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Répartition de l'eau sur Terre

Aperçu de la répartition de l'eau sur Terre
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L'eau est distribuée partout à travers la terre. La majeure partie de l'eau de l'atmosphère et de la croûte terrestre provient de l'eau de mer salée de l'océan mondial, tandis que l'eau douce ne représente que 2,5% du total. Parce que les océans, qui couvrent environ 78% de la surface de la Terre, reflètent la lumière bleue, la Terre apparaît bleue de l'espace et est souvent appelée la planète bleue et le Point bleu pâle. On estime que 1,5 à 11 fois la quantité d'eau dans les océans se trouve à des centaines de kilomètres de profondeur à l'intérieur de la Terre, mais pas sous forme liquide.

La lithosphère océanique est jeune, mince et dense, sans qu'aucune des roches ne soit plus ancienne que la décomposition de la Pangée. Comme l'eau est beaucoup plus dense que n'importe quel gaz, cela signifie que l'eau coule dans les «dépressions» formées par la forte densité de la croûte océanique. (Sur une planète comme Vénus, sans eau, les dépressions semblent former une vaste plaine au-dessus de laquelle s'élèvent des plateaux). Comme les roches de faible densité de la croûte continentale contiennent les grandes quantités de sels facilement érodables des métaux alcalins et alcalino-terreux, le sel s’est accumulé dans les océans au cours des milliards d’années, résultat de l’évaporation de l’eau qui ramène l’eau douce sous forme de pluie et de neige.

En conséquence, la plus grande partie de l’eau sur Terre est considérée comme une eau salée, avec une salinité moyenne de 35‰ (ou 3,5%, soit environ 34 grammes de sels dans 1 kg d’eau de mer), bien que cela varie légèrement en fonction de la quantité de ruissellement reçu des terres environnantes. Au total, l’eau des océans et des mers marginales, les eaux souterraines salines et l’eau des lacs fermés contenant une solution saline représentent plus de 97% de l’eau sur Terre, bien qu’aucun lac fermé ne contienne une quantité d’eau importante. Les eaux souterraines salines sont rarement prises en compte sauf lors de l'évaluation de la qualité de l'eau dans les régions arides.

Le reste des eaux de la Terre constitue la ressource en eau douce de la planète. En règle générale, l’eau douce est définie comme une eau dont la salinité est inférieure à 1% de celle des océans - c’est-à-dire inférieure à environ 0,35 ‰. L'eau avec une salinité comprise entre ce niveau et 1 ‰ est généralement appelée eau marginale car elle est marginale pour de nombreuses utilisations par l'homme et les animaux. Le rapport de l'eau salée à l'eau douce sur Terre est d'environ 40 à 1.

L'eau douce de la planète est également très inégalement répartie. Bien que dans les périodes chaudes telles que le Mésozoïque et le Paléogène quand il n’y avait pas de glaciers sur la planète, toute l’eau douce se trouvait dans les rivières et les ruisseaux, aujourd'hui la plus grande partie de l’eau douce est constituée de glace, neige, eau souterraine et humidité du sol, 0,3 sous forme liquide à la surface. De l'eau douce de surface liquide, 87% sont contenus dans des lacs, 11% dans des marécages et seulement 2% dans des rivières. De petites quantités d'eau existent également dans l'atmosphère et chez les êtres vivants. Parmi ces sources, seule l'eau de rivière est généralement valorisable.

La plupart des lacs se trouvent dans des régions très inhospitalières telles que les lacs glaciaires du Canada, le lac Baïkal en Russie, le lac Khövsgöl en Mongolie et les Grands Lacs africains. Les Grands Lacs d'Amérique du Nord, qui contiennent 21% de l'eau douce mondiale en volume,[1][2][3] sont l'exception. Ils sont situés dans une région hospitalière, fortement peuplée. Le bassin des Grands Lacs abrite 33 millions de personnes.[4] Les villes canadiennes de Toronto, Hamilton, Ontario, St. Catharines, Niagara, Oshawa, Windsor et Barrie, et les villes américaines de Duluth, Milwaukee, Chicago, Gary, Détroit, Cleveland, Buffalo et Rochester, sont toutes situées sur rives des Grands Lacs.

