9मीठे जल के संसाधन

1960 में मध्य एशिया के मरुस्थलों में स्थित अरल सागर संसार की चौथी सबसे बड़ी झील था। दूर के पर्वतों की हिम और वर्षा से पोषित दो बड़ी नदियाँ उसमें बहती थीं; उससे कोई नदी बाहर नहीं निकलती थी। 1960 के दशक में उनका जल मरुस्थल की सिंचाई के लिए ले जाया गया। उपग्रहों ने देखा कि आगे क्या हुआ: झील टुकड़ों में टूट गई है, और उसका अधिकांश तल अब सूखी भूमि है। इसका कारण अत्यधिक रूप से जलवायु का परिवर्तन नहीं, बल्कि सिंचाई थी: झील को हर वर्ष उससे कहीं कम जल मिला जितना वाष्पन उससे ले जाता था। यह अध्याय पृथ्वी के जल की गिनती करता है, कि वह कहाँ संचित है और कितनी तेज़ी से चलता है, और दिखाता है कि जल का संसाधन सबसे बढ़कर एक प्रवाह है: जब किसी जलाशय से उसमें आने वाले जल से अधिक लिया जाता है, तो जलाशय खाली होता जाता है, उस दर से जिसका एक सरल बजट पूर्वानुमान करता है।

पहले से ज्ञात

जल चक्र जल को महासागर, वायु और स्थल के बीच चलाता है: वाष्पन, बादलों में संघनन, वर्षण, अपवाह; जल का कुल द्रव्यमान संरक्षित रहता है (भौतिकी की पुस्तकें)। जुड़े हुए छिद्रों वाली चट्टानें पारगम्य होती हैं; भौम जलस्तर के नीचे उनके छिद्र जल से भरे होते हैं, और ऐसी परत जो कुओं को पोषित करने लायक़ पर्याप्त जल धारण करती और आगे जाने देती है, जलभृत है (पुस्तक 1, कक्षा 6)। पृथ्वी का अधिकांश जल खारा जल है (पुस्तक 1, कक्षा 2)। नदी अपनी अपवाह द्रोणी का जल बहा ले जाती है; उसका विसर्जन प्रति सेकंड आयतन है (अध्याय 8)।

9.1 जल कहाँ है

पृथ्वी में लगभग 1.39 अरब घन किलोमीटर जल है। इसका लगभग सारा महासागर में है; केवल $2.5\,\%$ मीठा है। और उस मीठे जल का अधिकांश भाग पहुँच से बाहर है: इसका दो-तिहाई से अधिक हिम-टोपियों और हिमनदों में जमा है, और लगभग एक-तिहाई भूमिगत है।

जलाशय	आयतन ($\mathrm{km}^{3}$)	मीठे जल में अंश
महासागर, समुद्र और खाड़ियाँ	$1\,338\,000\,000$	(खारा)
हिम-टोपियाँ, हिमनद और स्थायी हिम	$24\,064\,000$	$68.7\,\%$
मीठा भौम जल	$10\,530\,000$	$30.1\,\%$
भूमिगत बर्फ़ और पर्माफ़्रॉस्ट	$300\,000$	$0.86\,\%$
मीठे जल की झीलें	$91\,000$	$0.26\,\%$
मृदा की नमी	$16\,500$	$0.05\,\%$
वायुमंडल	$12\,900$	$0.04\,\%$
नदियाँ	$2120$	$0.006\,\%$

नदियाँ और मीठे जल की झीलें, जिनसे लोग अपने उपयोग का अधिकांश जल लेते हैं, मिलकर सारे जल के एक प्रतिशत के सौवें भाग से भी कम रखती हैं। फिर भी नदियाँ कभी देर तक सूखी नहीं रहतीं: वे भंडार नहीं बल्कि प्रवाह हैं, जो हर वर्षा से फिर भर जाती हैं।

9.2 भंडार और अभिवाह

परिभाषा 9.1 (भंडार; अभिवाह)

जल के किसी बजट में भंडार किसी दिए हुए समय पर किसी जलाशय — महासागर, वायु, बर्फ़, कोई जलभृत, कोई झील — में रखे जल की मात्रा है, आयतन या द्रव्यमान के रूप में। अभिवाह वह मात्रा है जो प्रति इकाई समय एक जलाशय से दूसरे जलाशय में जाती है, उदाहरण के लिए घन किलोमीटर प्रति वर्ष में।

