Acqua, aria e cibo sono le risorse naturali più importanti per le persone. Gli esseri umani possono vivere solo pochi minuti senza ossigeno, meno di una settimana senza acqua e circa un mese senza cibo. L’acqua è anche essenziale per il nostro approvvigionamento di ossigeno e cibo. Piante ripartizione acqua e usarlo per creare ossigeno durante il processo di fotosintesi.
L’acqua è il composto più essenziale per tutti gli esseri viventi. I bambini umani sono circa il 75% di acqua e gli adulti sono il 60% di acqua. Il nostro cervello è circa l ‘85% di acqua, il sangue e i reni sono l’ 83% di acqua, i muscoli sono il 76% di acqua e persino le ossa sono il 22% di acqua. Perdiamo costantemente acqua dal sudore; nei climi temperati dovremmo bere circa 2 litri di acqua al giorno e le persone nei caldi climi desertici dovrebbero bere fino a 10 litri di acqua al giorno. La perdita del 15% dell’acqua corporea di solito causa la morte.
La Terra è veramente il pianeta dell’Acqua. L’abbondanza di acqua liquida sulla superficie terrestre ci distingue dagli altri corpi del sistema solare. Circa il 70% della superficie terrestre è coperta da oceani e circa la metà della superficie terrestre è oscurata da nuvole (fatte anche di acqua) in qualsiasi momento. C’è un volume molto grande di acqua sul nostro pianeta, circa 1,4 miliardi di chilometri cubi (km3) (330 milioni di miglia cubiche) o circa 53 miliardi di galloni a persona sulla Terra. Tutta l’acqua della Terra potrebbe coprire gli Stati Uniti fino a una profondità di 145 km (90 miglia). Dal punto di vista umano, il problema è che oltre il 97% di esso è acqua di mare, che è troppo salata per bere o utilizzare per l’irrigazione. Le fonti d’acqua più comunemente utilizzate sono fiumi e laghi, che contengono meno dello 0,01% dell’acqua del mondo!
Uno degli obiettivi ambientali più importanti è quello di fornire acqua pulita a tutte le persone. Fortunatamente, l’acqua è una risorsa rinnovabile ed è difficile da distruggere. Evaporazione e precipitazione si combinano per ricostituire costantemente la nostra fornitura di acqua dolce; tuttavia, la disponibilità di acqua è complicata dalla sua distribuzione irregolare sulla Terra. Il clima arido e le aree densamente popolate si sono combinati in molte parti del mondo per creare carenze idriche, che si prevede peggioreranno nei prossimi anni a causa della crescita della popolazione e dei cambiamenti climatici. Attività umane come l’uso eccessivo di acqua e l’inquinamento delle acque hanno aggravato in modo significativo la crisi idrica che esiste oggi. Centinaia di milioni di persone non hanno accesso all’acqua potabile sicura e miliardi di persone non hanno accesso a servizi igienici migliorati semplici come una latrina. Di conseguenza, quasi due milioni di persone muoiono ogni anno a causa di malattie diarroiche e il 90% di queste morti si verifica tra i bambini di età inferiore ai 5 anni. La maggior parte di questi sono morti facilmente prevenute.
L’acqua è l’unica sostanza comune che si presenta naturalmente sulla terra in tre forme: solido, liquido e gas. È distribuito in varie località, chiamate serbatoi d’acqua. Gli oceani sono di gran lunga il più grande dei serbatoi con circa il 97% di tutta l’acqua, ma che l’acqua è troppo salina per la maggior parte degli usi umani (Figura 1). Calotte glaciali e ghiacciai sono i più grandi serbatoi di acqua dolce, ma questa acqua è scomodamente situato, soprattutto in Antartide e Groenlandia. Le acque sotterranee poco profonde sono il più grande serbatoio di acqua dolce utilizzabile. Sebbene fiumi e laghi siano le risorse idriche più utilizzate, rappresentano solo una piccola quantità di acqua del mondo. Se tutta l’acqua del mondo fosse ridotta alle dimensioni di 1 gallone, la quantità totale di acqua dolce sarebbe di circa 1/3 di tazza e la quantità di acqua dolce facilmente utilizzabile sarebbe di 2 cucchiai.
