水圏

水圏（古代ギリシャ語のὕδωρ（húdōr）「水」とσφαῖρα（sphaîra）「球体」に由来）^{[ 1 ] [ 2 ]}は、惑星、小惑星、または自然衛星の表面上、下、および上空に存在する水の総体です。地球の水圏は約40億年前から存在していますが^{[ 3 ] [ 4 ]}、その形状は変化し続けています。これは、海底拡大と大陸移動によって引き起こされ、陸地と海洋が再配置されます^{[ 5 ] 。}  

地球上には 13億8600 万立方キロメートル (3億3300 万立方マイル) の水があると推定されています。 ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}これには、土壌水分、地殻 (深さ 2 km まで) の地下水および永久凍土として気体、液体、凍結した形態の水、海洋、湖、河川、湿地、氷河、地表の氷と雪の被覆、空気中の蒸気、液滴、結晶、生物圏の植物、動物、単細胞生物の一部が含まれます。この量の 97.5% は海水で、淡水はわずか 2.5% です。この淡水のうち、68.9% は北極、南極、山岳氷河の氷と永久雪の被覆の形で存在し、30.8% は淡地下水の形で存在します。また、地球上の淡水のわずか0.3%しか容易にアクセスできる湖、貯水池、河川系には存在しない。^{[ 9 ]} 

地球の水圏の総質量は約 1.4 × 10 ¹⁸トンで、これは地球の総質量の約 0.023% です。任意の時点で、このうち約 2 × 10 ^13トンが地球の大気中の水蒸気の形で存在します(実際には、1 立方メートルの水は 1 トンの重さです)。地球の表面の約 71%、約 3億6100 万平方キロメートル (1億​​3950 万平方マイル) は海洋で覆われています。地球の海洋の平均塩分濃度は、海水 1 キログラムあたり約 35グラムの塩(3.5%)です。 ^{[ 10 ]} 

メリアム・ウェブスターによると、hydrosphere という単語は 1887 年に英語に取り入れられ、エドゥアルト・ズースによって導入されたドイツ語hydrosphäreを翻訳したものである。^{[ 11 ]}

水循環とは、水がある状態または貯水池から別の状態または貯水池へ移動することを意味します。貯水池には、大気中の水分（雪、雨、雲）、小川、海洋、河川、湖、地下水、地下帯水層、極地の氷冠、飽和土壌が含まれます。太陽エネルギー（熱と光（日射）の形）と重力によって、数時間から数千年の期間にわたって、水がある状態から別の状態へ移動します。蒸発の大部分は海洋から起こり、雪または雨として地球に戻ります。^{[ 12 ]： 27}昇華とは、雪と氷からの蒸発を指します。蒸散とは、樹木の微細な孔または気孔を通して水が放出されることを指します。蒸発散とは、蒸散、昇華、蒸発の 3 つのプロセスをまとめて指すために水文学者が使用する用語です。 ^{[ 12 ]}

マルク・ド・ヴィリエは、水圏を水が存在する閉鎖系と表現した。水圏は複雑で、相互依存的で、遍在し、安定しており、「生命を調節するために特別に作られたように見える」^{[ 12 ]： 26。}ド・ヴィリエは、「地球上の水の総量は、地質時代からほぼ確実に変化していない。当時あった水は今も存在する。水は汚染され、乱用され、誤用される可能性があるが、創造も破壊もされず、ただ移動するだけである。水蒸気が宇宙に逃げるという証拠はない」と主張した^{[ 12 ]： 26 。}

毎年、地球上の水の循環量は577,000 km ³です。これは、海洋表面からの蒸発量 (502,800 km ³ ) と陸地からの蒸発量 (74,200 km ³ ) です。同量の水が降水として降り注ぎ、海洋では458,000 km ^{3 、陸地では 119,000 km 3}です。降水量と陸地表面からの蒸発量の差 (119,000 - 74,200 = 44,800 km ³ / 年) は、地球の河川の総流出量 (42,700 km ³ / 年) と海洋への直接的な地下水流出量 (2100 km ³ / 年) を表しています。これらは、生命維持に必要な水や人間の経済活動を支える淡水の主要な供給源です。^{[ 9 ]}

