vesi, ilma ja ruoka ovat ihmisille tärkeimmät luonnonvarat. Ihminen voi elää vain muutaman minuutin ilman happea, alle viikon ilman vettä ja noin kuukauden ilman ruokaa. Vesi on myös välttämätöntä happi-ja ravinnonsaannillemme. Kasvit hajottavat vettä ja luovat sen avulla happea yhteyttämisprosessin aikana.
vesi on kaikille elollisille olennaisin yhdiste. Ihmislapsista noin 75% on vettä ja aikuisista 60% vettä. Aivoistamme on noin 85% vettä, verestä ja munuaisista 83% vettä, lihaksista 76% vettä ja jopa luista 22% vettä. Me menetämme jatkuvasti vettä hikoilemalla; lauhkeassa ilmastossa meidän pitäisi juoda noin 2 litraa vettä päivässä ja kuumassa aavikkoilmastossa ihmisten pitäisi juoda jopa 10 litraa vettä päivässä. 15% kehon veden menetys aiheuttaa yleensä kuoleman.
maa on todella Vesiplaneetta. Nestemäisen veden runsaus maan pinnalla erottaa meidät muista aurinkokunnan kappaleista. Noin 70% maapallon pinta-alasta on merien peitossa ja noin puolet maan pinta-alasta on pilvien peitossa (myös vedestä) milloin tahansa. Vettä on planeetallamme hyvin paljon, noin 1,4 miljardia kuutiokilometriä (km3) eli noin 53 miljardia gallonaa henkeä kohti maapallolla. Kaikki maapallon vesi voisi peittää Yhdysvallat 145 kilometrin syvyyteen. Ihmisen näkökulmasta ongelma on se, että yli 97 prosenttia siitä on merivettä, joka on liian suolaista juotavaksi tai kasteluun. Yleisimmin käytettyjä vesilähteitä ovat joet ja järvet, jotka sisältävät alle 0,01% maailman vedestä!
yksi tärkeimmistä ympäristötavoitteista on puhtaan veden tarjoaminen kaikille ihmisille. Onneksi vesi on uusiutuva luonnonvara ja sitä on vaikea tuhota. Haihdunta ja sadanta yhdessä täydentävät makean veden varantoamme jatkuvasti; veden saatavuutta vaikeuttaa kuitenkin veden epätasainen jakautuminen maapallolla. Kuiva ilmasto ja tiheästi asutut alueet ovat monissa osissa maailmaa yhdistäneet voimansa luodakseen vesipulan, jonka ennustetaan pahenevan tulevina vuosina väestönkasvun ja ilmastonmuutoksen vuoksi. Ihmisten toimet, kuten veden liikakäyttö ja veden saastuminen, ovat pahentaneet merkittävästi nykyistä vesikriisiä. Sadoilla miljoonilla ihmisillä ei ole saatavilla puhdasta juomavettä, ja miljardeilla ihmisillä ei ole mahdollisuutta parannettuun puhtaanapitoon, kuten käymälään. Tämän seurauksena lähes kaksi miljoonaa ihmistä kuolee vuosittain ripulitauteihin, ja 90 prosenttia näistä kuolemista tapahtuu alle 5-vuotiailla lapsilla. Useimmat näistä ovat helposti ehkäistävissä kuolemia.
vesi on ainoa yleinen aine, jota esiintyy luonnossa maapallolla kolmessa muodossa: kiinteänä, nestemäisenä ja kaasuna. Sitä jaetaan eri paikkoihin, joita kutsutaan vesialtaiksi. Valtameret ovat selvästi suurimmat altaista, joissa on noin 97% kaikesta vedestä, mutta vesi on liian suolaista useimmille ihmisille (Kuva 1). Jäätiköt ja jäätiköt ovat suurimmat makean veden varannot, mutta tämä vesi sijaitsee hankalasti lähinnä Etelämantereella ja Grönlannissa. Matala pohjavesi on suurin käyttökelpoisen makean veden varasto. Vaikka joet ja järvet ovat eniten käytettyjä vesivaroja, ne edustavat vain pientä määrää maailman vedestä. Jos koko maailman vesi kutistuisi 1 gallonan kokoiseksi, niin makean veden kokonaismäärä olisi noin 1/3 kuppia, ja helposti käyttökelpoisen makean veden määrä olisi 2 ruokalusikallista.
vesi (tai hydrologinen) sykli (joka käsiteltiin luvussa 3.2) näyttää veden liikettä eri altaissa, joita ovat valtameret, ilmakehä, jäätiköt, pohjavesi, järvet, joet ja biosfääri. Aurinkoenergia ja painovoima ohjaavat veden liikettä veden kiertokulussa. Yksinkertaisesti sanottuna veden kiertokulkuun kuuluu veden siirtyminen meristä, joista ja järvistä ilmakehään haihtumalla muodostaen pilviä. Pilvistä sataa räntänä (sateena ja lumena) sekä vettä että maata. Maalla oleva vesi voi joko palata mereen pintavalumien, jokien, jäätiköiden ja pohjaveden virtaamien kautta tai palata ilmakehään haihduttamalla tai transpiroimalla (kasvien aiheuttama veden menetys ilmakehään).
