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地球的地下水抽完了怎么办?

2019-09-11  爱雅阁

相信许多人都看过下面这张图片:它第一次直观地告诉了我们地球上的水看起来是如此之少。

地球的地下水抽完了怎么办?

地球上的水资源,图自美国地质调查局

是不是很不可思议?我们这颗巨大的蓝色星球、我们引以为骄傲的、占据地球表面积71%的广阔海洋,所有的水加起来才这么小一滴!

淡水资源很少

先别忙着吃惊,其实我们地球非常地大,相比之下这“一滴水”实际并不少,它的体积有1386000000km³也就是接近14亿立方公里那么多。只不过这些都是海水,其中含有大量的盐和其它矿物质,除了航海我们很难利用它做太多的事情。

我们需要淡水,这是人类和许多其他生命形式生存所必需的物质。

地球上液体淡水资源有多少呢?在图片上,它是这个大水滴旁边的那一颗“小水珠”,这看起来比海水要少多了,它包括地下水、湖泊、河流和沼泽水。地球上淡水资源中有99%都是地下水,其中绝大部分我们都无法取得,江河湖泊中的水相比之下要更少,在这个图里它只是个微不足道的一个小点:

地球的地下水抽完了怎么办?

地球上的淡水资源

是不是很奇怪:这个小点与它旁边的北美“五大湖”相比实在是太小,有一种不真实的感觉。事实上这个“小点”的体积有93113立方公里,而五大湖中的密歇根湖的平均深度只有91米。

不管怎么样,将9.3万立方公里的地表淡水资源分布到世界各地的江河湖泊之中,还是显得十分珍贵的。有的地方水流充沛,有些地方滴水贵如油,地表没有水,人们只能从地下开采。

地球的地下水抽完了怎么办?

地球上水的比例关系

地球水循环

从上一节的数据我们可以看出,地球上的淡水资源比例很少,地表江河湖泊中可利用的淡水资源更是少之又少。但我们不必担心这些淡水哪一天被用完,因为水始终在循环着,淡水永远是用不完的

地球上所有的水都很古老,它们甚至比地球本身更早形成,并且地球上水的总量是基本恒定的。当水随着早期火山的喷发被岩浆带到地球表面之后,其中的绝大部分都在地面不断地循环,这个循环没有起点,也不会有终结。为了方便起见,我们还是从大海开始,简单讲一讲水的循环。

地球的地下水抽完了怎么办?

地球水循环简图

太阳的热能驱动水循环,它加热海洋中的水,将其中一些蒸发到空气中,地面的冰雪可以直接升华为水蒸气。不断上升的气流将海洋、冰川、土壤、江河以及动植物蒸发的水带入大气,高空较冷的温度使其凝结成云。

地球的地下水抽完了怎么办?

卫星图片显示地球大气层的水气流动

云层随着气流在全球范围内移动,云粒子碰撞,生长,并随着降水而从天而降。有些降水是雪,如果积聚在冰盖和冰川上可以储存数千年,而在温暖的气候下积雪通常在春天到来时融化,融化的水流向陆地。

地球的地下水抽完了怎么办?

积雪融化

大多数降水会回落到海洋或陆地上,由于重力作用,降水会作为地表径流流过地面。一部分径流进入河流,溪流将水流向海洋,另一些淡水会在湖泊中储存起来。然而,并非所有径流都流入河流,其中大部分会渗透到地下,一些深入地下的含水层会长时间储存大量淡水。

一些向地下渗透的水会停留在地表附近,它们作为地下水排放渗入河湖海洋;一些地下水在地表找到开口并形成淡水泉。随着时间的推移,所有这些水都在不断移动,一部分水重新进入海洋,水循环“结束”。我的意思是,它又“开始”了一轮新的循环。

地球的地下水抽完了怎么办?

