9Sumber Daya Air Tawar

Pada tahun 1960 Laut Aral, di gurun-gurun Asia Tengah, adalah danau terbesar keempat di dunia. Dua sungai besar, yang dipasok oleh salju dan hujan di pegunungan yang jauh, mengalir ke dalamnya; tidak ada yang mengalir keluar. Pada tahun 1960-an air kedua sungai itu diambil untuk mengairi gurun. Satelit telah mengamati apa yang terjadi sesudahnya: danau itu telah terpecah-pecah, dan sebagian besar dasarnya kini menjadi daratan kering. Penyebabnya, sebagian besar, bukanlah perubahan iklim, melainkan irigasi: danau itu menerima air jauh lebih sedikit daripada yang diambil penguapan darinya setiap tahun. Bab ini menghitung air di Bumi, di mana air itu tersimpan dan seberapa cepat air itu bergerak, dan memperlihatkan bahwa sumber daya air terutama adalah sebuah aliran: bila lebih banyak air diambil dari sebuah reservoir daripada yang mengalir masuk ke dalamnya, reservoir itu mengosong, dengan laju yang dapat diramalkan oleh neraca sederhana.

Yang sudah kamu ketahui

Daur air memindahkan air di antara samudra, udara, dan daratan: penguapan, pengembunan menjadi awan, presipitasi, air larian; massa total air kekal (buku-buku fisika). Batuan yang pori-porinya saling terhubung bersifat permeabel; di bawah muka air tanah pori-porinya penuh air, dan lapisan yang menampung dan meloloskan cukup air untuk memasok sumur adalah akuifer (Buku 1, kelas 6). Sebagian besar air di Bumi adalah air asin (Buku 1, kelas 2). Sungai membawa pergi air dari daerah alirannya; debitnya adalah volume per detik (Bab 8).

9.1 Di mana air berada

Bumi menyimpan sekitar 1.39 miliar kilometer kubik air. Hampir semuanya berada di samudra; hanya $2.5\,\%$ yang tawar. Dan sebagian besar air tawar itu berada di luar jangkauan: lebih dari dua pertiganya membeku dalam tudung es dan gletser, dan hampir sepertiganya terletak di bawah tanah.

reservoir	volume ($\mathrm{km}^{3}$)	bagian dari air tawar
samudra, laut, dan teluk	$1\,338\,000\,000$	(asin)
tudung es, gletser, dan salju abadi	$24\,064\,000$	$68.7\,\%$
air tanah tawar	$10\,530\,000$	$30.1\,\%$
es tanah dan permafrost	$300\,000$	$0.86\,\%$
danau air tawar	$91\,000$	$0.26\,\%$
kelembapan tanah	$16\,500$	$0.05\,\%$
atmosfer	$12\,900$	$0.04\,\%$
sungai	$2120$	$0.006\,\%$

Sungai dan danau air tawar, tempat manusia mengambil sebagian besar air yang dipakainya, bersama-sama menampung kurang dari seperseratus persen dari seluruh air. Namun sungai tidak pernah lama mengering: sungai bukanlah simpanan, melainkan aliran, yang diisi kembali oleh setiap hujan.

9.2 Stok dan fluks

Definisi 9.1 (Stok; fluks)

Dalam neraca air, yang disebut stok adalah jumlah air yang tersimpan dalam sebuah reservoir — samudra, udara, es, akuifer, danau — pada suatu waktu, sebagai volume atau massa. Yang disebut fluks adalah jumlah yang berpindah dari satu reservoir ke reservoir lain per satuan waktu, misalnya dalam kilometer kubik per tahun.

Stok hanya berubah melalui fluks-fluksnya: yang masuk dikurangi yang keluar. Bila keduanya sama, stok itu berada dalam keadaan tunak: stok itu tetap sama meskipun airnya terus-menerus diganti.

Daur itu seimbang. Setiap tahun samudra kehilangan $413\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ melalui penguapan dan menerima kembali $373\,000$ sebagai hujan dan salju serta $40\,000$ dari sungai-sungai. Udara menerima $413\,000 + 73\,000 = 486\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ dan mengembalikan $373\,000 + 113\,000$, jumlah yang sama. Daratan menerima $113\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ presipitasi; $73\,000$ kembali ke udara melalui penguapan dan melalui daun-daun tumbuhan, dan $40\,000$ sisanya mengalir ke laut, di sungai-sungai dan di bawah tanah.

