地球/5h. 地球瀕危的湖泊和淡水資源的限度
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。湖泊為淡水的流動提供了一個區域性的基準水平，可以捕獲大氣水。**大氣水**是指來自降雨和降雪形式的降水的。這包括來自湖泊、河流和冰川融水的，這些都間接起源於降水。大氣水需求量很大，尤其是在30°到40°緯度之間的乾旱沙漠地區，那裡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。
美國西南部城市的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，在那裡，水無法再用於飲用或農業，除非進行昂貴的海水淡化過程。這種淡水捕獲最明顯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排水系統中轉移了大量的水。歐文斯谷乾涸的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。歐文斯湖在20世紀40年代完全乾涸，其他自然形成的湖泊在過去50年裡也因南加州用水而縮小，包括莫諾湖、薩爾頓海和內華達州的沃克湖，這些湖泊都處於歷史最低水平。猶他州見證了大鹽湖的水位下降到一個多世紀前湖泊水位的35%，當時約翰·弗裡蒙特在19世紀40年代繪製了大鹽湖的地理位置。當時，猶他湖幾乎與沿著約旦河的大鹽湖相連，湖中包含六個島嶼。如今，大鹽湖僅為其以前面積的一小部分，自1980年代初以來，由於徑流增加，水位大幅下降。
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，稱為大盆地，它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，這個大型盆地曾經完全被一個名為邦納維爾湖的巨大湖泊所覆蓋，該湖延伸到凱奇谷，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，水在乾燥的氣候中蒸發。這個乾涸的湖床留下了大量的鹽分沉積物，形成了鹽灘，在廣闊的大盆地平坦地形上延伸數英里，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。來自西方的風暴攜帶懸浮的鹽分和其他塵埃顆粒，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，這些水庫捕獲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縮小。地球上鹹水湖消失的一些最明顯的例子可以在鹹海找到，該湖位於亞洲哈薩克和烏茲別克邊界。鹹海曾經是地球上第四大湖泊，覆蓋面積26300平方英里（大約相當於西弗吉尼亞州的大小），但在2009年，該湖泊縮小到僅2600平方英里，僅為其以前大小的10%。這種減少是由於透過運河和水壩將淡水引向兩國邊界之間的農業作物區域造成的。烏爾米亞湖位於伊朗，自2000年以來，湖泊水位也大幅下降，用於作物的灌溉用水導致該國北部形成乾涸的湖床。隨著人口的增長，淡水成為寶貴但有限的資源。
淡水所含的溶解鹽類比海水少，但也包含一些溶解的分子。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。溪流往往會透過緩衝作用使 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區別。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結垢的碳酸鈣環。它還會使肥皂難以沖洗乾淨。軟水含有較少的碳酸氫根離子和鈣離子，更容易將肥皂沖洗掉。通常，房屋會配備軟水器，去除部分這些離子，使水在清潔和淋浴時更容易使用。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，往往會變硬。由於其較低的 pH 值，淡水會溶解石灰岩中的碳酸鈣，導致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形成不規則表面的過程，如果持續很多年，最終會在地下形成洞穴和巖洞。
世界上大部分的淡水儲備都位於地下，水佔據岩石顆粒之間的空隙。孔隙度是指岩石內部空間的多少。像石灰岩這樣的岩石，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。滲透性是指岩石內部空間的連通性。如果岩石具有高滲透性，水就能很容易地在岩石內部的空間之間流動。含水層是指既具有高孔隙度又具有高滲透性的岩層，允許水很容易地流動並佔據岩層內的空間。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的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，或者水沿著河流的河道或湖泊下方流經這些區域。排洩是指這些含水層向河流或溪流供水，通常發生在含水層在峽谷或河流切割處露出地表的地方，形成泉水。泉水是指任何由於排洩作用而從地面湧出的地下水流。
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往往在水位下降和水井榦涸之前不會被注意到。這種地下淡水資源可能受到汙染，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（如氯化鈉和鉀鹽）聚集在一起，導致有毒或令人討厭的苦味水。地下廢水（來自石油和天然氣開採或鈾礦開採）的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。
水質是一個重要的問題，也是大多數人認為理所當然的事情，直到他們沒有清潔飲用水來源時。 李安·沃爾特斯就是其中之一，她在 2014 年撫養著兩對雙胞胎和一個十幾歲的兒子，她認為她家在密歇根州的家中飲用的水是安全的。美國水龍頭裡的水通常被認為是安全的飲用水，而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，並已將水源從休倫湖改為弗林特河。穿過弗林特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從休倫湖取水的費用。當地的弗林特河含有淡水，其 pH 值較低，比休倫湖水源更軟（含碳酸鈣較少），但也含有更多氯化物（來自灑在冬季結冰街道上的氯化鈉）和細菌。更換水源後，沒有進行飲用水的檢測以檢視更換水源是否對市民飲用安全。幾個月來，弗林特市水龍頭的自來水被觀察到顏色異常。升高的氯化物與輸送飲用水到該市各個街區的舊鉛管發生了反應。市民開始抱怨水質不好。他們向政府官員投訴，擔心水不再安全飲用。市政府官員辯稱正在進行檢測，水是安全的飲用水，但住在附近的李安·沃爾特斯對此並不信服。作為一名醫療技術員，她接受過科學方面的培訓，並開始採集她所在社群的水樣。她將這些樣品送到 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，特別是水如何從鉛管中受到汙染。沃爾特斯採集的水樣的檢測結果顯示，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。飲用水中氯化物導致這些舊管道過量溶解產生的鉛，正在慢慢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 的科學家隨後進行了一項研究，該研究基於從居住在密歇根州弗林特市的兒童那裡收集的血樣的電子病歷。她在《2015 年美國公共衛生雜誌》上發表了她的科學研究成果，證明了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源從一個地方轉移到另一個地方，然後掩蓋了這種變化對水質報告的影響的陰謀。如果沒有李安·沃爾特斯最初透過收集水樣進行檢測並將樣品送到外部實驗室進行檢測，可能就不會發現這一事件。科學是任何人都可以做也應該做的事情，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，對水的重新檢驗挽救了密歇根州人們的生命。2018 年，李安·沃爾特斯獲得了 戈德曼環境獎，從那以後，她一直在為安全飲用水而奔走。
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