Bien que le volume total des eaux souterraines soit connu pour être beaucoup plus important que celui des eaux de ruissellement, une grande partie de ces eaux souterraines est salée et devrait donc être classée avec l’eau salée ci-dessus. Il y a aussi beaucoup d'eau souterraine fossile dans les régions arides qui n'a jamais été renouvelée depuis des milliers d'années. Cela ne peut être considéré comme une eau renouvelable.

Cependant, les eaux douces souterraines sont d'une grande valeur, en particulier dans les pays arides tels que l'Inde. Sa distribution est globalement similaire à celle des eaux de rivière de surface, mais elle est plus facile à stocker dans les climats chauds et secs, car les réservoirs d’eau souterraine sont beaucoup plus protégés de l’évaporation que ne le sont les barrages. Dans des pays tels que le Yémen, les eaux souterraines provenant de précipitations irrégulières pendant la saison des pluies constituent la principale source d'eau d'irrigation.

Étant donné que la recharge des eaux souterraines est beaucoup plus difficile à mesurer que le ruissellement de surface, les eaux souterraines ne sont généralement pas utilisées dans les zones où même des niveaux d'eau de surface relativement limités sont disponibles. Même aujourd'hui, les estimations de la recharge totale des eaux souterraines varient considérablement pour la même région en fonction de la source utilisée et des cas où les eaux souterraines fossiles sont exploitées au-delà du taux de recharge (y compris l'aquifère Ogallala).[5]) sont très fréquents et presque toujours pas sérieusement considérés lors de leur développement..

Distribution d'eau salée et d'eau douce

Le volume total d'eau sur Terre est estimé à 1.386 milliard de km³ (333 millions de miles cubes), 97,5% étant de l'eau salée et 2,5% de l'eau douce. De l'eau douce, seulement 0,3% est sous forme liquide à la surface.[6][7][8] De plus, le manteau inférieur de l'intérieure terre peut contenir jusqu'à cinq fois plus d'eau que toutes les eaux de surface combinées (tous les océans, tous les lacs et toutes les rivières)[9].

