Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Графическое распределение местоположений воды на Земле

Большая часть воды в атмосфере и коре Земли поступает из соленой морской воды Мирового океана , в то время как пресная вода составляет почти 1% от общего количества. Поскольку океаны, которые покрывают примерно 71% площади Земли, отражают синий свет, Земля кажется синей из космоса, и ее часто называют голубой планетой и бледно-голубой точкой . По оценкам, количество воды в океанах в 1,5–11 раз превышает глубину сотен километров внутри Земли, хотя и не в жидкой форме.

Океаническая кора молода, тонкая и плотная, ни с одной из пород в пределах этого , начиная с любого старше распада Пангеи . Поскольку вода намного плотнее любого газа , это означает, что вода будет течь в «впадины», образованные в результате высокой плотности океанической коры (на такой планете, как Венера , без воды, впадины, кажется, образуют обширную равнину. над которыми возвышаются плато). Поскольку породы с низкой плотностью континентальной коры содержат большое количество легко разрушаемых солей щелочных и щелочноземельных металлов , соль в течение миллиардов лет накапливалась в океанах в результате испарения.возвращение пресной воды на сушу в виде дождя и снега .

В результате большая часть воды на Земле считается соленой или соленой водой со средней соленостью 35 ‰ (или 4,5%, что примерно эквивалентно 34 граммам солей в 1 кг морской воды), хотя эта цифра немного варьируется. в зависимости от количества стока, полученного с прилегающих 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.

Остаток воды на Земле составляет запас пресной воды на планете . Обычно пресная вода определяется как вода с соленостью менее 1 процента от солености океанов, то есть ниже примерно 0,35 ‰. Вода с соленостью от этого уровня до 1 ‰ обычно называется маргинальной водой, потому что она является маргинальной 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 мезозой 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, причем ее содержание составляет всего 0,3 % в жидком виде на поверхности. Из жидких поверхностных пресных вод 87% содержится в озерах, 11% - в болотах и ​​только 2% - в реках. Небольшие количества воды также присутствуют в атмосфере и в живых существах. Из этих источников обычно ценной является только речная вода.

Большинство озер находится в очень негостеприимных регионах, таких как ледниковые озера Канады , озеро Байкал в России , озеро Хубсугул в Монголии и Великие африканские озера . В Северной Америке в районе Великих озер , которые содержат 21% мировых запасов пресной воды по объему, [2] [3] [4] являются исключением. Они расположены в гостеприимном и густонаселенном районе. В бассейне Великих озер проживает 33 миллиона человек. [5] В канадских городах Торонто , Гамильтон , Санкт - Catharines, Ниагара , Ошава , Виндзор , Барри , и Kingston и американские города Дулут , Милуоки , Чикаго , Гэри , Детройт , Кливленд , Буффало и Рочестер , все они расположены на берегах 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. В засушливых регионах также много ископаемых подземных вод, которые никогда не обновлялись на протяжении тысячелетий; 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 плотины . В таких странах, как Йемен , основным источником воды для орошения являются грунтовые воды из-за непостоянных дождей в сезон дождей .

Поскольку пополнение запасов грунтовых 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 случаи, когда ископаемые подземные воды эксплуатируются сверх нормы пополнения (включая водоносный горизонт Огаллала [6] ), очень часты и почти всегда серьезно не рассматриваются. когда они были впервые разработаны.

Распределение соленой и пресной воды [ править ]

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 (куб. Миль)		% общей
воды		% соленой
воды		% пресной
воды		% жидкой поверхностной
пресной воды
Океаны1 388 000 000 (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
Северный Ледовитый 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
Подземный 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
Влажность почвы16 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 (1700)0,000520,00053
Пресноводные озера91 000 (22 000)0,00660,2687,0
Великие африканские озера30 070 (7210)0,00220,08628,8
озеро Байкал23 615 (5666)0,00170,06722,6
Великие озера Северной Америки22 115 (5 306)0,00160,06321,1
Другие пресноводные озера15 200 (3600)0,00110,04314,5
Атмосфера12 900 (3100)0,000930,037
Болота11 470 (2750)0,000830,03311.0
Реки2120 (510)0,000150,00612,03
Биологическая вода1120 (270)0,0000810,0032

Распределение речной воды [ править ]

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 их потоку воды или поверхностному стоку . 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
Ближний Восток и Северная Африка1400,3

В этих регионах могут быть огромные различия. Например, четверть ограниченных возобновляемых источников пресной воды в Австралии находится на почти необитаемом полуострове Кейп-Йорк . [11] Кроме того, даже на хорошо обводненных континентах есть районы, в которых очень мало воды, например, Техас в Северной Америке, чьи 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] Районы наибольшей концентрации возобновляемой воды:

