К вопросу о дефиците воды на планете

Вода

Нередко можно слышать, что пресной воды на Земле становится все меньше, а 2025 год ее стоимость превысит стоимость нефти. Естественно, возникает  вопрос: возможен ли дефицит воды на планете? С детства нас учили, что круговорот воды в природе обеспечивает стабильность ее запасов, а слухи наталкивают на мысль, что вода  куда-то необратимо исчезает. Помочь разобраться в этом вопросе мы попросили заведующего кафедрой гидрологии суши географического факультета МГУ, доктора географических наук Николая Ивановича Алексеевского.

Глоток  воды открывает двери рая.
Норвежская  пословица

В школе нас учили правильно. Круговорот  воды на Земле существует. В среднем за многолетний период времени он обеспечивает постоянный объем воды в гидросфере: она испаряется с поверхности океана и частично переносится на континенты, а потом выпадает на суше в виде осадков и возвращается обратно в океан в виде материкового стока. Поэтому общий объем воды в гидросфере за очень большие интервалы времени —  константа (1388 млн. м3). Большие интервалы времени —  это не десять лет  и даже не сто, а многие тысячи и миллионы лет. А вот на более коротких интервалах объем воды, отдельно в  Мировом океане и на суше, может изменяться. Эти изменения  и порождают слухи о возможном глобальном дефиците воды. Сразу определимся: при дефиците воды ее объема не хватает (на некотором участке суши или во времени), чтобы удовлетворить потребности населения, хозяйства и  сохранить  условия для жизни организмов, населяющих водные объекты.

Ресурсы

В широком смысле всю воду на нашей планете можно рассматривать как потенциальный ресурс. Основная масса воды на  Земле — соленая (96,4 %), пресной воды в  жидком и твердом состоянии всего 3,6%. Конечно, можно использовать и соленую вод (технологию ее опреснения активно применяют в странах Персидского залива), но брать пресную воду из водоемов удобней и выгодней. Поэтом чаще под  водными ресурсами понимают только ресурсы пресной воды.
Впрочем, и они не везде одинаково доступны. Основная часть пресных вод на суше заключена в подземных льдах в  зоне многолетней мерзлоты, в покровных и горных ледниках, в подземных водных горизонтах либо находится в  атмосфере в виде водяного пара. Их можно задействовать (изъятие подземных вод, искусственная  конденсация водяного пара), но это требует финансовых затрат. Поэтому в основном все ориентируются на ту воду, которая находится в озерах, водохранилищах, подземных водоносных горизонтах и в руслах рек.

Эти  водные ресурсы могут быть статическими и возобновляемыми (схема). Статические, или вековые, — та  часть,  которая практически не меняется от года в год, поэтому ее использование запрещено или ограничено (если ограничение не соблюдать, то запас истощится). Они составляют стратегический резерв человечества, который накапливался тысячелетиями. Довольно много пресной воды в болотах, но она плохого качества.

Получается, что мы можем расходовать на себя и на хозяйство только возобновляемые ресурсы пресной воды. К ним относятся частично озера, водохранилища, неглубокие подземные водоносные горизонты и реки. Реки — наиболее привлекательный источник, поскольку возобновляются быстрее всего (вода в реках планеты полностью обновляется в среднем за 16 суток). Но этот ресурс содержит всего лишь 1,8% от всего объема пресной воды гидросферы.

Водные ресурсы планеты

В результате при огромных запасах воды на Земле мы можем брать для своих нужд лишь небольшую ее часть. Причем надо иметь в виду, что и в реках необходимо оставлять достаточно воды для того, чтобы они не пересыхали и оставались элементом ландшафта, а также чтобы не только выше, но и ниже водозабора могли нормально существовать водные обитатели. Какую часть возобновляемых ресурсов допустимо изымать — сложный и малоизученный вопрос. Нормативов нет, но, по некоторым оценкам, безвозвратно забирать можно не больше 25% возобновляемых ресурсов реки.