Source d'eau. Volume d'eau
en km³ (cu mi) 		% total
water 		% salt
water 		% fresh
water 		% liquid surface
fresh water
Oceans 1 338 000 000 kilomètres cubes (321 003 270,97861 milles cubes) 96.5 99.0
Pacific Ocean 669 880 000 kilomètres cubes (160 712 758,71685 milles cubes) 48.3 49.6
Atlantic Ocean 310 410 900 kilomètres cubes (74 471 535,311968 milles cubes) 22.4 23.0
Indian Ocean 264 000 000 kilomètres cubes (63 336 968,264837 milles cubes) 19.0 19.5
Southern Ocean 71 800 000 kilomètres cubes (17 225 736,065967 milles cubes) 5.18 5.31
Arctic Ocean 18 750 000 kilomètres cubes (4 498 364,2233549 milles cubes) 1.35 1.39
Ice and snow 24 364 000 kilomètres cubes (5 845 234,450017 milles cubes) 1.76 69.6
Glaciers 24 064 000 kilomètres cubes (5 773 260,6224433 milles cubes) 1.74 68.7
Antarctic ice sheet 21 600 000 kilomètres cubes (5 182 115,5853048 milles cubes) 1.56 61.7
Greenland ice sheet 2 340 000 kilomètres cubes (561 395,85507469 milles cubes) 0.17 6.68
Arctic islands 83 500 kilomètres cubes (20 032,71534134 milles cubes) 0.006 0.24
Mountain ranges 40 600 kilomètres cubes (9 740,4579983045 milles cubes) 0.003 0.12
Ground ice and permafrost 300 000 kilomètres cubes (71 973,827573678 milles cubes) 0.022 0.86
Groundwater 23 400 000 kilomètres cubes (5 613 958,5507469 milles cubes) 1.69
Saline groundwater 12 870 000 kilomètres cubes (3 087 677,2029108 milles cubes) 0.93 0.95
Fresh groundwater 10 530 000 kilomètres cubes (2 526 281,3478361 milles cubes) 0.76 30.1
Soil moisture 16 500 kilomètres cubes (3 958,5605165523 milles cubes) 0.0012 0.047
Lakes 176 400 kilomètres cubes (42 320,610613323 milles cubes) 0.013
Saline lakes 85 400 kilomètres cubes (20 488,54958264 milles cubes) 0.0062 0.0063
Caspian Sea 78 200 kilomètres cubes (18 761,177720872 milles cubes) 0.0056 0.0058
Other saline lakes 7 200 kilomètres cubes (1 727,3718617683 milles cubes) 0.00052 0.00053
Fresh water lakes 91 000 kilomètres cubes (21 832,061030682 milles cubes) 0.0066 0.26 87.0
African Great Lakes 30 070 kilomètres cubes (7 214,1766504684 milles cubes) 0.0022 0.086 28.8
Lake Baikal 23 615 kilomètres cubes (5 665,5397938414 milles cubes) 0.0017 0.067 22.6
North American Great Lakes 22 115 kilomètres cubes (5 305,670655973 milles cubes) 0.0016 0.063 21.1
Other fresh water lakes 15 200 kilomètres cubes (3 646,6739303997 milles cubes) 0.0011 0.043 14.5
Atmosphere 12 900 kilomètres cubes (3 094,8745856682 milles cubes) 0.00093 0.037
Swamps 11 470 kilomètres cubes (2 751,7993409003 milles cubes) 0.00083 0.033 11.0
Rivers 2 120 kilomètres cubes (508,61504818733 milles cubes) 0.00015 0.0061 2.03
Biological water 1 120 kilomètres cubes (268,7022896084 milles cubes) 0.000081 0.0032

Distribution d'eau de rivière.

Le volume total d'eau dans les rivières est estimé à 2120 km³ (510 miles cubes), soit 2% de l'eau douce de surface sur Terre[6]. Les rivières et les bassins sont souvent comparés non pas en fonction de leur volume statique, mais de leur écoulement d'eau ou de surface. La répartition des eaux de ruissellement sur la surface de la Terre est très inégale.

Continent ou région. Ruissellement des rivières (km³/year). Pourcentage du total mondial.
North America 7800 17.9
South America 12000 27.6
Europe 2900 6.7
Middle East and North Africa 140 0.3
Sub-Saharan Africa 4000 9.2
Asia (excluding Middle East) 13300 30.6
Australia 440 1.0
Oceania 6500 14.9

Il peut y avoir d'énormes variations dans ces régions. Par exemple, un quart de l'approvisionnement en eau douce renouvelable limité à l'Australie se trouve dans la péninsule du Cap York, presque inhabitée[10]. En outre, même dans les continents bien arrosés, il existe des zones extrêmement dépourvues d’eau, telles que le Texas en Amérique du Nord, dont l’approvisionnement en eau renouvelable s’élève à seulement 26 km³ / an sur une superficie de 695 622 km²,  ou l'Afrique du Sud, avec seulement 44 km³ / an en 1 221 037 km².[10] Les zones les plus concentrées en eau renouvelable sont:

Surface, volume et profondeur de l'océan mondial

Plan d'eau Région (106 km2) Volume (106 km3) Mean Depth (m)
océan Atlantique. 82.4 323.6 3,926
océan Pacifique. 165.2 707.6 4,282
océan Indien. 73.4 291.0 3,963
Tous les océans et les mers. 361 1,370 3,796

Variabilité de la disponibilité de l'eau

La variabilité de la disponibilité de l'eau est importante à la fois pour le fonctionnement des espèces aquatiques et pour la disponibilité en eau à usage humain: une eau disponible uniquement en quelques années humides ne doit pas être considérée comme renouvelable. Étant donné que la plupart des écoulements mondiaux proviennent de zones à très faible variabilité climatique, le ruissellement global est généralement peu variable.