भंडार केवल अपने अभिवाहों के द्वारा बदलता है: जो आता है उसमें से जो जाता है। जब दोनों बराबर हों, तो भंडार स्थायी अवस्था में होता है: वह वैसा ही रहता है, यद्यपि उसका जल लगातार बदलता रहता है।

चक्र संतुलित है। हर वर्ष महासागर वाष्पन द्वारा $413\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ खोता है और $373\,000$ वर्षा और हिम के रूप में तथा $40\,000$ नदियों से वापस पाता है। वायु $413\,000 + 73\,000 = 486\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ पाती है और $373\,000 + 113\,000$ लौटाती है, यानी उतना ही। स्थल $113\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ वर्षण पाता है; $73\,000$ वाष्पन द्वारा और पौधों की पत्तियों से होकर वायु में लौट जाते हैं, और बाक़ी $40\,000$ नदियों में और भूमिगत होकर समुद्र तक बह जाते हैं।

परिभाषा 9.2 (नवीकरणीय मीठा जल)

किसी क्षेत्र का नवीकरणीय मीठा जल वर्षण द्वारा हर वर्ष नवीकृत मीठे जल का वह अभिवाह है, जो उसमें से नदियों में अपवाह के रूप में और भौम जल के रूप में बहता है। यह एक अभिवाह है, घन किलोमीटर प्रति वर्ष में, भंडार नहीं।

पृथ्वी के सारे स्थल के लिए यह वही $40\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ है जो हर वर्ष समुद्र तक पहुँचता है। कोई क्षेत्र अपने नवीकरणीय जल का उपयोग वर्ष-दर-वर्ष बिना कमी के कर सकता है। जो वह इससे अधिक लेता है, वह केवल किसी भंडार से आ सकता है, जो तब सिकुड़ता जाता है।

9.3 निवास काल

जल का एक अणु किसी जलाशय में कितनी देर रहता है? कुछ तुरंत निकल जाते हैं, कुछ कहीं अधिक देर रहते हैं; पर औसत रूप से, उत्तर केवल भंडार और अभिवाह से निकल आता है।

परिभाषा 9.3 (निवास काल)

किसी जलाशय में जल का निवास काल वह औसत समय है जो जल उसमें प्रवेश करने और निकलने के बीच बिताता है।

प्रतिज्ञप्ति 9.4 (निवास काल, भंडार और अभिवाह)

स्थायी अवस्था में किसी ऐसे जलाशय के लिए, जिसमें भंडार $S$ है और जिससे अभिवाह $F$ (भीतर और बाहर) गुज़रता है, निवास काल यह है:

$$T = \frac{S}{F}.$$

उदाहरण 9.5 (वायु में जल)

वायुमंडल $12\,700$ $\mathrm{km}^{3}$ जल धारण करता है, और हर वर्ष उसमें से $486\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ वर्षा और हिम के रूप में गिरता है। उसका निवास काल $12\,700/486\,000 \approx 0.026$ वर्ष है, यानी लगभग $9.5$ दिन: वायु का जल हर एक-दो सप्ताह में नवीकृत हो जाता है। आज बरसने वाला बादल ऐसे जल से बना है जो कुछ दिन पहले महासागर या ज़मीन से निकला था।

यही परिकलन नदी की धाराओं के जल के लिए लगभग $19$ दिन देता है ($2120$ $\mathrm{km}^{3}$, जिन्हें प्रति वर्ष $40\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ बहा ले जाते हैं), झीलों और नदियों को मिलाकर कुछ वर्ष, और महासागर के लिए लगभग $3200$ वर्ष ($1\,335\,040/413$ हज़ार $\mathrm{km}^{3}$)। भौम जल इससे भी धीमा हो सकता है: कुछ जलभृतों का सबसे गहरा जल लाखों वर्ष पुराना है।

निवास काल मापता है कि कोई जलाशय कितनी तेज़ी से सँभलता है। नदी से लिया गया जल दिनों में बदल जाता है; प्रदूषित या खाली हुई झील को वर्ष लगते हैं; जिस भौम जल को एकत्र होने में हज़ारों वर्ष लगे, वह मानव जीवन के पैमाने पर बिल्कुल नवीकृत नहीं होता।

