vand, luft og mad er de vigtigste naturressourcer for mennesker. Mennesker kan kun leve et par minutter uden ilt, mindre end en uge uden vand og omkring en måned uden mad. Vand er også afgørende for vores ilt-og fødevareforsyning. Planter nedbryder vand og bruger det til at skabe ilt under fotosynteseprocessen.
vand er den mest essentielle forbindelse til alle levende ting. Menneskelige babyer er cirka 75% vand, og voksne er 60% vand. Vores hjerne er omkring 85% vand, blod og nyrer er 83% vand, muskler er 76% vand, og selv knogler er 22% vand. Vi mister konstant vand ved sved; i tempererede klimaer skal vi drikke omkring 2 liter vand om dagen, og folk i varme ørkenklimaer skal drikke op til 10 liter vand om dagen. Tab af 15% af kropsvand forårsager normalt død.
jorden er virkelig Vandplaneten. Overfloden af flydende vand på jordens overflade adskiller os fra andre kroppe i solsystemet. Cirka 70% af jordens overflade er dækket af oceaner, og cirka halvdelen af jordens overflade er til enhver tid skjult af skyer (også lavet af vand). Der er en meget stor mængde vand på vores planet, omkring 1,4 milliarder kubik kilometer (km3) (330 millioner kubik miles) eller omkring 53 milliarder gallon pr. Alt Jordens vand kunne dække USA til en dybde på 145 km (90 mi). Fra et menneskeligt perspektiv er problemet, at over 97% af det er havvand, som er for salt til at drikke eller bruge til kunstvanding. De mest almindeligt anvendte vandkilder er floder og søer, som indeholder mindre end 0,01% af verdens vand!
et af de vigtigste miljømål er at give rent vand til alle mennesker. Heldigvis er vand en vedvarende ressource og er vanskelig at ødelægge. Fordampning og nedbør kombineres for at genopfylde vores ferskvandsforsyning konstant; vandtilgængelighed kompliceres dog af dens ujævne fordeling over jorden. Tørt klima og tætbefolkede områder har kombineret i mange dele af verden for at skabe vandmangel, som forventes at forværres i de kommende år på grund af befolkningstilvækst og klimaændringer. Menneskelige aktiviteter som overforbrug af vand og vandforurening har forværret den vandkrise, der findes i dag, betydeligt. Hundreder af millioner af mennesker mangler adgang til sikkert drikkevand, og milliarder af mennesker mangler adgang til forbedret sanitet så simpelt som en pit latrin. Som følge heraf dør næsten to millioner mennesker hvert år af diarreale sygdomme, og 90% af disse dødsfald forekommer blandt børn under 5 år. De fleste af disse er let forhindret dødsfald.
vand er det eneste almindelige stof, der forekommer naturligt på jorden i tre former: fast, flydende og gas. Det er fordelt på forskellige steder, kaldet vandreservoirer. Havene er langt den største af reservoirerne med omkring 97% af alt vand, men det vand er for saltvand til de fleste menneskelige anvendelser (Figur 1). Iskapper og gletsjere er de største reservoirer af ferskvand, men dette vand er ubelejligt placeret, hovedsagelig i Antarktis og Grønland. Lavt grundvand er det største reservoir af brugbart ferskvand. Selvom floder og søer er de mest anvendte vandressourcer, repræsenterer de kun en lille mængde af verdens vand. Hvis alt verdens vand blev krympet til størrelsen af 1 gallon, ville den samlede mængde ferskvand være omkring 1/3 kop, og mængden af let anvendeligt ferskvand ville være 2 spsk.
den vandcyklus (eller hydrologiske cyklus) (der var omfattet af kapitel 3.2) viser vandets bevægelse gennem forskellige reservoirer, som omfatter oceaner, atmosfære, gletsjere, grundvand, søer, floder og Biosfære. Solenergi og tyngdekraft driver vandets bevægelse i vandcyklussen. Kort sagt, vandcyklussen involverer vand, der bevæger sig fra oceaner, floder og søer til atmosfæren ved fordampning og danner skyer. Fra skyer falder det som nedbør (regn og sne) på både vand og land. Vandet på land kan enten vende tilbage til havet ved overfladeafstrømning, floder, gletsjere og grundvand under jorden eller vende tilbage til atmosfæren ved fordampning eller transpiration (tab af vand fra planter til atmosfæren).