  • Амазонка и Ориноко Миски (в общей сложности 6500 км³ / год или 15 процентов мирового стока)
  • Восточная Азия
    • Бассейн Янцзы - 1000 км³ / год
  • Южная и Юго-Восточная Азия , в общей сложности 8000 км³ / год или 18 процентов мирового стока.
    • Бассейн Брахмапутры - 900 км³ / год
    • Бассейн Иравади - 500 км³ / год
    • Бассейн Меконга - 450 км³ / год
  • Канада , с более чем 10 процентами речной воды мира и большим количеством озер
    • Река Маккензи - более 250 км³ / год
    • Река Юкон - более 150 км³ / год.
  • Сибирь
    • Енисей - более 5% мировых запасов пресной воды в бассейне - второй по величине после Амазонки
    • Река Обь - более 500 км³ / год.
    • Река Лена - более 450 км³ / год.
  • Новая Гвинея
    • Реки Флай и Сепик - в общей сложности более 300 км³ / год на площади всего около 150 000 км².

Площадь, объем и глубина Мирового океана [ править ]

Водное пространствоПлощадь (10 6 км 2 )Объем (10 6 км 3 )Средняя глубина (м)
Тихий океан165,2707,64 282
Атлантический океан82,4323,63926
Индийский океан73,4291,03963
Все океаны и моря3611,3703796

Изменчивость доступности воды [ править ]

Изменчивость доступности воды важна как для функционирования водных видов, так и для доступности воды для использования человеком: воду, доступную только в несколько влажных лет, нельзя считать возобновляемой. Поскольку большая часть глобального стока поступает из районов с очень низкой климатической изменчивостью, общий глобальный сток обычно 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 цивилизаций древней истории и даже сегодня позволяет вести сельское хозяйство в таких продуктивных районах, как долина Сан-Хоакин .

Однако в Австралии и на юге Африки дело обстоит иначе. Здесь изменчивость стока намного выше, чем в других континентальных регионах мира с аналогичным климатом. [12] Обычно реки с умеренным ( климатическая классификация Кеппена C) и засушливыми (климатическая классификация Кеппена B) реками в Австралии и Южной Африке имеют коэффициент вариации стока в три раза больше, чем в других континентальных регионах. [13] 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 части Африки практически не изменились, по крайней мере, с раннего мелового периода и в целом с предыдущего ледникового периода в каменноугольном периоде . Следовательно, доступные уровни питательных веществ в почвах Австралии и юга 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, протеоидных корней ) для поглощения минимального количества фосфора.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 части Африки		Типичный коэффициент стока
для остального мира
BWh250 мм (10 дюймов)1 процент (2,5 мм)10 процентов (25 мм)
БШ (на берегу Средиземного моря )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 в Австралии и Южной Африке (по сравнению с крайне малым числом на других континентах) теоретически невозможно регулировать, поскольку скорость испарения из плотин означает, что водохранилище, достаточно большое, чтобы теоретически регулировать реку до заданного уровня, фактически позволяют использовать очень небольшую тягу. Примеры таких рек включают реки в бассейне 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 сильных наводнений, чтобы некоторые из них 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 специализированные средства для извлечения минимального количества фосфора.

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

  • Юго-Западная Азия
  • Бразильский Нордест
  • Great Plains в США

Возможные запасы воды внутри Земли [ править ]

Была выдвинута гипотеза, что вода присутствует в коре , мантии и даже ядре Земли и взаимодействует с поверхностью океана через « круговорот воды на всей Земле ». Однако фактическое количество воды, хранящейся в недрах Земли, все еще остается предметом споров.

Вода в мантии Земли [ править ]

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

Количество воды, хранящейся в недрах Земли, может равняться или превышать количество воды во всех поверхностных океанах [15]. Некоторые исследователи предположили, что общий водный баланс мантии может составлять десятки океанических масс. [16] Вода в мантии Земли в основном растворена в номинально безводных минералах в виде гидроксилов (ОН). [17] Эти примеси OH в горных породах и минералах могут смазывать тектоническую плиту, влиять на вязкость горных пород и процессы плавления, а также замедлять сейсмические волны. [15] Две фазы мантии в переходной зоне между верхней и нижней мантией Земли, вадслеит и рингвудит., потенциально могут включать в свою кристаллическую структуру до нескольких массовых процентов воды. [18] Прямые доказательства присутствия воды в мантии Земли были обнаружены в 2014 году на основе образца водного рингвудита, включенного в алмаз из Хуина, Бразилия . [19] Сейсмические наблюдения предполагают присутствие воды в дегидратационном расплаве в верхней части нижней мантии под континентальной частью США. [20] Молекулярная вода (H 2 O) не является первичной водоносной фазой (-ами) в мантии, но ее форма высокого давления, лед-VII , также была обнаружена в сверхглубоких алмазах .

