地球/5h. 地球濒危的湖泊和淡水资源的限度
地球上的湖泊正在慢慢消失，包括犹他州最大的天然湖泊——大盐湖。湖泊为淡水的流动提供了一个区域性的基准水平，可以捕获大气水。**大气水**是指来自降雨和降雪形式的降水的。这包括来自湖泊、河流和冰川融水的，这些都间接起源于降水。大气水需求量很大，尤其是在30°到40°纬度之间的干旱沙漠地区，那里水资源短缺是一个主要问题。美国一些最大和发展最快的城市都位于这些西南沙漠地区，包括凤凰城、拉斯维加斯、洛杉矶、丹佛和盐湖城。这些城市及其周围的农业地区都依赖于新鲜的水供应。
美国西南部城市的发展导致了许多将淡水引向城市并防止水流入海洋或咸水湖的项目，在那里，水无法再用于饮用或农业，除非进行昂贵的海水淡化过程。这种淡水捕获最明显的例子之一是为洛杉矶市中心供水的引水系统的发展。在过去的一百年里，洛杉矶市从科罗拉多河盆地、欧文斯谷和菲瑟河盆地的排水系统中转移了大量的水。欧文斯谷干涸的湖床的故事讲述了如何通过人工运河系统将水输送到城市，但随后导致欧文斯湖干涸。欧文斯湖在20世纪40年代完全干涸，其他自然形成的湖泊在过去50年里也因南加州用水而缩小，包括莫诺湖、萨尔顿海和内华达州的沃克湖，这些湖泊都处于历史最低水平。犹他州见证了大盐湖的水位下降到一个多世纪前湖泊水位的35%，当时约翰·弗里蒙特在19世纪40年代绘制了大盐湖的地理位置。当时，犹他湖几乎与沿着约旦河的大盐湖相连，湖中包含六个岛屿。如今，大盐湖仅为其以前面积的一小部分，自1980年代初以来，由于径流增加，水位大幅下降。
大盐湖由三条主要河流供水：北部的熊河、东部的韦伯河和南部的约旦河。大盐湖位于一个低洼盆地，称为大盆地，它横跨犹他州西部的大部分地区，延伸到内华达州边界。大约25000年前，这个大型盆地曾经完全被一个名为邦纳维尔湖的巨大湖泊所覆盖，该湖延伸到凯奇谷，向北流入爱达荷州的蛇河谷。如今，该湖泊没有任何外部排水系统，水在干燥的气候中蒸发。这个干涸的湖床留下了大量的盐分沉积物，形成了盐滩，在广阔的大盆地平坦地形上延伸数英里，只有从贫瘠景观中突出的地堑山脉打破了这种单调。很少有植物能够忍受盐分，地面缺乏植被。来自西方的风暴携带悬浮的盐分和其他尘埃颗粒，导致居住在盐滩和大盐湖干涸海岸线的人们出现呼吸健康问题。湖泊水位下降的主要原因是修建水坝和将水引出湖泊。这包括普罗沃上方的迪尔溪水库、帕克城附近的乔丹内尔水库和奥格登附近的派恩维尤水库，这些水库捕获淡水用于盐湖城都市区的市政饮用水和农业。
大盐湖的困境并非孤立事件，地球上许多其他咸水湖也因淡水需求增加而缩小。地球上咸水湖消失的一些最明显的例子可以在咸海找到，该湖位于亚洲哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦边界。咸海曾经是地球上第四大湖泊，覆盖面积26300平方英里（大约相当于西弗吉尼亚州的大小），但在2009年，该湖泊缩小到仅2600平方英里，仅为其以前大小的10%。这种减少是由于通过运河和水坝将淡水引向两国边界之间的农业作物区域造成的。乌尔米亚湖位于伊朗，自2000年以来，湖泊水位也大幅下降，用于作物的灌溉用水导致该国北部形成干涸的湖床。随着人口的增长，淡水成为宝贵但有限的资源。
淡水所含的溶解盐类比海水少，但也包含一些溶解的分子。雨水往往呈酸性，pH 值在 6 到 7 之间，这是由于大气中二氧化碳溶解形成碳酸造成的。溪流往往会通过缓冲作用使 pH 值保持在 6 到 8 之间，但总的来说，淡水往往比海水酸性更强，海水的 pH 值高于 8。这种低 pH 值导致淡水能够溶解碳酸钙形成碳酸氢盐和钙离子。碳酸钙在岩石中含量丰富，尤其是石灰岩。淡水将碳酸钙溶解成碳酸氢根离子和钙离子的能力导致了硬水和软水的区别。硬水含有更多的碳酸氢根离子和钙离子，以及镁离子，这会导致管道、水龙头和浴缸中出现白色结垢的碳酸钙环。它还会使肥皂难以冲洗干净。软水含有较少的碳酸氢根离子和钙离子，更容易将肥皂冲洗掉。通常，房屋会配备软水器，去除部分这些离子，使水在清洁和淋浴时更容易使用。淡水在流经富含石灰岩和其他富含碳酸钙的岩石的区域时，往往会变硬。由于其较低的 pH 值，淡水会溶解石灰岩中的碳酸钙，导致一种称为岩溶作用的现象。岩溶作用是指水溶解岩石并在岩石上形成不规则表面的过程，如果持续很多年，最终会在地下形成洞穴和岩洞。
