Гідросфера Землі та раціональне використання водних ресурсів

У гідросфері Землі, як уже зазначалося, відбувається кругообіг води. Переміщення води відбувається в усіх напрямках. Розподіл води в гідросфері, у тому числі, у різних агрегатних станах представлено в табл. 7.1.

Площа водної поверхні 360,8⋅106 км2, середня глибина світового океану 3,8 км.

Розчинені речовини визначають солоність – масу розчиненої речовини, у грамах, у 1000 г морської води. Так, наприклад, визначається хлорність морської води. Згідно з формулою Кнудсена

S = 0,03 + 1,805С, де S – солоність води, С – хлорність води.

Солоність вод океану визначається кількома хімічними елементами – іонами. Це катіони 2+, Ca 2+, аніони 24−, HCO 3−. На інші елементи припадає 4,2 %. Солоність S води в океані змінюється в межах 34 – 36 %. Важлива ланка в кругообігу води – льодовики. Вони формуються в полярних і високогірних районах і характеризуються малою мінералізацією. Континентальні води – річки, озера, болота – утворюються відповідно до клімату даної місцевості й за складом розчинених солей також різноманітні. При цьому співвідношення концентрації іонів досить постійні й обернені морській воді:

у морській воді 2 2 24 3−, у материкових водах: Mg 2 2 24 3−.

Підземні води по-різному мінералізовані, вирізняються відсутністю кисню. Їхні верхні шари – ґрунтові води – беруть участь у кругообігу води. До підземних вод належать і термальні води – гейзери. Оскільки води Землі мінералізовані й постійно мігрують, гідросфера бере участь у кругообігу речовин (мікроелементів) у біосфері.

Форма знаходження Обсяг, 103 км3 Відсоток у тому числі активного водообміну 4000 0,3

Річкові води 1,2 ∼0,0001

Прісні води становлять 3 % маси всіх вод Землі. Реально доступною або придатною для використання людьми є 0,001 частина прісних вод.

Споживачі прісної води

Прісна вода витрачається на задоволення господарсько-побутових потреб населення, промисловістю, сільським господарством. Розрізняють зворотне споживання – з поверненням забраної води в джерело (комунальне господарство, промисловість, водосховища) і безповоротне водоспоживання – з витратою її на фільтрацію, випаровування тощо (в основному, у сільському господарстві). Хоча запаси річкових вод невеликі (1200 км3 або 0,0001 % обсягу всієї гідросфери), саме річкова вода забезпечує основний обсяг споживаної води в побуті та народному господарстві, оскільки річкові води мають значну здатність до відновлення й самоочищення.

Процес урбанізації, інтенсивний розвиток промисловості, сільського господарства ведуть до безперервного зростання водоспоживання (протягом 20-го століття воно зросло більш ніж у 7 разів). На рис. 7.1. показано динаміку водоспоживання у світі за видами господарської діяльності. На 2000 р. 63 % повного водоспоживання (або 86 % безповоротного) у світі припадає на сільське господарство. Так, за 20-те століття площа зрошуваних земель зросла з 47 млн. га до 347 млн. га. Приблизно така ж ситуація до 1991-92 рр. склалася в колишньому СРСР: споживання води на промислові потреби становило близько 30 %, у сільському господарстві – 57 %, у комунальному господарстві – 8 %. Істотно інша ситуація в Російській Федерації: у 1991 р. зі спожитих 117 км3 на потреби промисловості пішло 53%, на сільське господарство – понад 20 %, на господарсько-питні потреби – 15 %.

На багатьох річках Росії водозабір перевищив усі допустимі норми й становить понад 50 % від середнього багаторічного стоку (р. Кубань, Урал, Міас та ін.). На річці Дон водозабір склав 64 %. Це свідчить про те, що спостережувана деградація водних об'єктів, особливо в європейській частині Росії, на Уралі, у Кузбасі пов'язана з великим забором води.

Втрати прісної води. Екологічні наслідки

Як зазначено вище (розд. 7.2), обсяг річкових вод становить мізерну частину (0,0001 %) обсягу гідросфери. Тим часом до теперішнього часу споживання людиною прісної води здійснюється, головним чином, за рахунок вод річкового стоку. Це зрозуміло: річкова мережа найбільш доступна для вилучення прісної води як за поширеністю по земній поверхні (порівняно, наприклад, з озерами, в яких прісної води міститься більше на два порядки величини, але розподілені озера вкрай нерівномірно), так і за енергетичними та іншими витратами на вилучення (порівняно, наприклад, із забором води з підземних джерел). Крім того, води річкової мережі найбільш динамічні й здатні до відновлення та самоочищення. Річний стік річкової мережі у світовий океан становить, за різними оцінками, у середньому (15-16)⋅103 км3/рік. Якщо віднести досягнуте на 2000 р. водоспоживання у світі (5190 км3/рік, рис. 7.1.) до середнього багаторічного стоку світової річкової мережі (15-16) ⋅103 км3/рік, то виявиться, що усереднений загальносвітовий водозабір наближається до 30% від загальносвітового усередненого стоку річкової мережі. Звісно, у такій оцінці не враховано водозабір із підземних джерел, з озер (цей водозабір враховано в прогнозній величині водоспоживання 5190 км3/рік). Тому реальне відношення річного водозабору до річного стоку буде дещо меншим за 30%, але справа йде до цього.