Definisi 9.2 (Air tawar terbarukan)

Yang disebut air tawar terbarukan sebuah wilayah adalah fluks air tawar yang diperbarui setiap tahun oleh presipitasi, yang mengalir melaluinya sebagai air larian di sungai dan sebagai air tanah. Air tawar terbarukan adalah fluks, dalam kilometer kubik per tahun, bukan stok.

Untuk seluruh daratan Bumi, air tawar terbarukan adalah $40\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ yang mencapai laut setiap tahun. Sebuah wilayah dapat memakai air terbarukannya tahun demi tahun tanpa kekurangan. Apa yang diambilnya melebihi jumlah itu hanya dapat berasal dari stok, yang kemudian menyusut.

9.3 Waktu tinggal

Berapa lama sebuah molekul air tinggal dalam sebuah reservoir? Sebagian langsung pergi, sebagian lain tinggal jauh lebih lama; tetapi secara rata-rata, jawabannya hanya bergantung pada stok dan fluks.

Definisi 9.3 (Waktu tinggal)

Yang disebut waktu tinggal air dalam sebuah reservoir adalah waktu rata-rata yang dihabiskan air di dalamnya di antara saat masuk dan saat keluar.

Proposisi 9.4 (Waktu tinggal, stok, dan fluks)

Untuk reservoir dalam keadaan tunak, yang menyimpan stok $S$ dan dilintasi fluks $F$ (masuk dan keluar), waktu tinggalnya adalah

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

Contoh 9.5 (Air di udara)

Atmosfer menyimpan $12\,700$ $\mathrm{km}^{3}$ air, dan $486\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ jatuh darinya setiap tahun sebagai hujan dan salju. Waktu tinggalnya $12\,700/486\,000 \approx 0.026$ tahun, sekitar $9.5$ hari: air di udara diperbarui setiap satu atau dua minggu. Awan yang menurunkan hujan hari ini tersusun atas air yang meninggalkan samudra atau tanah beberapa hari yang lalu.

Perhitungan yang sama memberikan sekitar $19$ hari untuk air di alur sungai ($2120$ $\mathrm{km}^{3}$ yang diangkut oleh $40\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ setahun), beberapa tahun untuk danau dan sungai bersama-sama, dan sekitar $3200$ tahun untuk samudra ($1\,335\,040/413$ ribu $\mathrm{km}^{3}$). Air tanah dapat lebih lambat lagi: air terdalam di sebagian akuifer berumur ratusan ribu tahun.

Waktu tinggal mengukur seberapa cepat sebuah reservoir pulih. Air yang diambil dari sungai diganti dalam beberapa hari; danau yang tercemar atau dikosongkan memerlukan bertahun-tahun; air tanah yang memerlukan ribuan tahun untuk terkumpul, pada skala hidup manusia, sama sekali tidak diperbarui.

Metode 9.6 (Neraca air)

1. Pilih reservoirnya: danau, akuifer, daerah aliran sungai, udara.
2. Daftarlah setiap fluks yang masuk ke dalamnya (sungai, hujan, rembesan) dan yang keluar darinya (sungai, penguapan, pemompaan), dalam satuan yang sama.
3. Perubahan stok per tahun adalah jumlah masukan dikurangi jumlah keluaran.
4. Jika stok tidak berubah, masukan sama dengan keluaran, dan waktu tinggalnya adalah stok dibagi salah satunya.

9.4 Akuifer sebagai reservoir

Hujan yang meresap ke dalam tanah dan mencapai muka air tanah mengimbuh akuifer di bawahnya. Air itu lalu bergerak perlahan melalui pori-pori batuan, menuju mata air, sungai, atau laut. Di tempat lapisan permeabel menyusup ke bawah lapisan kedap, seperti lempung, airnya menjadi tertekan: air itu hanya dipasok di tempat lapisan itu mencapai permukaan, yang mungkin jauh letaknya.