水は生命の基本必需品です。地球の3分の2が水で覆われているため、地球は青い惑星、水の惑星とも呼ばれています。^{[注1 ]}水圏は、現在の大気の存在において重要な役割を果たしています。この点で海洋は重要です。地球が形成されたとき、現在の水星の大気に似た、水素とヘリウムが豊富な非常に薄い大気しかありませんでした。その後、水素とヘリウムのガスは大気から放出されました。地球が冷えるにつれて放出されたガスと水蒸気が現在の大気になりました。火山から放出された他のガスと水蒸気も大気に入りました。地球が冷えるにつれて、大気中の水蒸気が凝結して雨として降りました。大気中の二酸化炭素が雨水に溶け込むと、大気はさらに冷えました。その結果、さらに水蒸気が凝結して雨として降りました。この雨水が地球表面の窪地を満たし、海洋を形成しました。これは約40億年前に起こったと推定されています。最初の生命体は海洋で誕生しました。これらの生物は酸素を呼吸していませんでした。その後、シアノバクテリアが進化すると、二酸化炭素を食物と酸素に変換するプロセスが始まりました。その結果、地球の大気は他の惑星とは明らかに異なる組成となり、地球上で生命が進化することが可能になりました。

人間の活動は水循環に影響を与えてきました。ダムなどのインフラは、水の流れを遮断したり方向を変えたりすることで、水循環に明確かつ直接的な影響を与えています。人間が引き起こした汚染は、一部の水系の生物地球化学的サイクルを変化させ、気候変動は気象パターンを大きく変えてきました。^{[ 13 ]}農業、州および家庭での使用、インフラのために、取水量は指数関数的に増加しています。^{[ 14 ]}

イゴール・A・シクロマノフによれば、海洋水の完全な補充と再充填には2500年、永久凍土と氷には10000年、深層地下水と山岳氷河には1500年、湖には17年、河川には16日かかる。^{[ 9 ]}

「特定水利用可能性とは、一人当たりの（使用後の）淡水残量のことです。」^{[ 9 ]}淡水資源は空間的にも時間的にも不均等に分布しており、同じ地域でも数か月以内に洪水から水不足に陥ることがあります。1998年には、全人口の76%が一人当たり年間5,000 m³未満の特定水利用可能性でした^。 1998年までにすでに世界人口の35%が「非常に低い、または壊滅的に低い水供給」に苦しんでおり、シクロマノフは21世紀には状況が悪化し、2025年までに「地球人口の大部分が水供給が低い、または壊滅的に低い状況で生活する」と予測しました。水圏の水のわずか2.5%が淡水であり、そのうち私たちが利用できるのはわずか0.25%です。

現代人の活動は水圏に劇的な影響を与えています。例えば、水路変更、人間の開発、汚染はすべて水圏とその内部の自然プロセスに影響を与えています。人間は前例のない速度で帯水層から水を汲み上げ、河川を迂回させています。オガララ帯水層は米国で農業に利用されています。この帯水層が枯渇すると、200億ドル以上の食料と繊維が世界の市場から消えることになります。^{[ 15 ]}帯水層は補充されるよりもはるかに速い速度で枯渇しているため、最終的には帯水層は枯渇します。さらに、ダム、堤防、水力発電、生息地の劣化の広範な使用により、河川の3分の1だけが自由に流れています。 ^{[ 16 ]}過剰な水の使用は、間欠河川の乾燥化も引き起こしており、間欠河川は水の浄化と生息地にとって非常に重要であるため、これは危険です。^{[ 17 ]}人間が水圏に影響を与えるその他の方法としては、富栄養化、酸性雨、海洋酸性化などがあります。人間はまた、水圏の健全性に依存しています。水圏は、給水、航行、漁業、農業、エネルギー、レクリエーションなどに利用されています。^{[ 18 ]}

• 地下水 - USGS ( 2008年5月9日アーカイブ、Wayback Machineに保存)