Почему возникает дефицит воды

Предпосылки для природного дефицита воды есть — ведь, как мы выяснили, объем речных вод не очень велик. К тому же распределены они по странам и регионам неравномерно. Причем даже при большом их объеме дефицит возможен. Это зависит от площади страны, численности ее населения, географического положения, а также внутригодового распределения стока воды (табл. 1). Если же учесть все эти факторы, то окажется, что, например, в  Китае (пятое место в мире по абсолютной величине возобновляемых водных ресурсов) на одного человека приходится 5750 л. в сутки, или 2100 м3/год, а в Канаде — около 300 000 л/сутки, или 109 000 м3/год. В этом смысле Канада — самая обеспеченная водой страна в мире. Россия находится на втором месте после Бразилии, но если рассмотреть ее ресурсы с учетом территории, то по этому показателю Россия переместится на последнее место среди наиболее обеспеченных водой стран.

Водные ресурсы России в лимитирующие сезоны года

Что касается дефицита на конкретном участке суши, то он может быть постоянным или временным. Хотя объем воды на  Земле —  величина практически постоянная, обмен водными массами между океаном и сушей не  всегда сбалансирован. В этой системе бывают периоды, когда с поверхности океана на сушу перемещается больше или  меньше воды по сравнению с тем, сколько возвращается обратно с речным стоком. Если на сушу поступает больше влаги, чем возвращается в океан, то уровень океана понижается. Куда исчезает вода? Она аккумулируется в покровных и горных ледниках и «консервируется» в них на многие годы. В настоящее время  взаимодействие между   Мировым океаном и сушей таково, что с суши в океан поступает больше воды, чем переносится с поверхности океана на сушу. Причина — таяние ледников, а следствие — повышение уровня Мирового океана. Этот совершенно естественный процесс напрямую влияет на многолетнее изменение возобновляемых ресурсов пресной воды.
 
В различных природных зонах эти изменения отражаются по-разному. Например, на евразийском континенте и на  территории России (карта) пресной воды в общем довольно много. Однако это совсем не означает, что ситуация абсолютно благополучная. На севере континента осадков относительно много, а испарение маленькое — здесь проблем нет. Наоборот, в зоне сухого климата — степях, полупустынях и пустынях — дождя и снега выпадает немного, а испарение превышает осадки.

Таблица 1

Местные возобновляемые водные ресурсы очень малы, что, конечно, создает региональный дефицит воды. Поэтому на значительных территориях юга России, стран Центральной Азии,  Персидского залива, Пакистана и Индии уже сегодня существует нехватка воды, которая  усугубляется потеплением климата. Если к тому же учесть социальные и экономические особенности (большое население, почти нет водосберегающих технологий), то тенденция очевидна.

Водные ресурсы зависят не только от климата, но также от размеров  континента и рельефа местности. Например, на территории России при переходе от ее западных границ к восточным осадки распределяются неравномерно из-за гор (в частности, Уральских).

Общее и безвозвратное водопотребление

Когда воздушные массы, насыщенные  влагой с поверхности Атлантического океана, движутся на восток, выпадающие на этом пути осадки подпитывают разные водные объекты. Чем дальше от океана, тем меньше влаги остается в воздухе. На наветренных склонах гор воздушные массы поднимаются и охлаждаются, в результате выпадает больше осадков. После преодоления горного барьера воздушная масса опускается, ее температура повышается, а значит, и осадков будет меньше, и соответственно меньше воды поступит в реки. Такая  ситуация, в частности, характерна для западных и восточных склонов Уральских гор.

Цифры

Единица измерения расхода воды — кубические метры за секунду, м3/c. Один кубический метр весит 1 тонну и равен 1000 литрам воды.
Кубический километр воды —  это 1 миллиард  кубичес их метров, или объем воды, содержащийся примерно в 300 000 олимпийских плавательных бассейнах.
Самая многоводная река мира (Амазонка) имеет средний годовой расход воды около 200 000 м3/с. На территории России самый большой расход воды у Енисея (18 300 м3/с), а наиболее водоносная река Европы Волга несет в Каспийском море в среднем 7770 м3/с.

Сток воды в реках и водные ресурсы оценивают в кубических километрах, например, сток упомянутых рек равен соответственно 6300, 577 и 245 км3/год. Объем ежегодно возобновляемых речных пресных ресурсов на Земле — 41  700 км3.