Definisi 9.7 (Air tanah fosil)

Yang disebut air tanah fosil adalah air tanah yang memasuki akuifernya sejak lama, sering kali di bawah iklim yang lebih basah, dan yang tidak diperbarui oleh imbuhan masa kini pada skala hidup manusia.

Di bawah Sahara timur terbentang akuifer batu pasir yang sangat luas. Airnya yang terdalam, yang ditentukan umurnya melalui peluruhan suatu bentuk radioaktif kripton yang langka, berumur $200\,000$ sampai satu juta tahun. Air itu mengalir masuk perlahan dari daerah imbuhan di Mesir barat daya, dan kimianya memperlihatkan bahwa air itu jatuh sebagai hujan selama masa-masa basah pada zaman es, ketika udara lembap dari Atlantik mencapai wilayah itu. Bila dipompa saat ini, air seperti itu adalah stok yang sedang ditambang, bukan aliran.

Bila pemompaan melebihi imbuhan, muka air tanah turun. Di High Plains di Amerika Serikat bagian tengah, akuifer di bawah sekitar $175\,000$ mil persegi ($453\,000\,\mathrm{km}^{2}$) telah dipompa untuk irigasi sejak sekitar 1950. Pada tahun 2015 muka airnya telah turun rata-rata $4.8\,\mathrm{m}$, dan sampai $71\,\mathrm{m}$ (234 kaki) di beberapa sumur; akuifer itu telah kehilangan sekitar $273$ juta ekar-kaki air, sekitar $340\,\mathrm{km}^{3}$.

Air tanah tidak dapat dilihat dari angkasa, tetapi dapat ditimbang: dua satelit yang terbang beriringan merasakan perubahan kecil tarikan Bumi yang disebabkan oleh massa air yang datang dan pergi di bawahnya, dan memetakan di mana stok air di daratan naik dan turun dari bulan ke bulan.

9.5 Penggunaan berlebihan sebagai fakta fisika

Laut Aral tidak memiliki saluran keluar: air dari kedua sungainya, Amu Darya dan Syr Darya, hanya pergi melalui penguapan. Pada tahun 1960 danau itu meliputi $68\,000\,\mathrm{km}^{2}$, menampung $1093\,\mathrm{km}^{3}$, dan airnya mengandung $10\,\mathrm{g}$ garam per liter. Pada tahun itu penguapan mengambil $71.1\,\mathrm{km}^{3}$, dan hujan di atas danau membawa $9.4\,\mathrm{km}^{3}$: untuk mempertahankan muka airnya, danau itu memerlukan $71.1 - 9.4 = 61.7\,\mathrm{km}^{3}$ setahun dari sungai-sungainya.

Sejak tahun 1960-an sungai-sungai itu dialihkan untuk mengairi gurun, dan hampir tidak ada airnya yang mencapai danau: pada tahun 1970-an dan 1980-an, sering kali kurang dari $2\,\mathrm{km}^{3}$ setahun. Penguapan terus berlangsung, dan danau itu mulai menyusut. Neracanya menentukan seberapa cepat. Penguapan mengambil lapisan air yang tebalnya bergantung pada iklim, di sini sekitar satu meter setahun ($71.1/68\,000 \approx 0.001\,05\,\mathrm{km}$). Jika aliran masuk berhenti, muka air turun kira-kira sebesar itu setiap tahun, dikurangi hujan. Ketika danau menyusut, luasnya dan karena itu juga penguapannya ikut menyusut, dan penurunan itu melambat; tetapi penurunan itu tidak berhenti sampai aliran masuk dan penguapan kembali seimbang.

Pada tahun 2010 danau itu menampung $98\,\mathrm{km}^{3}$, sepersepuluh volumenya pada tahun 1960, di atas $14\,280\,\mathrm{km}^{2}$; salinitasnya telah mencapai $130\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$, jauh lebih asin daripada samudra. Muka airnya telah turun lebih dari $20\,\mathrm{m}$. Debu bergaram berembus dari dasar yang kering. Penyebabnya tidak tersembunyi: aliran masuk danau itu diputus, sedangkan penguapannya tidak.

