Vattenfördelning på jorden - Water distribution on Earth
De flesta vatten i jordens atmosfär och skorpan kommer från salt havsvatten , medan färskt vatten står för nästan 1% av den totala. Den stora delen av vattnet på jorden är saltlösning eller saltvatten , med en genomsnittlig salthalt på 35 ‰ (eller 3,5%, ungefär motsvarande 34 gram salter i 1 kg havsvatten), även om detta varierar något beroende på mängden avrinning mottagen från omgivande land. Sammantaget uppgår vatten från hav och marginella hav, saltvatten grundvatten och vatten från saltvattenstängda sjöar till över 97% av vattnet på jorden, men ingen sluten sjö lagrar en globalt betydande mängd vatten. Salt saltvatten beaktas sällan förutom vid utvärdering av vattenkvaliteten i torra områden.
Resten av jordens vatten utgör planetens färskvattenresurs . Vanligtvis definieras sötvatten som vatten med en salthalt på mindre än 1 procent av oceanernas - dvs under cirka 0,35 ‰. Vatten med en salthalt mellan denna nivå och 1 ‰ kallas vanligtvis marginellt vatten eftersom det är marginellt för många användningar av människor och djur. Förhållandet mellan saltvatten och sötvatten på jorden är cirka 50 till 1.
Planetens sötvatten är också mycket ojämnt fördelat. Även om det i varma perioder som mesozoikum och paleogener när det inte fanns några glaciärer någonstans på planeten hittades allt färskvatten i floder och vattendrag, finns det idag mest sötvatten i form av is, snö, grundvatten och markfuktighet, med endast 0,3 % i flytande form på ytan. Av det flytande ytvattnet finns 87% i sjöar, 11% i träsk och endast 2% i floder. Små mängder vatten finns också i atmosfären och i levande varelser. Av dessa källor är endast flodvatten generellt värdefullt.
Även om den totala volymen av grundvatten är känt för att vara mycket större än flodavrinningen, är en stor del av detta grundvatten saltlösning och bör därför klassificeras med saltvattnet ovan. Det finns också mycket fossilt grundvatten i torra regioner som aldrig har förnyats på tusentals år; detta får inte ses som förnybart vatten.
Fördelning av saltlösning och sötvatten
Den totala volymen vatten på jorden uppskattas till 1,386 miljarder km³ (333 miljoner kubikmil), varav 97,5% är saltvatten och 2,5% är färskvatten . Av färskvattnet är endast 0,3% i flytande form på ytan.
Eftersom haven som täcker ungefär 71% av jordens yta reflekterar blått ljus, verkar jorden blå från rymden och kallas ofta den blå planeten och den blekblå pricken .
| Källa till vatten | Vattenvolym i km³ (cu mi) |
% totalt vatten |
% Salt vatten |
% färskt vatten |
% flytande yta sötvatten |
|---|---|---|---|---|---|
| Hav | 1 338 000 000 (321 000 000) | 96,5 | 99,0 | ||
| Stilla havet | 669 880 000 (160 710 000) | 48.3 | 49,6 | ||
| Atlanten | 310,410,900 (74,471,500) | 22.4 | 23.0 | ||
| indiska oceanen | 264 000 000 (63 000 000) | 19,0 | 19.5 | ||
| Södra havet | 71 800 000 (17 200 000) | 5.18 | 5.31 | ||
| Arktiska havet | 18 750 000 (4 500 000) | 1,35 | 1,39 | ||
| Is och snö | 24364000 (5845000) | 1,76 | 69.6 | ||
| Glaciärer | 24 064 000 (5 773 000) | 1,74 | 68.7 | ||