En effet, même dans la plupart des zones arides, il y a peu de problèmes de variabilité du ruissellement car les sources d’eau les plus utilisables proviennent des régions de haute montagne qui fournissent une fonte très fiable des glaciers comme principale source d'eau. Cela a aidé historiquement le développement de nombreuses grandes civilisations de l’histoire ancienne, et permet encore aujourd'hui l'agriculture dans des zones productives telles que la vallée de San Joaquin.

Cependant, en Australie et en Afrique australe, l’histoire est différente. Ici, la variabilité du ruissellement est beaucoup plus élevée que dans les autres régions continentales du monde avec des climats similaires[11]. Les climats typiquement tempérés (classification climatique de Köppen C) et arides (classification climatique de Köppen B) en Australie et en Afrique australe ont jusqu'à trois fois le coefficient de variation de ruissellement de ceux des autres régions continentales[12]. La raison en est que, alors que tous les autres continents ont vu leurs sols largement façonnés par la glaciation et le façonnement des montagnes du Quaternaire, les sols d’Australie et d’Afrique australe ont été largement altérés depuis au moins le Crétacé inférieur et généralement depuis la période glaciaire du Carbonifère.  Par conséquent, les niveaux de nutriments disponibles dans les sols australiens et sud-africains sont généralement moins élevés que ceux des climats similaires des autres continents, et la flore native compensent cela par des densités d’enracinement beaucoup plus élevées (e.g.racine protéoïde). Comme ces racines absorbent beaucoup d’eau, le ruissellement dans les rivières typiques d’Australie et d’Afrique du Sud ne se produit que pour des précipitations d'environ 300 mm (12 pouces). Dans d'autres continents, le ruissellement se produira après des pluies assez faibles dues aux faibles densités d'enracinement.

Type de climat (Köppen[13]) Pluviométrie annuelle Ratio de ruissellement typique
pour l'Australie et l'Afrique du Sud 		Ratio de ruissellement typique
pour le reste du monde
BWh 250 mm (10 pouces) 1% (2.5 mm) 10%(25 mm)
BSh (sur la frange Méditerranée) 350 mm (14 pouces) 3% (12 mm) 20% (80 mm)
Csa 500 mm (20 pouces) 5% (25 mm) 35% (175 mm)
La Caf 900 mm (36 pouces) 15% (150 mm) 45% (400 mm)
Cb 1100 mm (43 pouces) 25% (275 mm) 70% (770 mm)

La conséquence en est que de nombreuses rivières en Australie et en Afrique australe (par rapport à un très faible nombre sur d’autres continents) sont théoriquement impossibles à réguler, parce que les taux d'évaporation des barrages, signifiant un stockage suffisamment grand pour réguler théoriquement la rivière à un niveau donné, ne permettrait en fait d'utiliser très peu de tirant d'eau. Parmi ces rivières, citons celles du bassin du lac Eyre. Même pour les autres fleuves australiens, un stockage trois fois plus important est nécessaire pour fournir un tiers de l’offre d’un climat comparable dans le sud-est de l’Amérique du Nord ou le sud de la Chine. Elle affecte également la vie aquatique, favorisant fortement les espèces capables de se reproduire rapidement après des crues élevées, de sorte que certaines survivront à la prochaine sécheresse.

En revanche, les rivières climatiques tropicales (classification climatique de Köppen A) en Australie et en Afrique australe ne présentent pas de taux de ruissellement nettement inférieurs à ceux des climats similaires dans d’autres régions du monde. Bien que les sols de l'Australie tropicale et de l'Afrique australe soient encore plus pauvres que ceux des régions arides et tempérées de ces continents, la végétation peut utiliser le phosphore ou le phosphate organique dissous dans l'eau de pluie comme source de nutriment. Dans les climats plus froids et plus secs, ces deux sources ont tendance à être pratiquement inutiles, ce qui explique pourquoi de tels moyens spécialisés sont nécessaires pour extraire le phosphore le plus minimal possible.