9.6 Latihan

Latihan 9.1 ★

Definisikan stok, fluks, dan waktu tinggal, lalu sebutkan satuan masing-masing.

Solusi

Solusi Latihan 9.1.

Stok adalah jumlah air yang tersimpan dalam sebuah reservoir pada suatu waktu, dalam $\mathrm{km}^{3}$ (atau kilogram). Fluks adalah jumlah yang berpindah dari satu reservoir ke reservoir lain per satuan waktu, dalam $\mathrm{km}^{3}$ per tahun. Waktu tinggal adalah waktu rata-rata yang dihabiskan air dalam sebuah reservoir, dalam hari atau tahun; dalam keadaan tunak waktu tinggal sama dengan stok dibagi fluks.

Latihan 9.2 ★

Dari tabel air di dunia: berapa bagian dari seluruh air yang tawar? Dari air tawar itu, berapa bagian yang membeku dan berapa yang berada di bawah tanah? Reservoir manakah yang menampung paling sedikit?

Solusi

Solusi Latihan 9.2.

Sekitar $2.5\,\%$ dari seluruh air adalah air tawar. Dari air tawar itu, $68.7\,\%$ membeku dalam tudung es, gletser, dan salju abadi, dan $30.1\,\%$ berada di bawah tanah. Sungai menampung paling sedikit, $2120$ $\mathrm{km}^{3}$.

Latihan 9.3 ★

Definisikan air tawar terbarukan dan air tanah fosil. Mengapa yang pertama adalah fluks dan yang kedua adalah stok?

Solusi

Solusi Latihan 9.3.

Air tawar terbarukan adalah air tawar yang diperbarui setiap tahun oleh presipitasi dan mengalir melalui sebuah wilayah sebagai air larian dan air tanah: volume per tahun, yaitu fluks. Air tanah fosil adalah air yang memasuki akuifer sejak lama dan tidak diperbarui oleh imbuhan masa kini: air itu adalah simpanan yang hanya dapat dikuras, yaitu stok.

Latihan 9.4 ★

Berapa kali lebih banyak air yang ditampung danau-danau air tawar di dunia ($91\,000$ $\mathrm{km}^{3}$) dibandingkan dengan sungai-sungainya ($2120$ $\mathrm{km}^{3}$)?

Solusi

Solusi Latihan 9.4.

$91\,000/2120 \approx 43$ kali lebih banyak.

Latihan 9.5 ★

Pada grafik waktu tinggal, reservoir manakah yang memperbarui airnya paling cepat, dan manakah yang paling lambat? Berapa kali lebih lama air tinggal di samudra dibandingkan dengan di udara?

Solusi

Solusi Latihan 9.5.

Atmosfer memperbarui airnya paling cepat (sekitar $9.5$ hari), samudra paling lambat di antara reservoir yang dihitung (sekitar $3200$ tahun); air tanah dalam lebih tua lagi. $3200 \times 365.25/9.5 \approx 120\,000$ kali lebih lama.

Latihan 9.6 ★★

Atmosfer menyimpan $12\,700$ $\mathrm{km}^{3}$ air. Hitung waktu tinggalnya dari penguapan yang memasukinya ($413\,000$ dari samudra dan $73\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ dari daratan setiap tahun), dan periksalah bahwa hasilnya sesuai dengan waktu tinggal yang dihitung dari presipitasi yang keluar darinya.

Solusi

Solusi Latihan 9.6.

Masuk: $413\,000 + 73\,000 = 486\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ setahun, jadi $T = 12\,700/486\,000 \approx 0.0261$ tahun $\approx 9.5$ hari. Keluar: $373\,000 + 113\,000 = 486\,000$ $\mathrm{km}^{3}$, sama besarnya: udara berada dalam keadaan tunak, dan waktu tinggalnya sama.

Latihan 9.7 ★★

Samudra menyimpan $1\,335\,040$ ribu $\mathrm{km}^{3}$ dan kehilangan $413$ ribu $\mathrm{km}^{3}$ setahun melalui penguapan. Hitung waktu tinggalnya. Mengapa hasilnya sama jika dihitung dengan apa yang masuk ke dalamnya?

