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地球の大気と地殻にある水の大部分は塩水に由来し、淡水は全体の約 1% を占めるに過ぎません。地球上の水の大部分は塩水または塩水であり、平均塩分濃度は 35‰ (または 3.5%、海水 1 kg あたり約 34 グラムの塩分に相当) ですが、これは周囲の陸地から流入する水の量によって若干変動します。海洋や縁海、塩水地下水、塩水閉鎖湖からの水を合わせると、地球上の水の 97% 以上を占めますが、閉鎖湖で地球規模で重要な量の水を貯蔵しているものはありません。塩水地下水は、乾燥地域の水質を評価する場合を除いて、ほとんど考慮されません。
地球上の残りの水は、地球の淡水資源を構成しています。一般的に、淡水は、海洋の塩分濃度の1%未満、つまり約0.35‰以下の水と定義されます。このレベルから1‰までの塩分濃度の水は、人間や動物による多くの用途には適さないため、一般的に限界水と呼ばれます。地球上の海水と淡水の比率は約50：1です。
地球上の淡水は非常に不均一に分布している。中生代や古第三紀のような温暖な時代には、地球上のどこにも氷河は存在せず、すべての淡水は河川や小川に存在していたが、今日では淡水の大部分は氷、雪、地下水、土壌水分として存在し、地表に液体として存在する淡水はわずか0.3%に過ぎない。地表に存在する液体の淡水のうち、87%は湖に、11%は沼地に、そしてわずか2%が河川に含まれている。また、大気中や生物体内にも少量の水が存在する。
地下水の総量は河川流出量よりもはるかに多いことが知られているが、その大部分は塩水であるため、上記の塩水として分類されるべきである。また、乾燥地帯には数千年もの間更新されていない化石地下水が大量に存在しており、これは再生可能な水とはみなすべきではない。
地球上の水の総量は13億8600万km³（3億3300万立方マイル）と推定されており、そのうち97.5%が海水、2.5%が淡水である。淡水のうち、地表に液体として存在するものはわずか0.3%である。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
地球の表面積の約70.8%を占める海洋は青い光を反射するため、宇宙から見ると地球は青く見え、しばしば「青い惑星」や「淡い青い点」と呼ばれています。湖や川などの淡水は地球の表面の約1%を覆っており[ 5 ]、地球の氷の覆いと合わせると、地球の表面の75%は水で覆われています[ 6 ] 。
地球上の湖の総水量は 199,000 km 3です。[ 7 ]ほとんどの湖は、人口密集地から遠く離れた高緯度北緯に位置しています。[ 8 ] [ 9 ]世界の淡水の体積の 21% を占める北米の五大湖は例外です。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]五大湖流域には 3,500 万人以上が居住しています。[ 13 ]カナダのサンダーベイ、セントキャサリンズ、ハミルトン、トロント、オシャワ、キングストン、および米国のデトロイト、ダルース、ミルウォーキー、シカゴ、ゲーリー、クリーブランド、バッファロー、ロチェスターの各都市はすべて五大湖水系の岸辺に位置しています。
淡水地下水は、特に中国のような乾燥地帯では非常に貴重な資源です。その分布は地表河川水とほぼ同様ですが、ダムよりも蒸発の影響を受けにくいため、高温乾燥地帯でも貯水しやすいという利点があります。イエメンのような国では、雨季の不規則な降雨による地下水が主要な灌漑用水源となっています。
地下水涵養は地表流出よりも正確に測定するのがはるかに難しいため、地表水がかなり限られている地域でも、一般的には地下水は利用されません。今日でも、同じ地域でも使用する水源によって地下水涵養の総量の推定値は大きく異なり、涵養率を超えて化石地下水が利用されるケース（オガララ帯水層[ 14 ]を含む）は非常に多く、開発当初はほとんどの場合真剣に検討されていませんでした。
河川の総水量は2,120 km 3 (510 mi 3 )と推定され、これは地球上の表面淡水の 0.49% に相当します。[ 2 ]河川や流域は、静的な水量ではなく、水の流れ、つまり表面流出量に基づいて比較されることがよくあります。地球表面における河川流出量の分布は非常に不均一です。
これらの地域内にも大きなばらつきがある。例えば、オーストラリアの限られた再生可能な淡水資源の4分の1は、ほとんど人が住んでいないケープヨーク半島にある。[ 15 ]また、水資源が豊富な大陸であっても、水が極端に不足している地域もある。例えば、北米のテキサス州では、695,622 km2の面積で再生可能な水資源の総量は年間わずか26 km3であり、南アフリカでは 1,221,037 km2の面積で年間わずか 44 km3 である。 [ 15 ]再生可能な水資源が最も集中している地域は以下のとおりである。
海洋地殻は若く、薄く、密度が高く、その中の岩石はどれもパンゲア大陸の分裂よりも古いものは存在しない。水はあらゆる気体よりもはるかに密度が高いため、海洋地殻の高密度によって形成された「窪地」に水が流れ込むことになる（金星のように水のない惑星では、窪地は広大な平原を形成し、その上に高原がそびえ立つように見える）。大陸地殻の低密度の岩石には、アルカリ金属やアルカリ土類金属の侵食されやすい塩が大量に含まれているため、数十億年かけて蒸発し、淡水が雨や雪となって陸地に戻ることで、塩が海洋に蓄積されてきた。