en vigtig del af vandcyklussen er, hvordan vand varierer i saltholdighed, hvilket er overflod af opløste ioner i vand. Saltvandet i oceanerne er meget saltvand med omkring 35.000 mg opløste ioner pr. Fordampning (hvor vand skifter fra væske til gas ved omgivelsestemperaturer) er en destillationsproces, der producerer næsten rent vand med næsten ingen opløste ioner. Når vand fordamper, efterlader det de opløste ioner i den oprindelige væskefase. Til sidst danner kondens (hvor vand skifter fra gas til væske) skyer og undertiden nedbør (regn og sne). Efter at regnvand falder på land, opløser det mineraler i sten og jord, hvilket øger dets saltholdighed. De fleste søer, floder og grundvand nær overfladen har en relativt lav saltholdighed og kaldes ferskvand. De næste afsnit diskuterer vigtige dele af vandcyklussen i forhold til ferskvandsressourcer.
primære ferskvandsressourcer: nedbør
Nedbørsniveauer er ujævnt fordelt over hele kloden, hvilket påvirker tilgængeligheden af ferskvand (figur 3). Mere nedbør falder nær ækvator, mens mindre nedbør har tendens til at falde nær 30 grader nord og syd breddegrad, hvor verdens største ørkener er placeret. Disse regn-og klimamønstre er relateret til globale vindcirkulationsceller. Det intense sollys ved ækvator opvarmer luft, hvilket får den til at stige og afkøle, hvilket mindsker luftmassens evne til at holde vanddamp og resulterer i hyppige regnvejr. Omkring 30 grader nord og syd breddegrad producerer faldende luftforhold varmere luft, hvilket øger dens evne til at holde vanddamp og resulterer i tørre forhold. Både de tørre luftforhold og de varme temperaturer på disse breddegradsbælter favoriserer fordampning. Globale nedbør og klimamønstre påvirkes også af størrelsen på kontinenter, store havstrømme og bjerge.
Overfladevandressourcer: Floder, Søer, Gletsjere
strømmende vand fra regn og smeltet sne på land kommer ind i flodkanaler ved overfladeafstrømning (figur 4) og grundvand (figur 5). Flodudladning beskriver mængden af vand, der bevæger sig gennem en flodkanal over tid (figur 6). De relative bidrag fra overfladeafstrømning vs. grundvandsudsivning til flodudledning afhænger af nedbørsmønstre, vegetation, topografi, arealanvendelse, og jordegenskaber. Kort efter en kraftig regnvejr øges flodudladningen på grund af overfladeafstrømning. Den stadige normale strøm af flodvand er hovedsageligt fra grundvand, der udledes i floden. Tyngdekraften trækker flodvand ned ad bakke mod havet. Undervejs kan det bevægende vand i en flod erodere jordpartikler og opløse mineraler. Grundvand bidrager også med en stor mængde af de opløste mineraler i flodvand. Det geografiske område drænet af en flod og dens bifloder kaldes et dræningsbassin eller vandskel. 40% af USA, en foranstaltning, der inkluderer de mindre dræningsbassiner, såsom Ohio-floden og Missouri-floden, der hjælper med at omfatte den. Floder er en vigtig vandressource til kunstvanding af dyrkede arealer og drikkevand for mange byer rundt om i verden. Floder, der har haft internationale tvister om vandforsyning, inkluderer Colorado (sydvest USA), Nilen (Egypten, Etiopien, Sudan), Eufrat (Irak, Syrien, Tyrkiet), Ganges (Bangladesh, Indien) og Jordan (Israel, Jordan, Syrien).