| Antarktis inlandsis | 21 600 000 (5 200 000) | 1,56 | 61.7 | ||
| Grönlands isark | 2.340.000 (560.000) | 0,17 | 6,68 | ||
| Arktiska öar | 83 500 (20 000) | 0,006 | 0,24 | ||
| bergskedjor | 40 600 (9 700) | 0,003 | 0,12 | ||
| Malad is och permafrost | 300 000 (72 000) | 0,022 | 0,86 | ||
| Grundvatten | 23 400 000 (5600 000) | 1,69 | |||
| Saltvatten grundvatten | 12 870 000 (3 090 000) | 0,93 | 0,95 | ||
| Färskt grundvatten | 10530 000 (2 530 000) | 0,76 | 30.1 | ||
| markfukt | 16 500 (4000) | 0,0012 | 0,047 | ||
| Sjöar | 176 400 (42 300) | 0,013 | |||
| Saltvatten sjöar | 85 400 (20 500) | 0,0062 | 0,0063 | ||
| Kaspiska havet | 78200 (18800) | 0,0056 | 0,0058 | ||
| Andra saltvatten sjöar | 7 200 (1700) | 0,00052 | 0,00053 | ||
| Färskvattensjöar | 91 000 (22 000) | 0,0066 | 0,26 | 87,0 | |
| Afrikanska stora sjöar | 30 070 (7 210) | 0,0022 | 0,086 | 28.8 | |
| Bajkalsjön | 23 615 (5666) | 0,0017 | 0,067 | 22.6 | |
| Nordamerikanska stora sjöar | 22 115 (5 306) | 0,0016 | 0,063 | 21.1 | |
| Andra sötvattenssjöar | 15200 (3600) | 0,0011 | 0,043 | 14.5 | |
| Atmosfär | 12 900 (3100) | 0,00093 | 0,037 | ||
| Träsk | 11 470 (2750) | 0,00083 | 0,033 | 11,0 | |
| Floder | 2120 (510) | 0,00015 | 0,0061 | 2.03 | |
| Biologiskt vatten | 1120 (270) | 0.000081 | 0,0032 |
Sjöar
Sammantaget rymmer jordens sjöar 199 000 km 3 vatten. De flesta sjöarna ligger på de höga nordliga breddgraderna, långt från mänskliga befolkningscentra. De nordamerikanska stora sjöarna , som innehåller 21% av världens färskvatten i volym, är ett undantag. I Great Lakes Basin bor 33 miljoner människor. De kanadensiska städerna Toronto , Hamilton , St. Catharines , Niagara , Oshawa , Windsor , Barrie och Kingston och amerikanska städerna Duluth , Milwaukee , Chicago , Gary , Detroit , Cleveland , Buffalo och Rochester , är alla belägna på stranden av de stora sjöarna.
Grundvatten
Färskt grundvatten är av stort värde, särskilt i torra länder som Kina. Dess fördelning är i stort sett likadan som ytflodens vatten, men det är lättare att lagra i varma och torra klimat eftersom grundvattenlagring är mycket mer skyddad från avdunstning än dammar . I länder som Jemen är grundvatten från oregelbunden nederbörd under regnperioden den viktigaste källan till bevattningsvatten .
Eftersom grundvattenladdning är mycket svårare att mäta noggrant än ytavrinning , används vanligtvis inte grundvatten i områden där till och med ganska begränsade nivåer av ytvatten är tillgängliga. Än idag varierar uppskattningarna av den totala grundvattentillförseln mycket för samma region beroende på vilken källa som används, och fall där fossilt grundvatten utnyttjas utöver laddningshastigheten (inklusive Ogallala Aquifer ) är mycket frekventa och nästan alltid inte allvarligt övervägda när de var utvecklades först.
Fördelning av flodvatten
Den totala volymen vatten i floder uppskattas till 2120 km³ (510 kubikmil), eller 0,49% av ytvattnet på jorden. Floder och bassänger jämförs ofta inte enligt deras statiska volym, utan med deras flöde av vatten eller ytavrinning . Fördelningen av flodavrinning över jordens yta är mycket ojämn.