Вода в ядре Земли [ править ]

Плотность ядра Земли на несколько процентов меньше, чем у чистого железа (Fe) при том же давлении и температуре, что обычно интерпретируется как наличие значительного количества легких элементов в ядре, включая водород . Следовательно, вода может присутствовать в ядре Земли в виде сплавов железа с водородом .

См. Также [ править ]

  • Дефицитное орошение
  • Управление водными ресурсами
  • Магматическая вода
  • Происхождение воды на Земле

Ссылки [ править ]

  1. ^ USGS - Распределение воды на Земле
  2. ^ "Великие озера - Агентство по охране окружающей среды США" . Epa.gov. 2006-06-28 . Проверено 19 февраля 2011 .
  3. ^ «LUHNA Глава 6: Исторические изменения почвенного покрова в районе Великих озер» . Biology.usgs.gov. 2003-11-20. Архивировано из оригинала на 2012-01-11 . Проверено 19 февраля 2011 .
  4. ^ Гасей, Ферейдун (2007). Межбассейновая перекачка воды . Кембридж, издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-86969-0.
  5. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2015-11-01 . Проверено 29 октября 2015 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  6. ^ Рейснер, Марк; Пустыня Кадиллак: Американский Запад и его исчезающая вода ; С. 438-442. ISBN 0-14-017824-4 
  7. ^ a b Где вода на Земле? , Геологическая служба США .
  8. ^ Икинс, Б.В. и Г.Ф. Шарман, Объемы Мирового океана из ETOPO1 , Национальный центр геофизических данных NOAA , 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» . National Geographic . Проверено 14 ноября 2013 года .
  11. ^ а б Браун, JAH; Ресурсы поверхностных вод Австралии . ISBN 978-0-644-02617-8 . 
  12. ^ МакМахон, Т.А. и Финлейсон, Б.Л .; Глобальный сток: континентальные сравнения годовых и пиковых расходов. ISBN 3-923381-27-1 . 
  13. ^ a b Пил, Мюррей С .; 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 . DOI : 10.1016 / j.jhydrol.2004.03.004 .
  14. ^ В этом разделе используется слегка измененная версия системы Кеппена, найденная в The Times Atlas of the World , 7-е издание. ISBN 0-7230-0265-7 
  15. ^ a b Хиршманн, Марк; Кольстедт, Дэвид (2012-03-01). «Вода в мантии Земли» . Физика сегодня . 65 (3): 40. DOI : 10,1063 / PT.3.1476 . ISSN 0031-9228 . 
  16. ^ Отани, Эйдзи (2020-12-18). «Гидратация и обезвоживание в недрах Земли» . Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . DOI : 10.1146 / annurev-earth-080320-062509 . ISSN 0084-6597 . 
  17. ^ Белл, Дэвид Р .; Россман, Джордж Р. (1992). «Вода в мантии Земли: роль номинально безводных минералов». Наука . 255 : 1391–1397. DOI : 10.1126 / science.255.5050.1391 .
  18. ^ Kohlstedt, DL; Keppler, H .; Руби, округ Колумбия (1996-05-20). «Растворимость воды в α, β и γ фазах (Mg, Fe) 2 SiO 4» . Вклад в минералогию и петрологию . 123 (4): 345–357. DOI : 10.1007 / s004100050161 . ISSN 0010-7999 . 
  19. ^ Пирсон, Д.Г. Бренкер, ИП; Nestola, F .; McNeill, J .; Nasdala, L .; Hutchison, MT; Матвеев, С .; Mather, K .; Silversmit, G .; Schmitz, S .; Векеманс, Б. (март 2014 г.). «Зона перехода водной мантии обозначена рингвудитом, включенным в алмаз» . Природа . 507 (7491): 221–224. DOI : 10,1038 / природа13080 . ISSN 0028-0836 . 
  20. ^ Шмандт, В .; Якобсен, SD; Беккер, TW; Liu, Z .; Dueker, KG (13.06.2014). «Обезвоживание таяния верхней части нижней мантии» . Наука . 344 (6189): 1265–1268. DOI : 10.1126 / science.1253358 . ISSN 0036-8075 .