Чтобы вырастить килограмм риса, необходимо от 2000 до 5000 литров воды. Это больше, чем некоторые домохозяйки используют в быту за неделю. Для получения килограмма пшеницы и картофеля требуется соответственно 1000 и 500 литров.

Нужно 24 000 литров воды, чтобы выросло достаточно корма для последующего производства одного килограмма говядины, и  2000—4000 литров, чтобы получить литр молока. На изготовление килограмма сыра «чеддер» уходит 5000 л воды, килограмма сахара —  3000 л., кофе — 20 000 литров.

На выплавку 1 тонны чугуна и перевода его в прокатную сталь уходит 50 000—250 000 л*. Производство 1 тонны азотной кислоты требует 80 000—180 000 л.,  синтетического волокна —  1 000 000  л, целлюлозы  — 200 000—400 000 л.

Чтобы эффективно работала ТЭС мощностью 1 млн. кВт, для охлаждения ее агрегатов нужно 1—1,6 км.3 воды в год, а аналогичная по мощности АЭС ежегодно потребляет 1,6—3 км3 воды.

Этот особый механизм определяет районное изобилие или дефицит водных ресурсов. Очевидно, что к природному дефициту воды люди всегда приспосабливались. Селились вдоль рек, которые не только обеспечивали питьевой водой, но и давали возможность создать судоходство, организовать быт, хозяйство и даже оборону. Недаром сказано: «Реки — каркас развития цивилизации». Но постепенно растущее население и его хозяйство создали новый тип дефицита воды — техногенный. Ведь постепенно нарастал объем безвозвратного использования (человек забирал все больше воды, которая не возвращалась в реку или озеро). Больше становилось и сточных вод, которые ухудшали качество воды и ограничивали ее использование в дальнейшем или ниже по течению реки. Когда  растут население и производство, даже при неизменности местных возобновляемых ресурсов пресной воды  постепенно возникает ее техногенный дефицит.
Конечно, не везде он одинаково тяжел — это зависит от плотности населения и экономической специализации регионов. К 2000 году на всей Земле люди использовали 5190 м3 речных вод в год (или 12,4 % от ежегодно возобновляемых ресурсов). Главные потребители воды — сельское хозяйство и промышленность. На сельское хозяйство, по данным И.А.Шиломанова (рис. 1), идет больше всего воды (60%), причем главные ее потери связаны с испарением при орошении. На промышленность уходит 23% всей потребляемой воды, а коммунальное хозяйство забирает не так много — около 11%. Но в абсолютном выражении цифра получается внушительная.

Как бороться с дефицитом

Техногенный дефицит воды можно и нужно преодолевать с помощью разных технологий  водосбережения. Этот   процесс уже начался. Если в прошлом практически во всех странах потребление воды непрерывно  увеличивалось, то в 80-х годах прошлого века в экономически развитых странах начался перелом. Создавались менее водоемкие производства, внедрялись оборотные и повторные системы использования воды в производственных операциях,  капельное орошение в сельском хозяйстве и многое другое. Все это дало свои плоды — темпы прироста водопотребления уменьшились (при этом в абсолютных цифрах объем еще нарастает). Конечно, для внедрения сберегающих технологий понадобились экономические инструменты регулирования — такие предприятия получали  налоговые льготы. Но результат стоил того: появились дорогие технологии в промышленности, позволяющие выпускать килограмм продукции с меньшими затратами воды. В сельском хозяйстве эффективные подземные капельные системы орошения также резко снизили расходы воды и повысили урожайность с гектара (табл. 2). В России пока что самые высокие затраты воды на производство единицы сельскохозяйственной продукции.

Потребление воды

Тем не менее ситуация у нас также изменяется в лучшую сторону. Например, в конце 90-х годов ХХ века на одного жителя Москвы расходовалось более 500 литров воды в  сутки (эта цифра включала и затраты на водоснабжение промышленных предприятий). Прошли годы, и целенаправленная политика привела к тому, что все стали учитывать стоимость воды. Сегодня на одного москвича приходится 350—430 литров в сутки, и водопотребление устойчиво снижается. В этом отношении мы идем по пути, который же прошла Польша: там до 90-х  годов ХХ века существовал  техногенный тип дефицита воды. Нам безусловно есть куда стремиться —  ведь наши европейские соседи безболезненно снизили свои расходы питьевой воды примерно в три  раза по сравнению с российскими (рис. 2).