tärkeä osa veden kiertokulkua on veden suolapitoisuuden vaihtelu eli veteen liuenneiden ionien runsaus. Valtamerten suolavesi on erittäin suolaista: liuenneita ioneja on noin 35 000 mg litrassa merivettä. Haihdutus (jossa vesi muuttuu nestemäisestä kaasuksi ympäristön lämpötilassa) on tislausprosessi, jossa syntyy lähes puhdasta vettä, jossa ei ole liuenneita ioneja juuri lainkaan. Veden höyrystyessä se jättää liuenneet ionit alkuperäiseen nestefaasiin. Lopulta tiivistyminen (jossa vesi muuttuu kaasusta nesteeksi) muodostaa pilviä ja joskus sadetta (sadetta ja lunta). Sadeveden laskeuduttua maahan se liuottaa kiveen ja maaperään mineraaleja, mikä lisää sen suolapitoisuutta. Useimpien järvien, jokien ja lähellä pintaa olevien pohjavesien suolapitoisuus on suhteellisen alhainen, ja niitä kutsutaan makeavetisiksi. Seuraavissa jaksoissa käsitellään veden kiertokulun tärkeitä osia suhteessa makeaan veteen.
primaariset makean veden luonnonvarat: sademäärät
sademäärät jakautuvat epätasaisesti eri puolilla maapalloa, mikä vaikuttaa makean veden saatavuuteen (kuva 3). Enemmän sadetta sataa Päiväntasaajan lähellä, kun taas vähemmän sadetta tulee yleensä lähelle 30 astetta pohjoista ja eteläistä leveyttä, missä sijaitsevat maailman suurimmat aavikot. Nämä sademäärät ja ilmastotavat liittyvät maailmanlaajuisiin Tuulen kiertokulkusoluihin. Päiväntasaajan voimakas auringonvalo kuumentaa ilmaa aiheuttaen sen kohoamisen ja jäähtymisen, mikä heikentää ilmamassan kykyä pidättää vesihöyryä ja johtaa toistuviin rankkasateisiin. Noin 30 astetta pohjoista ja eteläistä leveyttä laskeva ilma tuottaa lämpimämpää ilmaa, mikä lisää sen kykyä pidättää vesihöyryä ja johtaa kuiviin olosuhteisiin. Sekä näiden leveysalueiden kuiva ilma että lämpimät lämpötilat suosivat haihtumista. Maapallon sademääriin ja ilmastomalleihin vaikuttavat myös mantereiden koko, suuret merivirrat ja vuoret.
Pintavesivarat: Joet, Järvet, Jäätiköt
sateesta ja sulaneesta lumesta maalla virtaava vesi kulkeutuu joen uomiin pintavalumina (Kuva 4) ja pohjaveden tihkumisena (kuva 5). Joen purkaus kuvaa joen uomassa ajan mittaan liikkuvan veden määrää (kuva 6). Pintavalumien ja pohjaveden tihkumisen suhteellinen osuus jokien päästöistä riippuu sademääristä, kasvillisuudesta, topografiasta, maankäytöstä ja maaperän ominaisuuksista. Pian rankkasateen jälkeen jokien purkautuminen lisääntyy pintavalumien vuoksi. Jokiveden Tasainen normaali virtaus on pääosin jokeen purkautuvasta pohjavedestä. Painovoima vetää jokivettä alamäkeen kohti merta. Matkan varrella joen liikkuva vesi voi syövyttää maaperähiukkasia ja liuottaa mineraaleja. Pohjavedessä on myös paljon jokiveden liuenneita mineraaleja. Joen ja sen sivujokien ojittamaa maantieteellistä aluetta kutsutaan valuma-alueeksi tai vedenjakajaksi. Mississippijoen valuma-alueeseen kuuluu noin 40% Yhdysvaltain pinta-alasta, johon kuuluvat pienemmät valuma-alueet, kuten Ohiojoki ja Missourijoki, jotka auttavat sen muodostamisessa. Joet ovat tärkeä vesivara viljelysmaiden kasteluun ja juomaveteen monissa kaupungeissa ympäri maailmaa. Jokia, joilla on ollut kansainvälisiä kiistoja vesihuollosta, ovat Colorado (Meksiko, Lounais-Yhdysvallat), Niili (Egypti, Etiopia, Sudan), Eufrat (Irak, Syyria, Turkki), Ganges (Bangladesh, Intia) ja Jordania (Israel, Jordania, Syyria).