Solusi

Solusi Latihan 9.7.

$1\,335\,040/413 \approx 3230$ tahun. Dalam keadaan tunak samudra menerima sebanyak yang hilang darinya: $373 + 40 = 413$ ribu $\mathrm{km}^{3}$ setahun, sehingga waktu tinggal yang dihitung dengan masukan sama besarnya.

Latihan 9.8 ★★

Dengan fluks-fluks daur air global, tuliskan neraca daratan: apa yang jatuh di atasnya, apa yang kembali ke udara, apa yang mengalir pergi. Berapa bagian hujan yang jatuh di daratan yang kembali ke udara?

Solusi

Solusi Latihan 9.8.

Daratan menerima $113\,000$ $\mathrm{km}^{3}$ setahun; $73\,000$ kembali ke udara melalui penguapan dan transpirasi dan $40\,000$ mengalir ke laut: $73\,000 + 40\,000 = 113\,000$. Bagian yang kembali ke udara adalah $73/113 \approx 65\,\%$.

Latihan 9.9 ★★

Akuifer High Plains kehilangan sekitar $273.2$ juta ekar-kaki air dari sekitar 1950 sampai 2015 ($1$ ekar-kaki = $1233.5\,\mathrm{m}^{3}$). Ubahlah volume ini ke $\mathrm{km}^{3}$ dan bandingkan dengan volume Laut Aral pada tahun 1987 ($345.6\,\mathrm{km}^{3}$).

Solusi

Solusi Latihan 9.9.

$273.2 \times 10^6 \times 1233.5 \approx 3.37 \times 10^{11}\,\mathrm{m}^{3}$, yaitu $337\,\mathrm{km}^{3}$: hampir sebanyak seluruh air yang masih ditampung Laut Aral pada tahun 1987.

Latihan 9.10 ★★

Muka air rata-rata akuifer High Plains turun $15.8$ kaki dari sekitar 1950 sampai 2015 ($1$ kaki = $0.3048\,\mathrm{m}$). Berapa itu dalam meter, dan dalam sentimeter per tahun?

Solusi

Solusi Latihan 9.10.

$15.8 \times 0.3048 \approx 4.82\,\mathrm{m}$. Selama 65 tahun dari 1950 sampai 2015, $482/65 \approx 7.4\,\mathrm{cm}$ setahun.

Latihan 9.11 ★★

Sebuah akuifer menyimpan $2\,\mathrm{km}^{3}$ air dan diimbuh $0.01\,\mathrm{km}^{3}$ setahun. Berapa waktu tinggal airnya? Sumur-sumur kini memompa $0.05\,\mathrm{km}^{3}$ setahun darinya. Misalkan imbuhan terus berlangsung dan sumur-sumur kini menjadi satu-satunya jalan keluar bagi air itu: berapa lama air itu akan bertahan?

Solusi

Solusi Latihan 9.11.

$2/0.01 = 200$ tahun. Stok kini turun sebesar $0.05 - 0.01 = 0.04\,\mathrm{km}^{3}$ setahun, sehingga stok itu bertahan $2/0.04 = 50$ tahun.

Latihan 9.12 ★★★

Hitung waktu tinggal air Laut Aral pada tahun 1960 ($1093\,\mathrm{km}^{3}$, penguapan $71.1\,\mathrm{km}^{3}$ setahun) dan pada tahun 2010 ($98.1\,\mathrm{km}^{3}$, penguapan $11.4\,\mathrm{km}^{3}$ setahun). Mengapa penguapannya turun?

Solusi

Solusi Latihan 9.12.

1960: $1093/71.1 \approx 15$ tahun; 2010: $98.1/11.4 \approx 8.6$ tahun. Penguapan mengambil lapisan air yang kira-kira sama tebalnya setiap tahun dari setiap kilometer persegi danau; ketika danau menyusut, luasnya menyusut, begitu pula volume total yang diuapkan.

Latihan 9.13 ★★★

Sebuah danau tanpa saluran keluar meliputi $100\,\mathrm{km}^{2}$. Penguapan mengambil $1.2\,\mathrm{m}$ air setahun dari permukaannya, dan hujan menambahkan $0.2\,\mathrm{m}$.