विधि 9.6 (जल का बजट)

1. जलाशय चुनिए: कोई झील, कोई जलभृत, कोई द्रोणी, वायु।
2. उसमें आने वाले हर अभिवाह (नदियाँ, वर्षा, रिसाव) और उससे जाने वाले हर अभिवाह (नदियाँ, वाष्पन, पंपिंग) की सूची, एक ही इकाई में, बनाइए।
3. भंडार में प्रति वर्ष परिवर्तन आगतों के योग में से निर्गतों के योग को घटाने पर मिलता है।
4. यदि भंडार नहीं बदलता, तो आगत निर्गतों के बराबर हैं, और निवास काल भंडार को इनमें से किसी से भी भाग देने पर मिलता है।

9.4 जलाशयों के रूप में जलभृत

ज़मीन में रिसकर भौम जलस्तर तक पहुँचने वाली वर्षा नीचे के जलभृत का पुनर्भरण करती है। फिर जल चट्टान के छिद्रों से होकर धीरे-धीरे सोतों, नदियों या समुद्र की ओर चलता है। जहाँ कोई पारगम्य परत किसी अपारगम्य परत, जैसे चिकनी मिट्टी, के नीचे झुकती है, वहाँ उसका जल परिरुद्ध होता है: उसे केवल वहीं पोषण मिलता है जहाँ परत सतह तक पहुँचती है, जो बहुत दूर हो सकता है।

परिभाषा 9.7 (जीवाश्म भौम जल)

जीवाश्म भौम जल ऐसा भौम जल है जो बहुत पहले, प्रायः किसी अधिक आर्द्र जलवायु में, अपने जलभृत में प्रवेश कर चुका था, और जिसे आज का पुनर्भरण मानव जीवनकाल के पैमाने पर नवीकृत नहीं करता।

पूर्वी सहारा के नीचे बलुआ पत्थर का एक विशाल जलभृत है। उसका सबसे गहरा जल, जिसकी आयु क्रिप्टॉन के एक दुर्लभ रेडियोधर्मी रूप के क्षय से निकाली गई है, $200\,000$ से एक मिलियन वर्ष पुराना है। यह दक्षिण-पश्चिमी मिस्र के एक पुनर्भरण क्षेत्र से धीरे-धीरे भीतर बहकर आया, और इसका रसायन दिखाता है कि यह हिमयुगों के पिछले आर्द्र कालों में वर्षा के रूप में गिरा था, जब अटलांटिक से नम हवा इस क्षेत्र तक पहुँचती थी। आज पंप किया गया ऐसा जल खनन किया जा रहा भंडार है, प्रवाह नहीं।

जब पंपिंग पुनर्भरण से अधिक होती है, तो भौम जलस्तर गिरता है। मध्य संयुक्त राज्य अमेरिका के हाई प्लेन्स में लगभग $175\,000$ वर्ग मील ($453\,000\,\mathrm{km}^{2}$) के नीचे के जलभृत को लगभग 1950 से सिंचाई के लिए पंप किया गया है। 2015 तक उसका जल-तल औसतन $4.8\,\mathrm{m}$ गिर चुका था, और कुछ कुओं में $71\,\mathrm{m}$ (234 फ़ुट) तक; जलभृत लगभग $273$ मिलियन एकड़-फ़ुट, यानी लगभग $340\,\mathrm{km}^{3}$, जल खो चुका था।

भौम जल अंतरिक्ष से देखा नहीं जा सकता, पर तौला जा सकता है: एक के पीछे एक उड़ते दो उपग्रह पृथ्वी के खिंचाव में उन हल्के परिवर्तनों को महसूस करते हैं जो उनके नीचे आते-जाते जल के द्रव्यमान से होते हैं, और मानचित्र बनाते हैं कि स्थल पर जल का भंडार महीने-दर-महीने कहाँ बढ़ता और घटता है।