jokien lisäksi myös järvet voivat olla erinomainen makean veden lähde ihmisen käyttöön. Ne saavat yleensä vettä pintavalumavesistä ja pohjavesipäästöistä. Ne ovat geologisella aikavälillä yleensä lyhytikäisiä, koska ne täyttyvät jatkuvasti jokien tuomasta sedimentistä. Järvet muodostavat eri tavoin, mukaan lukien jäätiköityminen, viimeaikainen tektoninen kohotus (esim., Lake Tanganjika, Afrikka), ja tulivuorenpurkaukset (esim., Crater Lake, Oregon). Ihmiset myös luovat tekojärviä (tekojärviä) patoamalla jokia. Suuret muutokset ilmastossa voivat aiheuttaa suuria muutoksia järven koossa. Kun maa oli tulossa ulos viime jääkauden noin 15000 vuotta sitten, ilmasto Länsi U.S. muuttui viileästä ja kosteasta lämpimäksi ja kuivaksi, mikä aiheutti yli 100 suuren järven katoamisen. Utahin Suuri suolajärvi on jäänne paljon suuremmasta järvestä nimeltä Lake Bonneville.
vaikka jäätiköt muodostavat suurimman makean veden varaston, niitä ei yleensä käytetä vesilähteenä, koska ne sijaitsevat liian kaukana useimmista ihmisistä (Kuva 7). Jäätiköiden sulaminen on jokiveden ja pohjaveden luonnollinen lähde. Viime jääkaudella jäätiköissä oli jopa 50% enemmän vettä kuin nykyään, minkä vuoksi merenpinta oli noin 100 metriä alempana. Kuluneen vuosisadan aikana merenpinta on noussut osittain jäätiköiden sulamisen vuoksi. Jos maapallon ilmasto lämpenee edelleen, sulavat jäätiköt nostavat merenpintaa entisestään.
pohjavesivarat
vaikka suurin osa maailman ihmisistä käyttää pintavettä, pohjavesi on paljon suurempi käyttökelpoisen makean veden varasto, jossa on yli 30 kertaa enemmän vettä kuin joissa ja järvissä yhteensä. Pohjavesi on erityisen tärkeä luonnonvara kuivissa ilmastoissa, joissa pintavedestä voi olla pulaa. Lisäksi pohjavesi on ensisijainen vesilähde maaseudun asunnonomistajille, joka tarjoaa 98% että veden tarve Yhdysvalloissa.. Pohjavesi on vettä, joka sijaitsee pienissä tiloissa, joita kutsutaan huokostiloiksi, maanalaisten maa-ainesten (kiven tai sedimentin) mineraalirakeiden ja murtumien välissä. Suurin osa pohjavedestä on peräisin sateesta tai lumimyrskystä, joka tunkeutuu maahan ja liikkuu alaspäin, kunnes se saavuttaa kyllästyneen vyöhykkeen (jossa pohjavesi täyttää kokonaan huokospaikat maa-aineksissa).
muita pohjavesilähteitä ovat pintavesien (järvet, joet, tekoaltaat ja suot) tihkuminen, maahan tarkoituksellisesti pumpattu pintavesi, kastelu ja maanalaiset jätevedenpuhdistusjärjestelmät (sakokaivot). Recharge-alueet ovat paikkoja, joissa pintavesi tunkeutuu maahan sen sijaan, että se valuisi jokiin tai haihtuisi. Esimerkiksi kosteikot ovat erinomaisia virkistysalueita. Suuri pinta-ala huokoista kiveä, joka pitää sisällään vettä, on pohjavesialuetta. Pohjavesiesiintymiä porataan yleisesti ja kaivoja asennetaan, jotta saadaan vettä maatalouteen ja henkilökohtaiseen käyttöön.
vedenkäyttö Yhdysvalloissa ja maailmassa
ihmiset tarvitsevat vettä, usein suuria määriä, tuottaakseen käyttämänsä ruoka -, energia-ja mineraalivarat. Ajatellaanpa esimerkiksi seuraavia likimääräisiä vedentarpeita, joita teollisuusmaiden ihmiset käyttävät päivittäin: yksi tomaatti = 3 gallonaa; yksi kilowattitunti sähköä lämpövoimalaitoksesta = 21 gallonaa; yksi leipä = 150 gallonaa; yksi naula naudanlihaa = 1600 gallonaa; ja yksi tonni terästä = 63000 gallonaa. Ihminen tarvitsee vain noin 1 gallona päivässä hengissä, mutta tyypillinen henkilö Yhdysvalloissa kotitaloudessa käyttää noin 100 litraa päivässä, joka sisältää ruoanlaitto, tiskaaminen ja vaatteet, huuhtelu wc, ja uiminen. Alueen vedentarve on asukasluvun ja muun vedenkäytön funktio.
veden kokonaiskäyttö maailmassa kasvaa jatkuvasti nopeammin kuin maailman väestönkasvu (kuvio 10). 1900-luvulla maailman väkiluku kolminkertaistui ja veden tarve kasvoi kuusinkertaiseksi. Maailman vedentarpeen kasvu yli väestönkasvun nopeuden johtuu elintason parantumisesta ilman, että vesiensuojelu kompensoi sitä. Lisääntynyt tavara-ja energiantuotanto merkitsee suurta veden kysynnän kasvua. Maailman suurimmat vedenkäyttöalueet ovat kastelu (68%), Julkinen Vesihuolto (21%) ja teollisuus (11%).
Attribution
Essentials of Environmental Science by Kamala Doršner on lisensoitu CC BY 4.0-lisenssillä. Muokattu alkuperäisestä Matthew R. Fisher.