ud over floder kan søer også være en fremragende kilde til ferskvand til menneskelig brug. De modtager normalt vand fra overfladeafstrømning og grundvandsudledning. De har tendens til at være kortvarige på en geologisk tidsskala, fordi de konstant udfylder sediment leveret af floder. Søer dannes på en række måder, herunder istid, nylig tektonisk løft (f.eks. Tanganyika-søen, Afrika) og vulkanudbrud (f. eks. Crater Lake, Oregon). Folk skaber også kunstige søer (reservoirer) ved at dæmme op for floder. Store ændringer i klimaet kan resultere i store ændringer i en sø størrelse. Da Jorden kom ud af den sidste istid for omkring 15.000 år siden, klimaet i det vestlige U.S. skiftede fra køligt og fugtigt til varmt og tørt, hvilket fik mere end 100 store søer til at forsvinde. Great Salt Lake i Utah er en rest af en meget større sø kaldet Lake Bonneville.
selvom gletsjere repræsenterer det største reservoir med ferskvand, bruges de generelt ikke som vandkilde, fordi de er placeret for langt fra de fleste mennesker (Figur 7). Smeltende gletsjere giver en naturlig kilde til flodvand og grundvand. I den sidste istid var der så meget som 50% mere vand i gletsjere, end der er i dag, hvilket fik havniveauet til at være omkring 100 m lavere. I løbet af det sidste århundrede er havniveauet steget delvist på grund af smeltende gletsjere. Hvis Jordens klima fortsætter med at varme, vil de smeltende gletsjere medføre en yderligere stigning i havets overflade.
grundvandsressourcer
selvom de fleste mennesker i verden bruger overfladevand, er grundvand et meget større reservoir med brugbart ferskvand, der indeholder mere end 30 gange mere vand end floder og søer tilsammen. Grundvand er en særlig vigtig ressource i tørre klimaer, hvor overfladevand kan være knappe. Derudover er grundvand den primære vandkilde for husejere i landdistrikterne og leverer 98% af dette vandbehov i USA.. Grundvand er vand placeret i små rum, kaldet porerum, mellem mineralkorn og brud i underjordiske jordmaterialer (sten eller sediment). Det meste grundvand stammer fra regn eller snesmeltning, som infiltrerer jorden og bevæger sig nedad, indtil det når det mættede område (hvor grundvand fuldstændigt fylder porerum i jordmaterialer).
andre kilder til grundvand inkluderer udsivning fra overfladevand (søer, floder, reservoirer og sumpe), overfladevand bevidst pumpet ned i jorden, kunstvanding og underjordiske spildevandsrensningssystemer (septiktanke). Genopladningsområder er steder, hvor overfladevand infiltrerer jorden i stedet for at løbe ind i floder eller fordampe. Vådområder er for eksempel fremragende genopladningsområder. Et stort område af underoverflade, porøs sten, der holder vand, er en akvifer. Grundvandsmagasiner er almindeligt boret, og brønde installeret, at give vand til landbrug og personlig brug.
vandforbrug i USA og verden
folk har brug for vand, ofte store mængder, for at producere de fødevarer, energi og mineralressourcer, de bruger. Overvej for eksempel disse omtrentlige vandbehov for nogle ting, som folk i den udviklede verden bruger hver dag: en tomat = 3 gallon; en kilovatt-time elektricitet fra et termoelektrisk kraftværk = 21 gallon; et brød = 150 gallon; et pund oksekød = 1.600 gallon; og et ton stål = 63.000 gallon. Mennesker kræver kun omkring 1 gallon om dagen for at overleve, men en typisk person i en amerikansk husstand bruger cirka 100 gallon om dagen, som omfatter madlavning, vask og tøj, skylning af toilettet og badning. Vandbehovet i et område er en funktion af befolkningen og andre anvendelser af vand.
verdens samlede vandforbrug stiger støt med en hastighed, der er større end verdens befolkningstilvækst (Figur 10). I løbet af det 20.århundrede tredobles den globale befolkning, og vandbehovet voksede med en faktor på seks. Stigningen i den globale vandefterspørgsel ud over befolkningstilvæksten skyldes forbedret levestandard uden modregning af vandbevarelse. Øget produktion af varer og energi medfører en stor stigning i vandefterspørgslen. De største globale vandanvendelser er kunstvanding (68%), offentlig forsyning (21%) og industri (11%).
Attribution
Essentials of Environmental Science af Kamala Dor Kurtner er licenseret under CC BY 4.0. Ændret fra originalen af Matthæus R. Fisher.