9.5 भौतिक तथ्य के रूप में अति-उपयोग

अरल सागर का कोई निकास नहीं है: उसकी दो नदियों, अमु दरिया और सिर दरिया, का जल केवल वाष्पन से निकलता है। 1960 में यह $68\,000\,\mathrm{km}^{2}$ में फैला था, $1093\,\mathrm{km}^{3}$ जल रखता था और इसके जल में प्रति लीटर $10\,\mathrm{g}$ लवण था। उस वर्ष वाष्पन ने $71.1\,\mathrm{km}^{3}$ निकाला, और झील पर हुई वर्षा $9.4\,\mathrm{km}^{3}$ लाई: अपना तल बनाए रखने के लिए झील को अपनी नदियों से प्रति वर्ष $71.1 - 9.4 = 61.7\,\mathrm{km}^{3}$ चाहिए था।

1960 के दशक से नदियों को मरुस्थल की सिंचाई के लिए मोड़ दिया गया, और उनका लगभग कोई भी जल झील तक नहीं पहुँचा: 1970 और 1980 के दशकों में प्रायः प्रति वर्ष $2\,\mathrm{km}^{3}$ से कम। वाष्पन चलता रहा, और झील सिकुड़ने लगी। उसका बजट तय करता है कि कितनी तेज़ी से। वाष्पन जल की ऐसी परत ले जाता है जिसकी मोटाई जलवायु पर निर्भर करती है, यहाँ लगभग एक मीटर प्रति वर्ष ($71.1/68\,000 \approx 0.001\,05\,\mathrm{km}$)। यदि अंतर्वाह रुक जाए, तो तल हर वर्ष लगभग इतना गिरता है, वर्षा घटाकर। झील के सिकुड़ने के साथ उसका क्षेत्रफल और इसलिए उसका वाष्पन भी सिकुड़ता है, और गिरावट धीमी हो जाती है; पर वह तब तक नहीं रुकती जब तक अंतर्वाह और वाष्पन फिर से संतुलित न हो जाएँ।

2010 तक झील में $98\,\mathrm{km}^{3}$ जल था, जो उसके 1960 के आयतन का दसवाँ भाग था, और वह $14\,280\,\mathrm{km}^{2}$ में फैली थी; उसकी लवणता $130\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ तक पहुँच चुकी थी, जो महासागर से कहीं अधिक खारी है। उसका तल $20\,\mathrm{m}$ से अधिक गिर चुका था। सूखे तल से लवणीय धूल उड़ती है। कारण छिपा नहीं है: झील का अंतर्वाह काट दिया गया जबकि उसका वाष्पन नहीं कटा।

9.6 अभ्यास

अभ्यास 9.1 ★

भंडार, अभिवाह और निवास काल की परिभाषा दीजिए, और हर एक की इकाइयाँ बताइए।

हल

हल — अभ्यास 9.1.

भंडार किसी दिए हुए समय पर किसी जलाशय में रखे जल की मात्रा है, $\mathrm{km}^{3}$ में (या किलोग्राम में)। अभिवाह वह मात्रा है जो प्रति इकाई समय एक जलाशय से दूसरे में जाती है, $\mathrm{km}^{3}$ प्रति वर्ष में। निवास काल वह औसत समय है जो जल किसी जलाशय में बिताता है, दिनों या वर्षों में; स्थायी अवस्था में यह भंडार को अभिवाह से भाग देने पर मिलता है।

अभ्यास 9.2 ★

संसार के जल की तालिका से: सारे जल का कितना अंश मीठा है? मीठे जल के कितने अंश जमे हुए और भूमिगत हैं? कौन-सा जलाशय सबसे कम जल रखता है?

हल

हल — अभ्यास 9.2.

सारे जल का लगभग $2.5\,\%$ मीठा है। मीठे जल का $68.7\,\%$ हिम-टोपियों, हिमनदों और स्थायी हिम में जमा है, और $30.1\,\%$ भूमिगत है। नदियाँ सबसे कम रखती हैं, $2120$ $\mathrm{km}^{3}$।

अभ्यास 9.3 ★

नवीकरणीय मीठे जल और जीवाश्म भौम जल की परिभाषा दीजिए। पहला अभिवाह और दूसरा भंडार क्यों है?

हल

हल — अभ्यास 9.3.