1. Berapa aliran masuk, dalam $\mathrm{km}^{3}$ setahun, yang menjaga muka airnya tetap?
2. Aliran masuk itu dikurangi menjadi separuhnya. Berapa besar muka air turun pada tahun pertama?
3. Mengapa penurunan itu melambat pada tahun-tahun berikutnya?

Solusi

Solusi Latihan 9.13.

(1) Kehilangan bersihnya $1.2 - 0.2 = 1.0\,\mathrm{m}$ setahun di atas $100 \times 10^6$ $\mathrm{m}^{2}$: $10^8$ $\mathrm{m}^{3}$, $0.1\,\mathrm{km}^{3}$ setahun harus mengalir masuk. (2) Aliran masuk turun menjadi $0.05\,\mathrm{km}^{3}$: danau itu kehilangan $0.05\,\mathrm{km}^{3} = 5 \times 10^7$ $\mathrm{m}^{3}$, lapisan setebal $5 \times 10^7/10^8 = 0.5\,\mathrm{m}$. (3) Ketika muka air turun, tepian danau muncul dari air dan luas danau menyusut: permukaan lebih kecil, penguapan lebih sedikit, sampai penguapan dan aliran masuk kembali seimbang.

Latihan 9.14 ★★★

Di sebuah gurun, hujan mengimbuh sebuah akuifer dengan $1\,\mathrm{mm}$ air setahun. Akuifer itu setebal $100\,\mathrm{m}$ dan air mengisi $20\,\%$ volumenya. Berapa lama waktu yang diperlukan imbuhan untuk mengisinya? Bandingkan dengan umur air dalam akuifer Sahara.

Solusi

Solusi Latihan 9.14.

Akuifer itu menampung $100 \times 0.20 = 20\,\mathrm{m}$ air, yaitu $20\,000\,\mathrm{mm}$: dengan $1\,\mathrm{mm}$ setahun, $20\,000$ tahun. Air dalam akuifer Sahara berumur $200\,000$ sampai satu juta tahun, sepuluh sampai lima puluh kali lebih tua: air itu diimbuh selama iklim masa lalu yang lebih basah.

Latihan 9.15 ★★★

Akuifer High Plains meliputi sekitar $453\,000\,\mathrm{km}^{2}$ dan kehilangan sekitar $337\,\mathrm{km}^{3}$ air sampai tahun 2015. Berapa tebal air itu, bila disebarkan ke seluruh akuifer? Muka airnya turun rata-rata $4.8\,\mathrm{m}$. Mengapa penurunan muka air lebih besar daripada tebal air yang hilang?

Solusi

Solusi Latihan 9.15.

$337/453\,000 \approx 0.000\,74\,\mathrm{km}$, sekitar $0.74\,\mathrm{m}$ air. Muka air turun $4.8\,\mathrm{m}$, sekitar enam setengah kali lebih besar. Air hanya mengisi pori-pori batuan (dan tidak seluruhnya terkuras keluar): bila muka air tanah turun satu meter, air yang dilepaskan adalah lapisan yang jauh lebih tipis daripada satu meter, di sini sekitar $0.74/4.8 \approx 0.15$ m.

9.7 Soal: Neraca Laut Aral

Soal 9.1

Soal akhir pekan — seberapa cepat sebuah danau menghilang?

Tabel ini memberikan neraca Laut Aral untuk empat tahun (volume dalam $\mathrm{km}^{3}$, salinitas dalam gram garam per liter). Pada tahun 1960 danau itu meliputi $68\,000\,\mathrm{km}^{2}$.

tahun	aliran masuk sungai	hujan di atas danau	penguapan	volume	salinitas
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

Bagian I — Danau itu pada tahun 1960.

1. Berapa kedalaman rata-rata danau itu pada tahun 1960?
2. Nyatakan volumenya dalam meter kubik.
3. Berapa massa garam yang dikandungnya, dalam ton?
4. Berapa waktu tinggal airnya, bila dihitung dengan penguapan?
5. Mengapa danau tanpa saluran keluar hanya dapat kehilangan air melalui penguapan (dan rembesan)?