У цій ситуації надзвичайно важливо максимально мінімізувати безповоротне водоспоживання. Тобто таке водоспоживання, при якому певна частка води, що забирається водокористувачем, наприклад, із річкової мережі, до річкової мережі не повертається. На жаль, сьогоднішні технології в промисловості, сільському господарстві, комунальному господарстві зумовлюють значні втрати прісної води. У табл. 7.2. для зазначених видів господарської діяльності наведено дані щодо повного водоспоживання та безповоротних втрат (у знаменнику, тут же – відсотковий вміст втрат) на території колишнього СРСР у 1900, 1980 та 2000 рр.

Як випливає з табл. 7.2., у 2000 р. на території колишнього СРСР із 440 км3 спожитих прісних вод 270 км3 (або 61,4 %) безповоротно вилучено, насамперед, із річкового стоку. Якщо припустити, що на території колишнього СРСР, як і в середньому у світі, водозабір становить ∼30 % від стоку, то з урахуванням того, що безповоротні втрати прісних вод у 2000 р. оцінені в 61,4 %, виходить, що річкова мережа цієї території сьогодні безповоротно втрачає 0,614·30 % ≈ 18,5 % свого стоку. Цю ж цифру можна, у першому наближенні, віднести і до світу в цілому.

Повне водоспоживання та безповоротні втрати, у км /рік за видами господарської діяльності на території колишнього СРСР

Сільське 41,6 130,5 250,5 господарство 26,4(63,5%) 60,2(46,1%) 205,2(81,9%)

0,1 (10%) 5(7.1%) 34 (26,15%)

Комунальне 1,6 9,7 34 господарство 0,6 (37,5%) 2 (20,6%) 7 (20,5%)

Водосховища 0 14,6 23,4

0 14,6 (100%) 23,4 (100%) (округлено) 28 (63,6%) 107 (47,5%) 270 (61,4%)

Екологічні наслідки дефіциту водних ресурсів

Зрозуміло, дані втрати не є абсолютно безповоротними для біосфери. Фактично в процесі водокористування частина води з річкової мережі переводиться в атмосферну вологу за рахунок випаровування (як, наприклад, у пристроях охолодження нагрітих вод ТЕС і АЕС) або в ґрунтову та атмосферну вологу (як при зрошенні в сільському господарстві) і, таким чином, залишається в біосфері.

Але водоймам, точніше біоті водойм, насамперед річок, від цього не легше: зменшення практично на 20 % маси води в річках призводить до різкої зміни умов існування всіх учасників екологічних процесів у водоймах. Інтенсивне одночасне забруднення річкових вод комунальними, промисловими та сільськогосподарськими стоками веде до деградації річок річкової системи території колишнього СРСР.

Характерні приклади:

• річки Середньої Азії – Амудар’я і Сирдар’я, практично «розібрані» на зрошення бавовняних плантацій та інші господарські потреби на шляху їх слідування до Аральського озера-моря, що і зумовило, таким чином, загибель Аральського моря, яка розпочалася;
• річка Дон, водозабір якої становив 64 %, що відповідає безповоротним втратам його вод у 40 %, а в червні-серпні, на які припадає понад 60 % водозабору, легендарний тихий Дон взагалі ледь животіє.

Вплив водозабору на екосистеми та естуарії

При безповоротному відведенні води екологічні наслідки зачіпають не тільки власне річку. Пересихають або вже пересохли болота вздовж безлічі річок, оскільки болота набагато меншою мірою підживлюються періодичними паводками. Це призводить до зникнення великої кількості водоплавної дичини та багатьох видів тварин і рослин, що раніше мешкали в цих місцях.

Це стосується і естуаріїв-заток, у яких прісна вода, що виходить із гирл річок у Світовий океан, поступово змішується з морською. Естуарії – одні з найбільш продуктивних екосистем у біосфері: чудові місця розмноження багатьох видів риб, молюсків, водяних птиць.

При зменшенні річкового стоку солоність води в естуаріях зростає, що різко змінює екологію даних вод. Так, екологічна обстановка в північній частині Каліфорнійської затоки (Мексика) помітно змінюється у зв’язку зі значним зменшенням притоку прісної води з річки Колорадо: забір води на зрошення та водопостачання міста Лос-Анджелеса стрімко наближається до 100 % її середньорічного стоку, і те місце, де річка впадає в Каліфорнійську затоку, тепер часто являє собою її сухе русло.