नवीकरणीय मीठा जल वह मीठा जल है जो हर वर्ष वर्षण द्वारा नवीकृत होता है और किसी क्षेत्र से अपवाह तथा भौम जल के रूप में बहता है: प्रति वर्ष एक आयतन, यानी अभिवाह। जीवाश्म भौम जल वह जल है जो बहुत पहले किसी जलभृत में प्रवेश कर चुका था और जिसे आज का पुनर्भरण नवीकृत नहीं करता: यह ऐसा संचय है जिसे केवल घटाया जा सकता है, यानी भंडार।

अभ्यास 9.4 ★

संसार की मीठे जल की झीलें ($91\,000$ $\mathrm{km}^{3}$) उसकी नदियों ($2120$ $\mathrm{km}^{3}$) से कितने गुना अधिक जल रखती हैं?

हल

हल — अभ्यास 9.4.

$91\,000/2120 \approx 43$ गुना अधिक।

अभ्यास 9.5 ★

निवास कालों के आरेख पर कौन-सा जलाशय अपना जल सबसे तेज़ी से नवीकृत करता है, और कौन-सा सबसे धीरे? जल महासागर में वायु की तुलना में कितने गुना अधिक देर रहता है?

हल

हल — अभ्यास 9.5.

वायुमंडल अपना जल सबसे तेज़ी से नवीकृत करता है (लगभग $9.5$ दिन), परिकलित जलाशयों में महासागर सबसे धीरे (लगभग $3200$ वर्ष); गहरा भौम जल इससे भी पुराना है। $3200 \times 365.25/9.5 \approx 120\,000$ गुना अधिक देर।

अभ्यास 9.6 ★★

वायुमंडल $12\,700$ $\mathrm{km}^{3}$ जल रखता है। उसमें प्रवेश करने वाले वाष्पन (हर वर्ष महासागर से $413\,000$ और स्थल से $73\,000$ $\mathrm{km}^{3}$) से उसका निवास काल परिकलित कीजिए, और जाँचिए कि यह उससे बाहर निकलने वाले वर्षण से परिकलित निवास काल से मेल खाता है।

हल

हल — अभ्यास 9.6.

आगत: $413\,000 + 73\,000 = 486\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ प्रति वर्ष, इसलिए $T = 12\,700/486\,000 \approx 0.0261$ वर्ष $\approx 9.5$ दिन। निर्गत: $373\,000 + 113\,000 = 486\,000$ $\mathrm{km}^{3}$, उतना ही: वायु स्थायी अवस्था में है, और निवास काल वही है।

अभ्यास 9.7 ★★

महासागर $1\,335\,040$ हज़ार $\mathrm{km}^{3}$ जल रखता है और वाष्पन द्वारा प्रति वर्ष $413$ हज़ार $\mathrm{km}^{3}$ खोता है। उसका निवास काल परिकलित कीजिए। उसमें प्रवेश करने वाले जल से परिकलित करने पर यह वही क्यों रहता है?

हल

हल — अभ्यास 9.7.

$1\,335\,040/413 \approx 3230$ वर्ष। स्थायी अवस्था में महासागर उतना ही पाता है जितना खोता है: $373 + 40 = 413$ हज़ार $\mathrm{km}^{3}$ प्रति वर्ष, इसलिए आगतों से परिकलित निवास काल वही है।

अभ्यास 9.8 ★★

वैश्विक जल चक्र के अभिवाहों की सहायता से स्थल का बजट लिखिए: उस पर क्या गिरता है, क्या वायु में लौटता है, क्या बह जाता है। स्थल पर गिरने वाली वर्षा का कितना अंश वायु में लौटता है?

हल

हल — अभ्यास 9.8.

स्थल प्रति वर्ष $113\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ पाता है; $73\,000$ वाष्पन और वाष्पोत्सर्जन द्वारा वायु में लौटते हैं और $40\,000$ बहकर समुद्र तक जाते हैं: $73\,000 + 40\,000 = 113\,000$। वायु में लौटने वाला अंश $73/113 \approx 65\,\%$ है।

अभ्यास 9.9 ★★

हाई प्लेन्स जलभृत ने लगभग 1950 से 2015 तक लगभग $273.2$ मिलियन एकड़-फ़ुट जल खोया ($1$ एकड़-फ़ुट = $1233.5\,\mathrm{m}^{3}$)। इस आयतन को $\mathrm{km}^{3}$ में बदलिए और इसकी तुलना 1987 में अरल सागर के आयतन ($345.6\,\mathrm{km}^{3}$) से कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 9.9.

