰ (или 3,5%, что примерно эквивалентно 34 граммам солей в 1 кг морской воды), хотя это немного варьируется в зависимости от количества стока, полученного с окружающей суши. В целом, вода из океанов и окраинных морей, соленые грунтовые воды и вода из соленых замкнутых озер составляют более 97% воды на Земле, хотя ни одно замкнутое озеро не хранит глобально значимого количества воды. Соленые грунтовые воды редко учитываются, за исключением случаев оценки качества воды в засушливых регионах.
Оставшаяся часть воды Земли составляет пресноводный ресурс планеты . Обычно пресная вода определяется как вода с соленостью менее 1% от солености океанов – т.е. ниже примерно 0,35‰. Воду с соленостью между этим уровнем и 1‰ обычно называют маргинальной водой, поскольку она маргинальна для многих видов использования людьми и животными. Соотношение соленой воды к пресной воде 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 форме льда, снега, грунтовых вод и почвенной влаги, и только 0,3% находится в жидкой форме на поверхности. Из жидкой поверхностной пресной воды 87% содержится в озерах, 11% в болотах и только 2% в реках. Небольшие количества воды также существуют в атмосфере и в живых существах.
Хотя известно, что общий объем грунтовых вод намного больше, чем объем речного стока, большая часть этих грунтовых вод соленая и поэтому должна быть классифицирована как соленая вода выше. В засушливых регионах также много ископаемых грунтовых вод , которые никогда не возобновлялись в течение тысяч лет; их нельзя рассматривать как возобновляемую воду.
Общий объем воды на Земле оценивается в 1,386 млрд км 3 (333 млн кубических миль), из которых 97,5% — это соленая вода, а 2,5% — пресная . Из всей пресной воды только 0,3% находится в жидкой форме на поверхности. [2] [3] [4]
Поскольку океаны, покрывающие примерно 70,8% площади Земли, отражают синий свет, Земля кажется синей из космоса и часто упоминается как голубая планета и бледно-голубая точка . Жидкая пресная вода, такая как озера и реки, покрывает около 1% поверхности Земли [5] и вместе с ледяным покровом Земли, поверхность Земли на 75% состоит из воды по площади. [6]
В совокупности озера Земли содержат 199 000 км 3 воды. [7] Большинство озер находятся в высоких северных широтах, вдали от населенных пунктов. [8] [9] Исключением являются Великие североамериканские озера , которые содержат 21% объема пресной воды в мире, [10] [11] [12] . В бассейне Великих озер проживает более 35 миллионов 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 берегах системы Великих озер.
Пресная грунтовая вода имеет большую ценность, особенно в засушливых странах, таких как Китай. Ее распределение в целом похоже на распределение поверхностной речной воды, но ее легче хранить в жарком и сухом климате, поскольку хранилища грунтовых вод гораздо лучше защищены от испарения, чем плотины . В таких странах, как Йемен , грунтовые воды от нерегулярных осадков в сезон дождей являются основным источником воды для орошения .
Поскольку подпитка грунтовых вод гораздо сложнее точно измерить, чем поверхностный сток , подземные воды обычно не используются в районах, где доступны даже довольно ограниченные уровни поверхностных вод. Даже сегодня оценки общего подпитки грунтовых вод сильно различаются для одного и того же региона в зависимости от того, какой источник используется, и случаи, когда ископаемые грунтовые воды эксплуатируются сверх скорости подпитки (включая водоносный горизонт Огаллала [14] ), очень часты и почти всегда не рассматриваются всерьез, когда они впервые разрабатываются.
Общий объем воды в реках оценивается в 2120 км 3 (510 кубических миль), или 0,49% от поверхностного объема пресной воды на Земле. [2] Реки и бассейны часто сравнивают не по их статическому объему, а по их потоку воды, или поверхностному стоку . Распределение речного стока по поверхности Земли очень неравномерно.
В пределах этих регионов могут быть огромные различия. Например, около четверти ограниченного возобновляемого запаса пресной воды Австралии находится на почти необитаемом полуострове Кейп-Йорк . [15] Кроме того, даже на хорошо обеспеченных водой континентах есть районы, где воды катастрофически не хватает, например, Техас в Северной Америке, где возобновляемый запас воды составляет всего 26 км 3 /год на площади 695 622 км 2 , или Южная Африка , где всего 44 км 3 /год на площади 1 221 037 км 2 . [15] Районы с наибольшей концентрацией возобновляемой воды:
Океаническая кора молодая, тонкая и плотная, и ни одна из пород внутри нее не датируется более ранним периодом, чем распад Пангеи . [ требуется цитата ] Поскольку вода намного плотнее любого газа , это означает, что вода будет течь в «впадины», образовавшиеся в результате высокой плотности океанической коры (на планете, такой как Венера , без воды, впадины, по-видимому, образуют обширную равнину, над которой возвышаются плато). Поскольку породы с низкой плотностью континентальной коры содержат большое количество легко разрушаемых солей щелочных и щелочноземельных металлов , соль на протяжении миллиардов лет накапливалась в океанах в результате испарения, возвращая пресную воду на сушу в виде дождя и снега . [ требуется цитата ]
Изменчивость доступности воды важна как для функционирования водных видов, так и для доступности воды для использования человеком: вода, которая доступна только в несколько дождливых лет, не должна считаться возобновляемой. Поскольку большая часть мирового стока поступает из областей с очень низкой климатической изменчивостью, общий мировой сток, как правило, имеет низкую изменчивость.
