地球/5h. 地球瀕危湖泊與淡水資源的限制
地球上的湖泊正在慢慢消失，包括猶他州最大的天然湖泊——大鹽湖。湖泊為淡水流動提供了一個區域性基準面，捕捉大氣降水。**大氣降水**是指來自降雨和降雪形式的降水的水。這包括來自湖泊、河流和冰川融化的水，它們都間接地起源於降水。大氣降水需求量很大，特別是在30°至40°緯度之間的乾旱沙漠地區，那裡的水資源短缺是一個主要問題。美國一些最大和發展最快的城市都位於這些西南沙漠地區，包括鳳凰城、拉斯維加斯、洛杉磯、丹佛和鹽湖城。這些城市及其周圍的農業地區都依賴於新鮮的水供應。
美國西南部的城市發展導致了許多將淡水引向城市並防止水流入海洋或鹹水湖的專案，因為如果不進行昂貴的海水淡化處理，這些水將無法再用於飲用或農業。此類擷取淡水的最極端的例子之一是為洛杉磯市中心供水的引水系統的發展。在過去的一百年裡，洛杉磯市從科羅拉多河盆地、歐文斯谷和菲瑟河盆地的水系中截取了大量的水。歐文斯谷乾涸湖床的故事講述瞭如何透過人工運河系統將水輸送到城市，但隨後導致歐文斯湖乾涸。到20世紀40年代，歐文斯湖完全乾涸，在過去50年裡，由於南加州用水量增加，其他天然湖泊也縮小了，包括莫諾湖、索爾頓海和內華達州的沃克湖，其水位已降至歷史最低水平。猶他州的大鹽湖水位下降到一個多世紀前（1840年代約翰·弗裡蒙特繪製大鹽湖地理位置時）湖泊水位的35%。當時，猶他湖幾乎與沿著約旦河的大鹽湖相連，湖中有六個島嶼。如今，大鹽湖僅僅是其昔日規模的一小部分，自1980年代初（當時水位較高，徑流較多）以來，湖泊水位急劇下降。
大鹽湖由三條主要河流供水：北部的熊河、東部的韋伯河和南部的約旦河。大鹽湖位於一個低窪盆地，被稱為大盆地，該盆地橫跨猶他州西部的大部分地區延伸到內華達州邊界。大約25000年前，這個巨大的盆地曾經完全被一個名為邦納維爾湖的巨大湖泊所覆蓋，該湖泊延伸到凱什谷，並向北流入愛達荷州的蛇河谷。如今，該湖泊沒有任何外部排水系統，水在乾燥的氣候下會蒸發。這個乾涸的湖床留下了大量的鹽沉積物，形成了鹽灘，這些鹽灘在廣闊的大盆地平坦地形上綿延數英里，只有從貧瘠景觀中突出的地塹山脈打破了這種單調。很少有植物能夠忍受鹽分，地面缺乏植被。來自西部的風暴將鹽分和其他塵埃顆粒懸浮在空中，導致居住在鹽灘和大鹽湖乾涸海岸線的人們出現呼吸健康問題。湖泊水位下降的主要原因是修建水壩和將水引出湖泊。這包括普羅沃上方的迪爾溪水庫、帕克城附近的喬丹內爾水庫和奧格登附近的派恩維尤水庫，這些水庫擷取淡水用於鹽湖城都市區的市政飲用水和農業。
大鹽湖的困境並非孤立事件，地球上許多其他鹹水湖也因淡水需求增加而萎縮。地球上鹹水湖消失的一些最顯著的例子可以在橫跨哈薩克和烏茲別克邊界的亞洲鹹海中找到。鹹海曾經是地球上第四大湖泊，覆蓋面積達26300平方英里（大約相當於西弗吉尼亞州的大小），但在2009年，湖泊縮小到僅2600平方英里，僅為其先前面積的10%。這種減少是由於透過運河和水壩將淡水引向兩國邊境之間農業作物地區的緣故。烏爾米耶湖位於伊朗，自2000年以來，其湖泊水位也急劇下降，水被用於灌溉農作物，導致該國北部形成乾涸的湖床。隨著人口的增長，淡水成為一種寶貴但有限的資源。
淡水中溶解的鹽分比海水少，但也含有一些溶解的分子。雨水往往呈酸性，pH值在6到7之間，這是由於大氣中二氧化碳溶解形成**碳酸**造成的。溪流往往可以透過緩衝作用使其pH值保持在6到8之間，但總的來說，淡水往往比海水酸性更強，海水的pH值高於8。這種低pH值導致淡水能夠溶解**碳酸鈣**形成碳酸氫鹽和鈣離子。碳酸鈣在岩石中含量豐富，尤其是石灰岩。淡水將碳酸鈣溶解成碳酸氫根離子和鈣離子的能力導致了硬水和軟水的形成。**硬水**含有更多的碳酸氫根離子和鈣離子，以及鎂離子，這會導致管道、水龍頭和浴缸中出現白色的鈣碳酸鹽結垢。它也使肥皂難以沖洗掉。**軟水**含有較少的碳酸氫根離子和鈣離子，更容易將肥皂從皮膚上衝洗掉。通常，房屋會配備軟水器，去除一些這些離子，使水在清潔和淋浴時更容易使用。通常，淡水在流經富含石灰岩和其他富含碳酸鈣的岩石的區域時會變硬。由於其較低的pH值，淡水會溶解石灰岩中的碳酸鈣，從而產生一種稱為岩溶作用的現象。**岩溶作用**是指水溶解岩石並在岩石上產生不規則表面的過程，如果持續多年，最終會在地下形成洞穴和巖洞。