$273.2 \times 10^6 \times 1233.5 \approx 3.37 \times 10^{11}\,\mathrm{m}^{3}$, यानी $337\,\mathrm{km}^{3}$: लगभग उतना जितना सारा जल अरल सागर में 1987 में बचा था।

अभ्यास 9.10 ★★

हाई प्लेन्स जलभृत का औसत जल-तल लगभग 1950 से 2015 तक $15.8$ फ़ुट गिरा ($1$ फ़ुट = $0.3048\,\mathrm{m}$)। यह मीटर में कितना है, और सेंटीमीटर प्रति वर्ष में?

हल

हल — अभ्यास 9.10.

$15.8 \times 0.3048 \approx 4.82\,\mathrm{m}$। 1950 से 2015 तक के 65 वर्षों में, $482/65 \approx 7.4\,\mathrm{cm}$ प्रति वर्ष।

अभ्यास 9.11 ★★

एक जलभृत $2\,\mathrm{km}^{3}$ जल रखता है और उसका पुनर्भरण प्रति वर्ष $0.01\,\mathrm{km}^{3}$ होता है। उसके जल का निवास काल क्या है? कुएँ अब उससे प्रति वर्ष $0.05\,\mathrm{km}^{3}$ पंप करते हैं। मान लीजिए कि पुनर्भरण चलता रहता है और अब कुएँ ही जल के निकलने का एकमात्र रास्ता हैं: वह कितने समय टिकेगा?

हल

हल — अभ्यास 9.11.

$2/0.01 = 200$ वर्ष। भंडार अब प्रति वर्ष $0.05 - 0.01 = 0.04\,\mathrm{km}^{3}$ घटता है, इसलिए वह $2/0.04 = 50$ वर्ष टिकता है।

अभ्यास 9.12 ★★★

1960 में ($1093\,\mathrm{km}^{3}$, वाष्पन प्रति वर्ष $71.1\,\mathrm{km}^{3}$) और 2010 में ($98.1\,\mathrm{km}^{3}$, वाष्पन प्रति वर्ष $11.4\,\mathrm{km}^{3}$) अरल सागर के जल का निवास काल परिकलित कीजिए। उसका वाष्पन क्यों घटा?

हल

हल — अभ्यास 9.12.

1960: $1093/71.1 \approx 15$ वर्ष; 2010: $98.1/11.4 \approx 8.6$ वर्ष। वाष्पन झील के हर वर्ग किलोमीटर से हर वर्ष जल की लगभग उतनी ही मोटी परत निकालता है; झील के सिकुड़ने के साथ उसका क्षेत्रफल सिकुड़ा, और उसके साथ वाष्पित कुल आयतन भी।

अभ्यास 9.13 ★★★

बिना निकास की एक झील $100\,\mathrm{km}^{2}$ में फैली है। वाष्पन उसकी सतह से प्रति वर्ष $1.2\,\mathrm{m}$ जल निकालता है, और वर्षा $0.2\,\mathrm{m}$ जोड़ती है।

1. कितना अंतर्वाह, $\mathrm{km}^{3}$ प्रति वर्ष में, उसका तल स्थिर रखता है?
2. अंतर्वाह आधा कर दिया जाता है। पहले वर्ष में तल कितना गिरता है?
3. आगे के वर्षों में गिरावट धीमी क्यों हो जाती है?

हल

हल — अभ्यास 9.13.

(1) शुद्ध हानि $1.2 - 0.2 = 1.0\,\mathrm{m}$ प्रति वर्ष है, $100 \times 10^6$ $\mathrm{m}^{2}$ पर: $10^8$ $\mathrm{m}^{3}$, यानी प्रति वर्ष $0.1\,\mathrm{km}^{3}$ भीतर आना चाहिए। (2) अंतर्वाह घटकर $0.05\,\mathrm{km}^{3}$ रह जाता है: झील $0.05\,\mathrm{km}^{3} = 5 \times 10^7$ $\mathrm{m}^{3}$ खोती है, जो $5 \times 10^7/10^8 = 0.5\,\mathrm{m}$ की परत है। (3) तल गिरने के साथ किनारे जल से बाहर निकल आते हैं और झील का क्षेत्रफल सिकुड़ता है: कम सतह, कम वाष्पन, जब तक वाष्पन और अंतर्वाह फिर से संतुलित न हो जाएँ।

अभ्यास 9.14 ★★★

किसी मरुस्थल में वर्षा एक जलभृत का प्रति वर्ष $1\,\mathrm{mm}$ जल से पुनर्भरण करती है। जलभृत $100\,\mathrm{m}$ मोटा है और जल उसके आयतन का $20\,\%$ भरता है। पुनर्भरण को इसे भरने में कितना समय लगेगा? इसकी तुलना सहारा जलभृत के गहरे जल की आयु से कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 9.14.