Bagian II — Apa yang diperlukan danau itu.

6. Berapa tebal air yang diambil penguapan dari danau itu pada tahun 1960, dalam meter?
7. Berapa tebal air yang ditambahkan hujan?
8. Berapa aliran masuk sungai yang tepat mengimbangi penguapan dan hujan?
9. Kedua sungai itu rata-rata membawa sekitar $79\,\mathrm{km}^{3}$ dan $37\,\mathrm{km}^{3}$ setahun keluar dari pegunungan. Berapa bagian dari jumlah ini yang diperlukan danau itu?

Bagian III — Danau itu pada akhir tahun 1980-an.

10. Tuliskan neraca tahun 1987: masukan, keluaran, perubahan bersih.
11. Di antara 1984 dan 1989 volumenya turun dari $502.7\,\mathrm{km}^{3}$ menjadi $327.2\,\mathrm{km}^{3}$. Berapa penurunan rata-rata per tahun? Bandingkan dengan neraca tahun 1987.
12. Anggaplah satu kilometer persegi danau kehilangan air melalui penguapan sebanyak pada tahun 1960. Berapa luas danau itu pada tahun 1987?
13. Berapa bagian dari luasnya pada tahun 1960 itu?
14. Mengapa penguapan turun dari $71.1\,\mathrm{km}^{3}$ menjadi $36.8\,\mathrm{km}^{3}$?
15. Berapa bagian dari volumenya pada tahun 1960 yang masih ditampung danau itu pada tahun 1987?

Bagian IV — Garam dan muka air.

16. Jika seluruh garam tahun 1960 tetap berada dalam air, berapa salinitasnya pada tahun 1987?
17. Tabel memberikan $25.0\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$. Apa yang diisyaratkan oleh perbedaan itu?
18. Tanpa aliran masuk dan sama sekali tanpa hujan, berapa besar muka air akan turun setiap tahun?
19. Pada tahun 1987, berapa banyak yang ditambahkan oleh sungai-sungai dan hujan, sebagai tebal air di atas luas pada pertanyaan 12?
20. Berapa besar muka air Laut Aral turun pada tahun 1987?

Solusi

Solusi Soal 9.1.

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

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

3. $10\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ sama dengan $10\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$: $1.093 \times 10^{12} \times 10 \approx 1.1 \times 10^{13}\,\mathrm{kg}$, sekitar $11$ miliar ton.

4. $1093/71.1 \approx 15$ tahun.

5. Tidak ada sungai yang keluar darinya: airnya hanya dapat pergi sebagai uap (atau dengan merembes ke dalam tanah), sedangkan garamnya tetap tinggal.

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

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

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

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

10. Masukan $1.0 + 6.2 = 7.2\,\mathrm{km}^{3}$; keluaran $36.8\,\mathrm{km}^{3}$; perubahan bersih $7.2 - 36.8 = -29.6\,\mathrm{km}^{3}$.

11. $(502.7 - 327.2)/5 = 35.1\,\mathrm{km}^{3}$ setahun: orde besarnya sama dengan $29.6\,\mathrm{km}^{3}$ pada neraca tahun 1987 (tahun-tahun tunggal berbeda: penguapan $47.9\,\mathrm{km}^{3}$ pada tahun 1984).

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

13. $35\,000/68\,000 \approx 52\,\%$, sekitar separuhnya.

14. Danau itu telah menyusut: separuh permukaan menguapkan kira-kira separuh air.

15. $345.6/1093 \approx 32\,\%$, sekitar sepertiga.

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

17. Salinitas yang terukur lebih rendah: sebagian garam telah meninggalkan air, mengkristal di dasar yang tersingkap, dan terbawa angin sebagai debu bergaram.

18. Sekitar $1.05\,\mathrm{m}$ setahun, yaitu tebal air yang diuapkan.

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

20. $1.05 - 0.20 \approx 0.85$ ($0.84$ dengan nilai yang tidak dibulatkan): pada tahun 1987 muka air Laut Aral turun sekitar $0.8\,\mathrm{m}$, mendekati satu meter dalam satu tahun saja.