Если смотреть в будущее, то дефицит воды в разных регионах планеты будет зависеть от изменений климата. Специалисты, по сути, сходятся в том, что проблема обострится там,  где и сейчас есть трудности с водой и не хватает местных ресурсов. Наоборот, там, где воды в изобилии, ее станет еще больше. Ожидается, что в нашей стране в середине XXI века из-за повышения температуры воздуха (и увеличения испарения) произойдет довольно сильное изменение водных ресурсов. Оно будет пропорционально изменению коэффициента сухости, то есть  отношения максимально возможного слоя испарения к слою осадков. В результате уменьшится водоносность рек,  расположенных южнее широты Воронежа. На севере европейской территории, наоборот, водные ресурсы возрастут.
Что делать с дефицитом воды в новых климатических условиях, сказать очень сложно, поскольку это зависит от многих факторов. Решать эту задачу будут, скорее всего, снижая затраты воды в технологических циклах, но не ущемляя пользователей. Придется более полно использовать местные водные ресурсы. В этом смысле сеть  водохранилищ, созданная  в СССР, должна быть хорошим подспорьем. Эти водохранилища помогут справиться с проблемой в  маловодные периоды и сезоны.

Таблица 2

В любом случае проблема нехватки воды в разных регионах будет решаться в зависимости от причин ее возникновения и местных возможностей. И ни одно из решений не должно быть упущено. Речь идет и о таких непопулярных среди «чистых» экологов проектах, как перераспределение части ежегодно возобновляемых водных ресурсов. Кстати, этот метод оказался исключительно актуальным и эффективным для обеспечения водой Московского региона. В определенной мере это можно сказать и о системе перераспределения стока реки Кубань в пользу бассейнов рек Егорлык и Калаус, а также об использовании терских вод для увеличения водных ресурсов бассейна реки Кума в Северо-Кавказском районе. Как и в аналогичных ситуациях в других странах,  решение принимали,  учитывая все плюсы и минусы для населения, хозяйства и природной среды — все изменения, которыми отзовется перераспределение части возобновляемых ресурсов (обычно не больше 10%). Конечно, чисто теоретически лучше не менять природную структуру водных объектов, но как объяснить жителям засушливых регионов, что невозможно перераспределить так необходимую им воду ?
Тем более что это активно используют во всем мире. К концу 80-х годов прошлого века в мире ежегодно перераспределяли около 400 м. 3 воды (для сравнения: возобновляемый ресурс в устье Волги равен примерно 245  м3, а в низовьях самой водоносной реки Амазонки — около 6300  м3 в год). В настоящее время объем перераспределения стока рек еще больше. Основная доля приходится на Канаду, США, Индию и Китай. На территории бывшего Советского Союза перераспределялось около 40 м3/год.

Там, где системы перераспределения части стока рек созданы и эксплуатируются грамотно, они, безусловно, дают желаемый социальный и экономический  эффект (есть, конечно,  и негативные последствия). В нашей стране внутрибассейновое перераспределение части Волги в пользу Москвы-реки  обеспечило надежное водоснабжение Московского региона питьевой водой. Жители Калифорнии с гордостью говорят о положительном эффекте, который дало использование вод реки Сакраменто — они питают системы оросительных  каналов  в безводных районах штата. Вода обеспечила работой многомиллионное население этого засушливого региона США. Продовольственные проблемы, занятость и выравнивание экономического развития разных регионов Китая также строятся на планах перераспределения небольшой части стока крупных и средних рек страны. Следовательно, этот метод решения проблемы дефицита воды, как и другие, имеет право на существование. Главное — хорошо подумать и взвесить все «за» и «против».

Источник: «Химия и жизнь» №6 2010

Поделитесь своим мнением

Пожалуйста, зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.

© 2024 Экологический портал «Зеленая жизнь» - Zelife.ru
Любое копирование материалов экологического портала Zelife.ru допускается только при наличии активной гиперссылки на источник(и).