趵突泉就是地下水的循环

地下水的利用

地球上的水很多,淡水尽管相比很少,由于它始终在循环,总体上淡水是用不完的。问题在于在地表水资源的分布并不均衡,有些地方水量充沛,有的地方却没有淡水可用,人们不得不挖地三百尺,从地下寻找淡水。

在农家小院里,我们经常可以见到这样的压水井,利用杠杆的原理,我们能够很方便地从地下抽取淡水,用于生活、饮用和灌溉。

地球的地下水抽完了怎么办?

压水井

我们脚下有流动的河流吗?有,但很少。绝大多数地下水都在岩石和地下物质之间的空隙里,它更像海绵中的水。在地表以下的一定深度处,土壤和岩石颗粒之间的空间完全被水填充,从而形成含水层,如果我们在这个含水层打一口井,就可以抽取地下水。

地球的地下水抽完了怎么办?

地下水流向以及水井

我们能开采多少地下水,一方面取决于地下含水层的储水量,同时也取决于含水层的渗透率。如上图所示,地下水运动的方向和速度取决于含水层的各种特征和地下岩石的限制层(水难以穿透的地方)。在地下移动的水受渗透率(水移动的难易程度)以及地下岩石的孔隙度(材料中的开放空间量)影响。如果岩石具有允许水相对自由地通过它的特性,那么地下水可以在几天内移动很长的距离。若地下水沉入更深层的含水层,就需要数千年的时间才能回到地表环境,甚至变成“化石水”。

过量开采地下水的危害

地下含水层能够得到及时有效的补充,那么开采地下水就是可持续的,否则将造成危害甚至是严重的灾害。

沙特阿拉伯就碰到了麻烦。上世纪80年代,沙特决定发展自己的农业,土豪们要把饭碗端在自己手里,决定用现代化的方法种植小麦。他们在沙漠中央建设了许多巨大的圆形灌溉系统,同时抽取地下水来浇灌农作物。

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沙特巨大的圆形灌溉系统

尽管沙特人意识到淡水的宝贵,他们运用先进的自动化节水喷灌技术来浇灌麦子,但无奈沙特是个极度缺水的国家,土地蒸发量又极大,其地表淡水总量仅20亿立方米,农业灌溉用水1990年就超过了300亿吨。浅层地下水抽完了不得不打更深的井,一直打到地下1千米深的古老“化石水”层。到2012年,沙特人将他们不可再生的地下水消耗了总储量的80%,农业经济面临崩溃,2016年,沙特彻底终止小麦种植,回到以石油换粮食的老路上去了

地球的地下水抽完了怎么办?

沙特农业灌溉面积的发展造成地下水资源灾难性消耗

超量开采地下水的地方往往是因为地表降水量少,极少的降水量导致地表径流少,可以补充进地下的水量自然也少,当经济发展需要更多淡水资源时,人们自然会想到开采地下水。浅层的地下水被抽干如不能得到及时补充,地下水位会下降,人们会打更深的井,抽取更深处的水。我们知道,越深处的地下水补充越困难,而将土壤岩石空隙中的水抽取之后,地层会在重力之下发生塌陷,大范围的地面沉降将对城市地面基础设施造成灾难性的影响。

地球的地下水抽完了怎么办?

地质塌陷造成深坑

总结

地球上有近14亿立方公里的水,其中海水和咸水占据了其中绝大部分;98%以上的淡水或处于地球两极的冰盖或深埋于地下,因此我们对地表有限的淡水资源应当加以珍惜。

地球上的水一直在不停地循环,其中一部分在海洋、大气和地表流转,另一部分会进入地下成为地下水,地下水中的大部分最终会汇入海洋。

由于地球各个地区的气候条件差异巨大,一些地方极为干旱,不得不开采地下水以满足生产生活需要。对地下水的开采应该符合科学规律,如果地下水过量开采又长期得不到循环补充,将酿成严重的后果。

地球的地下水抽完了怎么办?

地下水自然补充和人工补给

地下淡水资源总量比河流湖泊多百倍,但由于地下含水层之间往往无法很好连通,超量开采地下水有可能导致相应区域地下水资源枯竭、地下空洞和地表塌陷;还可能导致地表土壤盐渍化、地下水质污染等严重后果,因此我们也应该同时珍惜和科学利用地下水资源。

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