| Kontinent eller region | Flodavrinning (km³/år) | Procent av världens totala |
|---|---|---|
| Asien (exklusive Mellanöstern) | 13 300 | 30.6 |
| Sydamerika | 12 000 | 27.6 |
| Nordamerika | 7 800 | 17.9 |
| Oceanien | 6500 | 14.9 |
| Subsahariska Afrika | 4 000 | 9.2 |
| Europa | 2900 | 6.7 |
| Australien | 440 | 1.0 |
| Mellanöstern och Nordafrika | 140 | 0,3 |
Det kan finnas stora variationer inom dessa regioner. Till exempel finns så mycket som en fjärdedel av Australiens begränsade förnybara färskvattenförsörjning på nästan obebodda Cape York -halvön . Även på välvattnade kontinenter finns det områden som är extremt vattenfattiga, till exempel Texas i Nordamerika, vars förnybara vattenförsörjning endast uppgår till 26 km³/år i ett område på 695,622 km², eller Sydafrika , med endast 44 km³/år i 1221 037 km². De områden med största koncentration av förnybart vatten är:
- Den Amazon och Orinoco Bassängen (totalt 6500 km³ / år eller 15 procent av den globala avrinning)
-
Östasien
- Yangtze Basin - 1 000 km³/år
-
Syd- och Sydostasien , med totalt 8 000 km³/år eller 18 procent av den globala avrinningen
- Brahmaputra Basin - 900 km³/år
- Irrawaddy Basin - 500 km³/år
- Mekongbassängen - 450 km³/år
-
Kanada , med över 10 procent av världens flodvatten och stort antal i sjöar
- Mackenziefloden - över 250 km³/år
- Yukonfloden - över 150 km³/år
-
Sibirien
- Yenisey - över 5% av världens sötvatten i bassäng - näst största efter Amazonas
- Ob River - över 500 km³/år
- Lena River - över 450 km³/år
-
Nya Guinea
- Flyg- och Sepik -floder - totalt över 300 km³/år i endast cirka 150 000 km² bassängområde.
Area, volym och havsdjup
| Vattenkropp | Område (10 6 km 2 ) | Volym (10 6 km 3 ) | Medeldjup (m) |
|---|---|---|---|
| Stilla havet | 165,2 | 707,6 | 4 282 |
| Atlanten | 82.4 | 323,6 | 3 926 |
| indiska oceanen | 73.4 | 291,0 | 3 963 |
| Alla hav och hav | 361 | 1370 | 3796 |
Den oceaniska jordskorpan är ung, smal och tät, med någon av de stenar inom det anor från något äldre än upplösningen av Pangea . Eftersom vatten är mycket tätare än någon gas , betyder det att vatten kommer att strömma in i de "fördjupningar" som bildas som ett resultat av den höga densiteten av havskorpan (på en planet som Venus , utan vatten, verkar fördjupningarna bilda en vidsträckt slätt över vilka stiger platåer). Eftersom de låg densitet stenar av kontinentala jordskorpan innehåller stora mängder lätt eroderade salter av alkali- och alkaliska jordartsmetaller , har salt, under miljarder år , ackumulerade i haven som ett resultat av förångning återföra färskvatten till marken som regn och snö .
Variation i tillgänglighet av vatten
Variabiliteten i vattentillgängligheten är viktig både för vattenlevande arter och för tillgängligheten av vatten för mänskligt bruk: vatten som endast är tillgängligt om några våta år får inte anses förnybart. Eftersom de flesta globala avrinningen kommer från områden med mycket låg klimatvariation, är den totala globala avrinningen i allmänhet av låg variation.
Faktum är att även i de flesta torra zoner tenderar det att vara få problem med variationen i avrinningen eftersom de flesta användbara vattenkällor kommer från högfjällsregioner som ger mycket tillförlitlig glaciärsmältning som den främsta vattenkällan, vilket också kommer under sommartoppperioden stor efterfrågan på vatten. Detta hjälpte historiskt utvecklingen av många av de antika historiens stora civilisationer , och till och med idag möjliggör jordbruk i sådana produktiva områden som San Joaquin -dalen .
Men i Australien och södra Afrika är historien annorlunda. Här är avrinningsvariabiliteten mycket högre än i andra kontinentala regioner i världen med liknande klimat. Vanligtvis tempererade ( Köppen klimatklassificering C) och torra (Köppen klimatklassificering B) klimatfloder i Australien och södra Afrika har så mycket som tre gånger variationskoefficienten för avrinningen för andra i kontinentala regioner. Anledningen till detta är att medan alla andra kontinenter har haft sin jord till stor del formad av kvartär istid och bergsbyggnad , har markerna i Australien och södra Afrika varit i stort sett oförändrade sedan åtminstone tidigt krita och i allmänhet sedan föregående istid i karbon . Följaktligen tenderar tillgängliga näringsnivåer i australiska och sydafrikanska jordar att vara storleksordningar lägre än för liknande klimat på andra kontinenter, och inhemsk flora kompenserar detta genom mycket högre rotdensiteter (t.ex. proteoidrötter ) för att absorbera minimal fosfor och andra näringsämnen . Eftersom dessa rötter absorberar så mycket vatten sker avrinning i typiska australiska och sydafrikanska floder inte förrän cirka 300 mm (12 tum) eller mer nederbörd har inträffat. På andra kontinenter kommer avrinning att inträffa efter ganska lätt nederbörd på grund av de låga rottätheten.