जलभृत $100 \times 0.20 = 20\,\mathrm{m}$ जल रखता है, यानी $20\,000\,\mathrm{mm}$: $1\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष पर $20\,000$ वर्ष। सहारा जलभृत का गहरा जल $200\,000$ से एक मिलियन वर्ष पुराना है, दस से पचास गुना अधिक: उसका पुनर्भरण अतीत की अधिक आर्द्र जलवायु में हुआ था।

अभ्यास 9.15 ★★★

हाई प्लेन्स जलभृत लगभग $453\,000\,\mathrm{km}^{2}$ में फैला है और 2015 तक लगभग $337\,\mathrm{km}^{3}$ जल खो चुका था। पूरे जलभृत पर फैलाने पर यह जल की कितनी मोटाई है? उसका जल-तल औसतन $4.8\,\mathrm{m}$ गिरा। जल-तल की गिरावट खोए गए जल की मोटाई से अधिक क्यों है?

हल

हल — अभ्यास 9.15.

$337/453\,000 \approx 0.000\,74\,\mathrm{km}$, यानी लगभग $0.74\,\mathrm{m}$ जल। जल-तल $4.8\,\mathrm{m}$ गिरा, लगभग साढ़े छह गुना अधिक। जल चट्टान के केवल छिद्रों को भरता है (और उसका सारा जल बाहर नहीं निकलता): जब भौम जलस्तर एक मीटर गिरता है, तो मुक्त हुआ जल एक मीटर से कहीं पतली परत होती है, यहाँ लगभग $0.74/4.8 \approx 0.15$ m।

9.7 समस्या: अरल सागर का बजट

समस्या 9.1

सप्ताहांत समस्या — कोई झील कितनी तेज़ी से लुप्त होती है?

तालिका चार वर्षों के लिए अरल सागर का बजट देती है (आयतन $\mathrm{km}^{3}$ में, लवणता प्रति लीटर लवण के ग्राम में)। 1960 में झील $68\,000\,\mathrm{km}^{2}$ में फैली थी।

वर्ष	नदी-अंतर्वाह	झील पर वर्षा	वाष्पन	आयतन	लवणता
1960	42.0	9.4	71.1	1093.0	10.0
1984	0.3	3.5	47.9	502.7	21.9
1987	1.0	6.2	36.8	345.6	25.0
1989	3.1	5.3	35.3	327.2	30.0

भाग I — 1960 में झील।

1. 1960 में झील की माध्य गहराई क्या थी?
2. उसका आयतन घन मीटर में व्यक्त कीजिए।
3. उसमें कितना लवण था, टन में?
4. वाष्पन से गिनने पर उसके जल का निवास काल क्या था?
5. बिना निकास की झील केवल वाष्पन (और रिसाव) से ही जल क्यों खो सकती है?

भाग II — झील को क्या चाहिए।

6. 1960 में वाष्पन ने झील से जल की कितनी मोटी परत निकाली, मीटर में?
7. वर्षा ने कितनी मोटाई जोड़ी?
8. कितना नदी-अंतर्वाह वाष्पन और वर्षा को ठीक संतुलित कर देता?
9. दोनों नदियाँ पर्वतों से औसतन प्रति वर्ष लगभग $79\,\mathrm{km}^{3}$ और $37\,\mathrm{km}^{3}$ बाहर लाती हैं। झील को इसका कितना अंश चाहिए होता?