Il existe d'autres zones isolées de grande variabilité de ruissellement, mais celles-ci sont essentiellement dues à des précipitations irrégulières plutôt qu'à des hydrologies différentes. Ceux-ci inclus:[12].

L'eau dans le manteau de la terre

On estime que l’intérieur de la Terre [14] contient de 1,5 à 11 fois plus d’eau dans les océans, et certains scientifiques ont émis l’hypothèse que l’eau du manteau fait partie d’un «cycle de l’eau de la Terre entière»[15].  L'eau dans le manteau est dissoute dans divers minéraux près de la zone de transition entre le manteau supérieur et inférieur de la Terre. À des températures de 1 100 ° C (2 010 ° F) et des pressions extrêmes retrouvées profondément sous terre, l'eau se décompose en hydroxyles et en oxygène[16]. L'existence de l'eau a été prédite expérimentalement en 2002[17], et des preuves directes de l'eau ont été trouvées en 2014 sur la base de tests sur un échantillon de ringwoodite[18]. Des preuves supplémentaires de grandes quantités d'eau dans le manteau ont été trouvées dans les observations de la fusion dans la zone de transition du projet USArray[19]. L'eau liquide n'est pas présente dans le ringwoodite, mais les composants de l'eau (hydrogène et oxygène) sont retenus comme ions hydroxyde..

See also

References

  1. ↑ « Great Lakes – U.S. EPA », Epa.gov, (consulté le )
  2. ↑ « LUHNA Chapter 6: Historical Landcover Changes in the Great Lakes Region » [archive du ], Biology.usgs.gov, (consulté le )
  3. ↑ (en) Fereidoun Ghassemi, Inter-basin water transfer, Cambridge, Cambridge University Press, (ISBN 0-521-86969-2)
  4. ↑ « Archived copy » [archive du ] (consulté le )
  5. ↑ Reisner, Marc; Cadillac Desert: The American West and its Disappearing Water; pp. 438-442. (ISBN 0-14-017824-4)
  6. ↑ a et b Where is Earth's water?, United States Geological Survey.
  7. ↑ Eakins, B.W. and G.F. Sharman, Volumes of the World's Oceans from ETOPO1, NOAA National Geophysical Data Center, Boulder, CO, 2010.
  8. ↑ Water in Crisis: Chapter 2, Peter H. Gleick, Oxford University Press, 1993.
  9. ↑ Ben Harder, « Inner Earth May Hold More Water Than the Seas », National Geographic (consulté le )
  10. ↑ a et b Brown, J. A. H.; Australia’s surface water resources. (ISBN 978-0-644-02617-8).
  11. ↑ McMahon, T.A. and Finlayson, B.L.; Global Runoff: Continental Comparisons of Annual Flows and Peak Discharges. (ISBN 3-923381-27-1).
  12. ↑ a et b Peel, Murray C., McMahon, Thomas A. et Finlayson, Brian L., « Continental differences in the variability of annual runoff: update and reassessment », Journal of Hydrology, vol. 295, nos 1–4,‎ , p. 185–197 (DOI 10.1016/j.jhydrol.2004.03.004, Bibcode 2004JHyd..295..185P)
  13. ↑ This section uses a slightly modified version of the Köppen system found in The Times Atlas of the World, 7th edition. (ISBN 0-7230-0265-7)
  14. ↑ Crocket, Christopher, « Quest to trace origin of Earth’s water is ‘a complete mess’ », Science News, (consulté le )
  15. ↑ Melissa Davey, « Earth may have underground 'ocean' three times that on surface », The Guardian, (consulté le )
  16. ↑ « Earth found hiding huge reservoirs of water 400 miles below...but not water as we know it : SCIENCE : Tech Times », Tech Times, (consulté le )
  17. ↑ Ben Harder, « Inner Earth May Hold More Water Than the Seas », National Geographic, (consulté le )
  18. ↑ Becky Oskin, « Rare Diamond Confirms That Earth's Mantle Holds an Ocean's Worth of Water », Scientific American, (consulté le )
  19. ↑ HENRY FOUNTAIN, « The Earth’s Hidden Ocean », New York Times, (consulté le )

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