Répartition de l'eau sur Terre

Le volume total d'eau sur Terre est estimé à 1,386 milliard de km³ (333 millions de miles cubes), 97,5 % est de l'eau salée et 2,5 % de l'eau douce. Seulement 0,3 % de l'eau douce est sous forme liquide à la surface de la terre[8] - [9] - [10]. De plus, le manteau inférieur de l'intérieur de la terre peut contenir jusqu'à cinq fois plus d'eau que toutes les eaux de surface combinées (océans, lacs et rivières)[11].

Le volume total d'eau dans les rivières est estimé à 2 120 km³ (510 miles cubes), soit 2 % de l'eau douce de surface sur Terre[8]. Les rivières et les bassins sont souvent comparés non pas en fonction de leur volume statique, mais de leur écoulement d'eau ou de surface. La répartition des eaux de ruissellement sur la surface de la Terre est très inégale.

Il peut y avoir d'énormes variations dans ces régions. Par exemple, un quart de l'approvisionnement en eau douce renouvelable limité à l'Australie se trouve dans la péninsule du Cap York, presque inhabitée[12]. En outre, même dans les continents bien arrosés, il existe des zones extrêmement dépourvues d'eau, telles que le Texas en Amérique du Nord], dont l’approvisionnement en eau renouvelable s'élève à seulement 26 km³/an sur une superficie de 695 622 km², ou l'Afrique du Sud, avec seulement 44 km³/an en 1 221 037 km²[12]. Les zones les plus concentrées en eau renouvelable sont :

• Les bassins de l'Amazone et de l'Orénoque (un total de 6 500 km³/an ou 15 % du ruissellement global)
• Bassin du Congo - 1 320 km³/an[13] ;
• Asie de l'Est
  • Yangzi Jiang - 1 000 km³/an
• Asie du Sud et Asie du Sud-Est, avec un total de 8000 km3/an ou 18 % du ruissellement mondial
  • Bassin du Brahmapoutre - 900 km³/an
  • Bassin Irrawaddy - 500 km³/an
  • Bassin du Mékong - 450 km³/an
• Canada, avec plus de dix pour cent de l'eau des rivières du monde et un grand nombre de lacs
  • Mackenzie - plus de 250 km³/an
  • Yukon - plus de 150 km³/an
• Sibérie
  • Ienisseï — plus de 5 % de l'eau douce du monde dans le bassin — le deuxième en importance après l'Amazonie
  • Ob - plus de 500 km³/an
  • Léna - plus de 450 km³/an
• Nouvelle-Guinée
  • Fly et Sepik - total supérieur à 300 km³/an sur seulement 150 000 km² de la superficie du bassin.

La variabilité de la disponibilité de l'eau est importante à la fois pour le fonctionnement des espèces aquatiques et pour les utilisations humaines de l'eau : une eau disponible uniquement sur quelques années humides ne doit pas être considérée comme renouvelable. Étant donné que la plupart des écoulements mondiaux proviennent de zones à très faible variabilité climatique, le ruissellement global est généralement peu variable.

En effet, même dans la plupart des zones arides, il y a peu de problèmes de variabilité du ruissellement car les sources d’eau les plus utilisables proviennent des régions de haute montagne qui fournissent une fonte très fiable des glaciers comme principale source d'eau. Cela a aidé historiquement le développement de nombreuses grandes civilisations de l’histoire ancienne, et permet encore aujourd'hui l'agriculture dans des zones productives telles que la Vallée de San Joaquin.

Cependant, en Australie et en Afrique australe, l’histoire est différente. Ici, la variabilité du ruissellement est beaucoup plus élevée que dans les autres régions continentales du monde avec des climats similaires[14]. Les climats typiquement tempérés (classification climatique de Köppen C) et arides (classification climatique de Köppen B) en Australie et en Afrique australe ont jusqu'à trois fois le coefficient de variation de ruissellement de ceux des autres régions continentales[15]. La raison en est que, alors que tous les autres continents ont vu leurs sols largement façonnés par la glaciation et le façonnement des montagnes du Quaternaire, les sols d’Australie et d’Afrique australe ont été largement altérés depuis au moins le Crétacé inférieur et généralement depuis la période glaciaire du Carbonifère. Par conséquent, les niveaux de nutriments disponibles dans les sols australiens et sud-africains sont généralement moins élevés que ceux des climats similaires des autres continents, et la flore native compense cela par des densités d’enracinement beaucoup plus élevées (ex. : racine protéoïde). Comme ces racines absorbent beaucoup d’eau, le ruissellement dans les rivières typiques d’Australie et d’Afrique du Sud ne se produit que pour des précipitations d'environ 300 mm (12 pouces). Dans d'autres continents, le ruissellement se produira après des pluies assez faibles dues aux faibles densités d'enracinement.

La conséquence en est que de nombreuses rivières en Australie et en Afrique australe (par rapport à un très faible nombre sur d’autres continents) sont théoriquement impossibles à réguler, parce que les taux d'évaporation des barrages, signifiant un stockage suffisamment grand pour réguler théoriquement la rivière à un niveau donné, ne permettrait en fait d'allouer que très peu de tirant d'eau. Parmi ces rivières, citons celles du Bassin du lac Eyre. Même pour les autres fleuves australiens, un stockage trois fois plus important est nécessaire pour fournir un tiers de l’offre d’un climat comparable dans le sud-est de l’Amérique du Nord ou le sud de la Chine. Elle affecte également la vie aquatique, favorisant fortement les espèces capables de se reproduire rapidement après des crues élevées, de sorte que certaines survivront à la prochaine sécheresse.

En revanche, les rivières climatiques tropicales (classification climatique de Köppen A) en Australie et en Afrique australe ne présentent pas de taux de ruissellement nettement inférieurs à ceux des climats similaires dans d’autres régions du monde. Bien que les sols de l'Australie tropicale et de l'Afrique australe soient encore plus pauvres que ceux des régions arides et tempérées de ces continents, la végétation peut utiliser le phosphore ou le phosphate organique dissous dans l'eau de pluie comme source de nutriment. Dans les climats plus froids et plus secs, ces deux sources ont tendance à être pratiquement inutiles, ce qui explique pourquoi de tels moyens spécialisés sont nécessaires pour extraire le phosphore le plus minimal possible.

Il existe d'autres zones isolées de grande variabilité de ruissellement, mais celles-ci sont essentiellement dues à des précipitations irrégulières plutôt qu'à des hydrologies différentes. Celles-ci incluents[15] :

• Asie du sud-ouest ;
• Nordeste au Brésil ;
• Grandes Plaines des États-Unis.

On estime que l’intérieur de la Terre [17] contient de 1,5 à 11 fois plus d’eau dans les océans, et certains scientifiques ont émis l’hypothèse que l’eau du manteau fait partie d’un «cycle de l’eau de la Terre entière»[18].  L'eau dans le manteau est dissoute dans divers minéraux près de la zone de transition entre le manteau supérieur et inférieur de la Terre. À des températures de 1 100 °C et des pressions extrêmes retrouvées profondément sous terre, l'eau se décompose en hydroxyles et en oxygène[19]. L'existence de l'eau a été prédite expérimentalement en 2002[20], et des preuves directes de l'eau ont été trouvées en 2014 sur la base de tests sur un échantillon de ringwoodite[21]. Des preuves supplémentaires de grandes quantités d'eau dans le manteau ont été trouvées dans les observations de la fusion dans la zone de transition du projet USArray[22]. L'eau liquide n'est pas présente dans le ringwoodite, mais les composants de l'eau (hydrogène et oxygène) sont retenus comme ions hydroxyde.