भाग III — 1980 के दशक के अंत में झील।

10. 1987 का बजट लिखिए: आगत, निर्गत, शुद्ध परिवर्तन।
11. 1984 और 1989 के बीच आयतन $502.7\,\mathrm{km}^{3}$ से घटकर $327.2\,\mathrm{km}^{3}$ रह गया। प्रति वर्ष औसत गिरावट क्या थी? इसकी तुलना 1987 के बजट से कीजिए।
12. मान लीजिए कि झील का एक वर्ग किलोमीटर वाष्पन द्वारा उतना ही जल खोता है जितना 1960 में। 1987 में झील का क्षेत्रफल क्या था?
13. यह उसके 1960 के क्षेत्रफल का कितना अंश है?
14. वाष्पन $71.1\,\mathrm{km}^{3}$ से घटकर $36.8\,\mathrm{km}^{3}$ क्यों रह गया था?
15. 1987 में झील में उसके 1960 के आयतन का कितना अंश बचा था?

भाग IV — लवण और तल।

16. यदि 1960 का सारा लवण जल में ही रहा होता, तो 1987 में लवणता क्या होती?
17. तालिका $25.0\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ देती है। यह अंतर क्या संकेत देता है?
18. बिल्कुल अंतर्वाह और वर्षा न होने पर तल हर वर्ष कितना गिरता?
19. 1987 में नदियों और वर्षा ने, प्रश्न 12 के क्षेत्रफल पर मोटाई के रूप में, कितना जोड़ा?
20. 1987 में अरल सागर का तल कितना गिरा?

हल

हल — समस्या 9.1.

1. $1093/68\,000 \approx 0.016\,\mathrm{km}$, यानी लगभग $16\,\mathrm{m}$।

2. $1093 \times 10^9 \approx 1.09 \times 10^{12}\,\mathrm{m}^{3}$।

3. $10\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ का अर्थ $10\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ है: $1.093 \times 10^{12} \times 10 \approx 1.1 \times 10^{13}\,\mathrm{kg}$, यानी लगभग $11$ अरब टन।

4. $1093/71.1 \approx 15$ वर्ष।

5. उससे कोई नदी नहीं निकलती: उसका जल केवल वाष्प के रूप में (या ज़मीन में रिसकर) निकल सकता है, जबकि लवण बना रहता है।

6. $71.1/68\,000 \approx 0.001\,05\,\mathrm{km}$, यानी लगभग $1.05\,\mathrm{m}$।

7. $9.4/68\,000 \approx 0.000\,14\,\mathrm{km}$, यानी लगभग $0.14\,\mathrm{m}$।

8. प्रति वर्ष $71.1 - 9.4 = 61.7\,\mathrm{km}^{3}$।

9. $79 + 37 = 116\,\mathrm{km}^{3}$: $61.7/116 \approx 53\,\%$, लगभग आधा।

10. आगत $1.0 + 6.2 = 7.2\,\mathrm{km}^{3}$; निर्गत $36.8\,\mathrm{km}^{3}$; शुद्ध परिवर्तन $7.2 - 36.8 = -29.6\,\mathrm{km}^{3}$।

11. प्रति वर्ष $(502.7 - 327.2)/5 = 35.1\,\mathrm{km}^{3}$: 1987 के बजट के $29.6\,\mathrm{km}^{3}$ के समान परिमाण-क्रम का (अलग-अलग वर्ष भिन्न होते हैं: 1984 में वाष्पन $47.9\,\mathrm{km}^{3}$ था)।

12. $36.8/0.00105 \approx 35\,000\,\mathrm{km}^{2}$।

13. $35\,000/68\,000 \approx 52\,\%$, लगभग आधा।

14. झील सिकुड़ चुकी थी: आधी सतह से लगभग आधा जल वाष्पित होता है।

15. $345.6/1093 \approx 32\,\%$, लगभग एक-तिहाई।

16. $10 \times 1093/345.6 \approx 31.6\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$।

17. मापी गई लवणता कम है: लवण का एक भाग जल से निकल चुका था, खुले तल पर क्रिस्टलित होकर पवन द्वारा लवणीय धूल के रूप में उड़ा ले जाया गया था।

18. प्रति वर्ष लगभग $1.05\,\mathrm{m}$, यानी वाष्पित मोटाई।

19. $7.2/35\,000 \approx 0.0002\,\mathrm{km}$, यानी लगभग $0.20\,\mathrm{m}$।

20. $1.05 - 0.20 \approx 0.85$ (अपूर्णांकित मानों के साथ $0.84$): 1987 में अरल सागर का तल लगभग $0.8\,\mathrm{m}$ गिरा, एक ही वर्ष में लगभग एक मीटर।