世界上大部分的淡水储备都位于地下，水占据岩石颗粒之间的空隙。孔隙度是指岩石内部空间的多少。像石灰岩这样的岩石，经过岩溶作用后，就被认为具有高孔隙度，因为岩石内部有许多空间可以容纳水。渗透性是指岩石内部空间的连通性。如果岩石具有高渗透性，水就能很容易地在岩石内部的空间之间流动。含水层是指既具有高孔隙度又具有高渗透性的岩层，允许水很容易地流动并占据岩层内的空间。水井通常挖到含水层，以提取这种地下淡水资源。地下水位是地下可以找到水的动态水平，它会根据季节和当地的降水量而发生很大变化。含水层在补给期间得到充实，降雨或融雪渗入这些地下岩层，或者水沿着河流的河道或湖泊下方流经这些区域。排泄是指这些含水层向河流或溪流供水，通常发生在含水层在峡谷或河流切割处露出地表的地方，形成泉水。泉水是指任何由于排泄作用而从地面涌出的地下水流。
这种隐藏的地下淡水资源是一个重要的资源，需要了解，因为从这些区域排放淡水往往在水位下降和水井干涸之前不会被注意到。这种地下淡水资源可能受到污染，使其不适合饮用。淡水可能会富含硫酸盐和氯化物，尤其是在干旱地区，富含硫的硫化氢与埋藏的有机碳和盐（如氯化钠和钾盐）聚集在一起，导致有毒或令人讨厌的苦味水。地下废水（来自石油和天然气开采或铀矿开采）的处置也会污染地下水，并可能通过含水层进入河流和湖泊。受污染的地下水的清理极其困难且成本很高。
水质是一个重要的问题，也是大多数人认为理所当然的事情，直到他们没有清洁饮用水来源时。 李安·沃尔特斯就是其中之一，她在 2014 年抚养着两对双胞胎和一个十几岁的儿子，她认为她家在密歇根州的家中饮用的水是安全的。美国水龙头里的水通常被认为是安全的饮用水，而且通常认为它会经过检测以确保其安全，但密歇根州在 2014 年初面临着严峻的经济状况，弗林特市正在寻求节省资金，并已将水源从休伦湖改为弗林特河。穿过弗林特市的弗林特河将为该市节省大量资金，因为他们不再需要支付从休伦湖取水的费用。当地的弗林特河含有淡水，其 pH 值较低，比休伦湖水源更软（含碳酸钙较少），但也含有更多氯化物（来自洒在冬季结冰街道上的氯化钠）和细菌。更换水源后，没有进行饮用水的检测以查看更换水源是否对市民饮用安全。几个月来，弗林特市水龙头的自来水被观察到颜色异常。升高的氯化物与输送饮用水到该市各个街区的旧铅管发生了反应。市民开始抱怨水质不好。他们向政府官员投诉，担心水不再安全饮用。市政府官员辩称正在进行检测，水是安全的饮用水，但住在附近的李安·沃尔特斯对此并不信服。作为一名医疗技术员，她接受过科学方面的培训，并开始采集她所在社区的水样。她将这些样品送到 马克·爱德华兹在 弗吉尼亚理工大学 进行检测，他专门研究水质，特别是水如何从铅管中受到污染。沃尔特斯采集的水样的检测结果显示，饮用水中铅含量极高。氯化物是一种腐蚀性元素，会与金属（如铅）发生氧化反应，通常在通过铅管时会从饮用水中去除，以防止腐蚀。饮用水中氯化物导致这些旧管道过量溶解产生的铅，正在慢慢毒害密歇根州的数千人。水中的铅 (Pb) 会被身体的不同器官吸收，导致胃肠道、神经肌肉和神经系统症状。它还会导致儿童的生长发育问题，例如严重的学习障碍。李安·沃尔特斯和马克·爱德华兹关于密歇根州水污染的研究发表后，另一位名叫 莫娜·汉娜-阿提莎 的科学家随后进行了一项研究，该研究基于从居住在密歇根州弗林特市的儿童那里收集的血样的电子病历。她在《2015 年美国公共卫生杂志》上发表了她的科学研究成果，证明了密歇根州儿童体内铅含量很高。研究结果揭示了民选官员为了节省纳税人的钱而将水源从一个地方转移到另一个地方，然后掩盖了这种变化对水质报告的影响的阴谋。如果没有李安·沃尔特斯最初通过收集水样进行检测并将样品送到外部实验室进行检测，可能就不会发现这一事件。科学是任何人都可以做也应该做的事情，它是一种检验和重新检验任何假设的有效方法，在弗林特水危机事件中，对水的重新检验挽救了密歇根州人们的生命。2018 年，李安·沃尔特斯获得了 戈德曼环境奖，从那以后，她一直在为安全饮用水而奔走。
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