Действительно, даже в самых засушливых зонах, как правило, мало проблем с изменчивостью стока, поскольку большинство пригодных для использования источников воды поступают из высокогорных регионов, которые обеспечивают высоконадежное таяние ледников в качестве основного источника воды, что также приходится на летний пиковый период высокого спроса на воду. Это исторически способствовало развитию многих великих цивилизаций древней истории, и даже сегодня позволяет заниматься сельским хозяйством в таких продуктивных районах, как долина Сан-Хоакин .
Однако в Австралии и Южной Африке ситуация иная. Здесь изменчивость стока намного выше, чем в других континентальных регионах мира с похожим климатом. [16] Обычно умеренные ( классификация климата Кеппен C) и засушливые (классификация климата Кеппен B) климатические реки в Австралии и Южной Африке имеют коэффициент вариации стока в три раза больше, чем в других континентальных регионах. [17] Причина этого в том, что, в то время как на всех других континентах почвы в значительной степени были сформированы четвертичным оледенением и горообразованием , почвы Австралии и Южной Африки в значительной степени 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 порядки ниже, чем в аналогичных климатических условиях на других континентах, и местная флора компенсирует это за счет гораздо более высокой плотности корней (например, протеоидных корней ), чтобы поглощать минимальное количество фосфора и других питательных веществ. Поскольку эти корни поглощают так много воды, сток в типичных австралийских и южноафриканских реках не происходит, пока не выпадет около 300 мм (12 дюймов) или более осадков. На других континентах сток будет происходить после довольно слабых осадков из-за низкой плотности корней.
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 с плотин означает, что хранилище, достаточно большое для того, чтобы теоретически регулировать реку до заданного уровня, на самом деле позволит использовать очень небольшую тягу. Примерами таких рек являются реки в бассейне озера Эйр . Даже для других австралийских рек требуется хранилище в три раза больше, чтобы обеспечить треть запаса сопоставимого климата на юго-востоке Северной Америки или на юге Китая. Это также влияет на водную жизнь, сильно благоприятствуя тем видам, которые способны быстро размножаться после сильных наводнений, так что некоторые из них переживут следующую засуху.
Тропические (классификация климата Кеппен A) реки в Австралии и Южной Африке, напротив, не имеют заметно более низких коэффициентов стока, чем реки в аналогичных климатических зонах 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 связанных источника, как правило, практически бесполезны, поэтому необходимы такие специализированные средства для извлечения минимального количества фосфора.
Существуют и другие изолированные области с высокой изменчивостью стока, хотя они в основном связаны с нерегулярными осадками, а не с различной гидрологией. К ним относятся: [17]
Была выдвинута гипотеза, что вода присутствует в земной коре , мантии и даже ядре и взаимодействует с поверхностным океаном через « круговорот воды на всей Земле ». Однако фактическое количество воды, хранящейся в недрах Земли, все еще остается предметом споров. По оценкам, в сотни километров в глубине недр Земли может быть найдено от 1,5 до 11 раз больше воды, чем в океанах, хотя и не в жидкой форме. [ необходима цитата ]
Нижняя мантия внутренней части 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 быть равно или превышать количество воды во всех поверхностных океанах. [20] Некоторые исследователи предположили, что общий водный бюджет мантии может составлять десятки океанических масс. [21] Вода в мантии Земли в основном растворена в номинально безводных минералах в виде гидроксилов (ОН). [22] Эти примеси ОН в горных породах и минералах могут смазывать тектоническую плиту, влиять на вязкость горных пород и процессы плавления, а также замедлять сейсмические волны. [20] Две фазы мантии в переходной зоне между верхней и нижней мантией Земли, вадслеит и рингвудит , потенциально могут включать до нескольких весовых процентов воды в свою кристаллическую структуру. [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 указывают на присутствие воды в дегидратированном расплаве в верхней части нижней мантии под континентальной частью США. [25] Молекулярная вода (H 2 O) не является основной водосодержащей фазой(ами) в мантии, но ее форма высокого давления, лед-VII , также была обнаружена в сверхглубоких алмазах .