| Klimattyp (Köppen) | Genomsnittlig årlig nederbörd | Typiskt avrinningsförhållande för Australien och södra Afrika |
Typiskt avrinningsförhållande för resten av världen |
|---|---|---|---|
| BWh | 250 mm (10 tum) | 1 procent (2,5 mm) | 10 procent (25 mm) |
| BSh (på Medelhavsområdet ) | 350 mm (14 tum) | 3 procent (12 mm) | 20 procent (80 mm) |
| Csa | 500 mm (20 tum) | 5 procent (25 mm) | 35 procent (175 mm) |
| Caf | 900 mm (36 tum) | 15 procent (150 mm) | 45 procent (400 mm) |
| Cb | 1100 mm (43 tum) | 25 procent (275 mm) | 70 procent (770 mm) |
Konsekvensen av detta är att många floder i Australien och södra Afrika (jämfört med extremt få på andra kontinenter) är teoretiskt omöjliga att reglera eftersom avdunstningshastigheter från dammar innebär att en lagring som är tillräckligt stor för att teoretiskt kunna reglera floden till en given nivå faktiskt skulle tillåta mycket lite drag att använda. Exempel på sådana floder inkluderar de i Lake Eyre Basin . Även för andra australiensiska floder behövs en lagring som är tre gånger så stor för att ge en tredjedel tillgång till ett jämförbart klimat i sydöstra Nordamerika eller södra Kina. Det påverkar också vattenlevande liv, och gynnar starkt de arter som snabbt kan föröka sig efter stora översvämningar så att vissa kommer att överleva nästa torka.
Tropiska (Köppen klimatklassificering A) klimatfloder i Australien och södra Afrika har däremot inte markant lägre avrinningsförhållanden än liknande klimat i andra regioner i världen. Även om jordarna i tropiska Australien och södra Afrika är ännu fattigare än de torra och tempererade delarna av dessa kontinenter, kan vegetation använda organisk fosfor eller fosfat löst i regnvatten som en näringskälla. I svalare och torrare klimat tenderar dessa två besläktade källor att vara praktiskt taget värdelösa, varför sådana specialiserade medel behövs för att extrahera den mest minimala fosforn.
Det finns andra isolerade områden med stor avrinningsvariation, även om dessa i grunden beror på oregelbunden nederbörd snarare än olika hydrologi. Dessa inkluderar:
- Sydvästra Asien
- Den brasilianska Nordeste
- The Great Plains i USA
Möjliga vattenreservoarer inne i jorden
Det har antagits att vattnet finns i jordskorpan , manteln och till och med kärnan och interagerar med ythavet genom " hela jordens vattencykel ". Den faktiska mängden vatten som lagras i jordens inre förblir dock fortfarande debatterad. Uppskattningsvis 1,5 till 11 gånger mängden vatten i haven kan hittas hundratals kilometer djupt inne i jordens inre, men inte i flytande form.
Vatten i jordens mantel
Den nedre manteln på den inre jorden kan rymma så mycket som 5 gånger mer vatten än allt ytvatten tillsammans (alla hav, alla sjöar, alla floder).
Mängden vatten som lagras i jordens inre kan motsvara eller överstiga den i alla havshav. Vissa forskare föreslog att den totala budgeten för mantelvatten kan uppgå till tiotals havsmassor. Vattnet i jordens mantel är främst upplöst i nominellt vattenfria mineraler som hydroxyler (OH). Dessa OH -föroreningar i bergarter och mineraler kan smörja tektoniska plattor, påverka bergviskositet och smältprocesser och bromsa seismiska vågor. De två mantelfaserna vid övergångszonen mellan jordens övre och nedre mantel, wadsleyit och ringwoodit , kan eventuellt införliva upp till några viktprocent vatten i sin kristallstruktur. Direkt bevis på förekomsten av vatten i jordens mantel hittades 2014 baserat på ett vattenhaltigt ringwooditprov som ingår i en diamant från Juína, Brasilien . Seismiska observationer tyder på att vatten förekommer i uttorkningssmältning på toppen av den nedre manteln under det kontinentala USA. Molekylärt vatten (H 2 O) inte är den primära vattenbärande fas (er) på manteln, men dess högtrycksform, is-VII , har även visat sig i super-djup diamanter .