世界上大部分的淡水資源都儲存在地下，水佔據著岩石顆粒之間的空隙。孔隙度是指岩石內部空間的多少。例如石灰岩經過岩溶作用後，就被認為具有高孔隙度，因為岩石內部有許多空間可以容納水。滲透率是指岩石內部空間的連通性。如果岩石具有高滲透率，水就能夠很容易地在岩石內部空間之間流動。含水層是一種既具有高孔隙度又具有高滲透率的岩層，允許水輕鬆流動並佔據岩層內部的空間。水井通常挖到含水層，以提取這種地下淡水資源。地下水位是地下可以找到水的動態水平，它會根據季節和當地降水量而發生很大變化。含水層在補給期間得到充實，降雨或融雪滲入這些地下岩層，或者水沿著河流或湖泊下方的區域流過這些區域。當這些含水層向流動的溪流或河流供水時，就會發生排洩，通常發生在含水層在峽谷或河流切割處露出地面的裂縫處，形成泉水。泉水是指任何由於排洩而從地表湧出的地下水流。
這種隱藏的地下淡水資源是一個重要的資源，需要了解，因為從這些區域排放淡水通常在水位下降和水井榦涸之前都不會被注意到。這種地下淡水資源可能會受到汙染，使其不適合飲用。淡水可能會富含硫酸鹽和氯化物，尤其是在乾旱地區，富含硫的硫化氫與埋藏的有機碳和鹽類（如氯化鈉和鉀鹽）積聚，導致有毒或令人作嘔的苦味水。廢水（來自石油和天然氣開採或鈾礦開採）的地下處置也會汙染地下水，並可能透過含水層進入河流和湖泊。受汙染的地下水的清理極其困難且成本很高。
水質是一個重要問題，也是大多數人習以為常的問題，直到他們沒有清潔飲用水來源時才會意識到。 李安·沃爾特斯就是其中之一，她有兩個蹣跚學步的雙胞胎和一個十幾歲的兒子，她認為2014年她在密歇根州家裡的飲用水是安全的。美國水龍頭裡的水通常被認為是健康的飲用水，並且通常認為它會經過檢測以確保其安全，但密歇根州在2014年初面臨著嚴峻的經濟狀況，弗林特市正在尋求節省資金，並將水源從休倫湖改為弗林特河。流經該市的弗林特河將為該市節省大量資金，因為他們不再需要支付休倫湖水源的費用。當地的弗林特河含有淡水，其pH值較低，且比休倫湖水源的水更軟（碳酸鈣含量更低），但也含有更多的氯化物（來自冬季撒在結冰街道上的氯化鈉）和細菌。更換已經完成，但沒有進行飲用水檢測以檢視更換是否對市民飲用安全。幾個月來，弗林特市水龍頭的水被觀察到變色。升高的氯化物與輸送飲用水到該市各個社群的舊鉛管發生反應。市民開始抱怨水嚐起來很糟糕。他們向公職人員抱怨，擔心水不再安全飲用。市政府官員辯稱正在進行檢測，並且水是安全的，但住在附近的李安·沃爾特斯並不信服。作為一名醫療技術員，她接受過科學訓練，並開始收集她所在社群的水樣。她將這些樣本送往馬克·愛德華茲在弗吉尼亞理工大學進行檢測，他專門研究水質，特別是水如何被鉛管汙染。沃爾特斯收集的水樣的檢測結果表明飲用水中鉛含量極高。氯化物是一種腐蝕性元素，會與金屬（如鉛）發生氧化反應，通常在透過鉛管時會從飲用水中去除，以防止腐蝕。這些舊管道因飲用水中的氯化物而溶解產生的過量鉛正在緩慢地毒害密歇根州的數千人。水中的鉛（Pb）會被身體的不同器官吸收，導致胃腸道、神經肌肉和神經系統症狀。它還會導致兒童的生長發育問題，例如嚴重的學習障礙。李安·沃爾特斯和馬克·愛德華茲關於密歇根州水汙染的研究發表後，另一位名叫莫娜·漢娜-阿提莎的科學家對基於從密歇根州弗林特市兒童收集的血樣的電子醫療記錄進行了一項後續研究。她在《2015年美國公共衛生雜誌》上發表了她的科學研究結果，證明密歇根州兒童體內鉛含量很高。研究結果揭示了民選官員為了節省納稅人的錢而將水從一個來源轉移到另一個來源，然後掩蓋了這種變化對水質報告的影響的陰謀。如果李安·沃爾特斯沒有透過收集水樣進行檢測並將這些樣本送往外部實驗室進行檢測來進行初步研究，那麼這一發現可能不會被發現。科學是任何人都可以並且應該做的事情，它是一種檢驗和重新檢驗任何假設的有效方法，在弗林特水危機事件中，對水的重新檢測挽救了密歇根州人們的生命。2018年，李安·沃爾特斯被授予戈德曼環境獎，並且從那時起一直致力於倡導安全飲用水。
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