水の利用可能性の変動性は、水生生物の生存と人間が利用できる水の利用可能性の両方にとって重要です。数年の多雨期にしか利用できない水は、再生可能水とはみなすべきではありません。世界の河川流出量の大部分は気候変動の非常に少ない地域から発生するため、世界の河川流出量全体の変動性は一般的に低いと言えます。
実際、ほとんどの乾燥地帯でさえ、流出量の変動による問題はほとんどありません。なぜなら、利用可能な水源のほとんどは高山地帯にあり、そこでは氷河の融解水が主要な水源として非常に安定して供給され、しかも水需要がピークを迎える夏季にも供給されるからです。これは歴史的に見ても、古代の多くの偉大な文明の発展を支えてきた要因であり、今日でもサンホアキンバレーのような生産性の高い地域での農業を可能にしています。
しかし、オーストラリアと南アフリカでは事情が異なります。ここでは、流出量の変動が、同様の気候を持つ世界の他の大陸地域よりもはるかに大きくなっています。[ 16 ]オーストラリアと南アフリカの典型的な温帯（ケッペンの気候区分C）および乾燥（ケッペンの気候区分B）気候の河川では、流出量の変動係数が他の大陸地域の河川の3倍にもなります。[ 17 ]その理由は、他のすべての大陸の土壌は第四紀の氷河作用と造山運動によって大きく形作られてきたのに対し、オーストラリアと南アフリカの土壌は少なくとも白亜紀前期から、そして一般的には石炭紀の氷河期からほとんど変化していないためです。その結果、オーストラリアと南アフリカの土壌の利用可能な栄養レベルは、他の大陸の同様の気候の土壌の栄養レベルよりも桁違いに低くなる傾向があり、在来植物は、リンやその他の栄養素を最小限しか吸収しないために、はるかに高い根密度（例えば、プロテオイド根）によってこれを補っています。これらの根は大量の水を吸収するため、オーストラリアや南アフリカの典型的な河川では、約300mm （12インチ）以上の降雨量になるまで流出は発生しません。他の大陸では、根の密度が低いため、比較的少ない降雨量でも流出が発生します。
この結果、オーストラリアや南アフリカの多くの河川（他の大陸ではごくわずかであるのに対し）は、ダムからの蒸発率が高いため、理論的に河川を一定の水位に調整できるほど大きな貯水池があっても、実際に取水できる量はごくわずかとなるため、理論的には水量を調整することが不可能である。そのような河川の例としては、エア湖流域の河川などが挙げられる。オーストラリアの他の河川でさえ、北米南東部や中国南部の同程度の気候の河川の3分の1の水量を供給するには、3倍の貯水池が必要となる。また、これは水生生物にも影響を与え、大洪水後に急速に繁殖できる種が強く有利となり、次の干ばつを生き延びる種が生まれる。
対照的に、オーストラリアと南アフリカの熱帯気候（ケッペンの気候区分A）の河川は、世界の他の地域の同様の気候の河川と比べて、流出率が著しく低いわけではありません。熱帯オーストラリアと南アフリカの土壌は、これらの大陸の乾燥地帯や温帯地帯の土壌よりもさらに貧弱ですが、植物は雨水に溶け込んだ有機リンやリン酸塩を栄養源として利用できます。より寒冷で乾燥した気候では、これら2つの関連する栄養源はほとんど役に立たないため、最小限のリンを抽出するためにこのような特殊な手段が必要となるのです。
流出量の変動が大きい他の孤立した地域もありますが、これらは基本的に異なる水文学ではなく、不規則な降雨によるものです。これらには以下が含まれます: [ 17 ]
水は地球の地殻、マントル、さらには核にも存在し、「地球全体の水循環」を通じて地表の海洋と相互作用しているという仮説が立てられている。しかし、地球内部に実際に蓄えられている水の量は依然として議論の的となっている。推定では、海洋の水量の1.5倍から11倍もの水が、液体ではないものの、地球内部の数百キロメートルの深さに存在する可能性がある。
地球内部の下部マントルには、地表水（すべての海洋、すべての湖、すべての河川）を合わせた量の5倍もの水が含まれている可能性がある。[ 19 ]
地球内部に蓄えられている水の量は、すべての表層海洋の水量に匹敵するか、それを超える可能性がある。[ 20 ]一部の研究者は、マントル全体の水収支は数十の海洋質量に相当する可能性があると提唱している。[ 21 ]地球のマントル内の水は、主に名目上無水の鉱物に水酸基（OH）として溶解している。 [ 22 ]岩石や鉱物中のこれらのOH不純物は、テクトニックプレートを潤滑し、岩石の粘度や融解プロセスに影響を与え、地震波を減速させる可能性がある。[ 20 ]地球の上部マントルと下部マントルの間の遷移帯にある2つのマントル相、ワズレイアイトとリングウッダイトは、結晶構造に最大で数重量パーセントの水を組み込む可能性がある。[ 23 ]地球のマントルに水が存在する直接的な証拠は、2014年にブラジルのジュイナ産ダイヤモンドに含まれる含水リングウッダイトサンプルに基づいて発見された。[ 24 ]地震観測によると、米国本土下の下部マントル上部の脱水溶融物中に水が存在することが示唆されている。[ 25 ]分子水（H 2 O）はマントルにおける主要な水含有相ではないが、その高圧形態である氷VIIは超深部ダイヤモンド中にも見つかっている。