Il ciclo dell’acqua (o idrologico) (che è stato trattato nel capitolo 3.2) mostra il movimento dell’acqua attraverso diversi serbatoi, che includono oceani, atmosfera, ghiacciai, acque sotterranee, laghi, fiumi e biosfera. L’energia solare e la gravità guidano il movimento dell’acqua nel ciclo dell’acqua. In poche parole, il ciclo dell’acqua comporta lo spostamento dell’acqua da oceani, fiumi e laghi all’atmosfera per evaporazione, formando nuvole. Dalle nuvole, cade come precipitazione (pioggia e neve) sia sull’acqua che sulla terra. L’acqua sulla terra può tornare all’oceano per deflusso superficiale, fiumi, ghiacciai e flusso di acque sotterranee sotterranee, o tornare all’atmosfera per evaporazione o traspirazione (perdita di acqua da parte delle piante nell’atmosfera).
Una parte importante del ciclo dell’acqua è come l’acqua varia in salinità, che è l’abbondanza di ioni disciolti in acqua. L’acqua salata negli oceani è altamente salina, con circa 35.000 mg di ioni disciolti per litro di acqua di mare. L’evaporazione (dove l’acqua passa da liquido a gas a temperatura ambiente) è un processo di distillazione che produce acqua quasi pura con quasi nessun ioni disciolti. Quando l’acqua vaporizza, lascia gli ioni disciolti nella fase liquida originale. Alla fine, la condensa (dove l’acqua passa da gas a liquido) forma nuvole e talvolta precipitazioni (pioggia e neve). Dopo che l’acqua piovana cade sulla terra, scioglie i minerali nella roccia e nel suolo, aumentando la sua salinità. La maggior parte dei laghi, fiumi e acque sotterranee vicino alla superficie hanno una salinità relativamente bassa e sono chiamati acqua dolce. Le prossime sezioni discutono parti importanti del ciclo dell’acqua relative alle risorse di acqua dolce.
Risorse primarie di acqua dolce: Precipitazioni
I livelli di precipitazione sono distribuiti in modo non uniforme in tutto il mondo, influenzando la disponibilità di acqua dolce (Figura 3). Più precipitazioni cadono vicino all’equatore, mentre meno precipitazioni tendono a cadere vicino a 30 gradi di latitudine nord e sud, dove si trovano i più grandi deserti del mondo. Questi modelli di precipitazioni e clima sono correlati alle cellule di circolazione del vento globale. L’intensa luce solare all’equatore riscalda l’aria, facendola salire e raffreddare, il che diminuisce la capacità della massa d’aria di trattenere il vapore acqueo e provoca frequenti temporali. Intorno a 30 gradi di latitudine nord e sud, le condizioni dell’aria discendente producono aria più calda, che aumenta la sua capacità di trattenere il vapore acqueo e si traduce in condizioni asciutte. Sia le condizioni dell’aria secca che le temperature calde di queste cinghie di latitudine favoriscono l’evaporazione. Le precipitazioni globali e i modelli climatici sono anche influenzati dalle dimensioni dei continenti, dalle principali correnti oceaniche e dalle montagne.
Risorse idriche superficiali: fiumi, laghi, ghiacciai
L’acqua che scorre dalla pioggia e dalla neve sciolta sulla terra entra nei canali del fiume per deflusso superficiale (Figura 4) e infiltrazioni di acque sotterranee (Figura 5). Lo scarico del fiume descrive il volume di acqua che si muove attraverso un canale fluviale nel tempo (Figura 6). I contributi relativi del deflusso superficiale rispetto alle infiltrazioni di acque sotterranee allo scarico del fiume dipendono dai modelli di precipitazione, dalla vegetazione, dalla topografia, dall’uso del suolo e dalle caratteristiche del suolo. Subito dopo un forte temporale, lo scarico del fiume aumenta a causa del deflusso superficiale. Il flusso normale costante dell’acqua del fiume proviene principalmente dalle acque sotterranee che si scaricano nel fiume. La gravità tira l’acqua del fiume in discesa verso l’oceano. Lungo la strada l’acqua in movimento di un fiume può erodere le particelle del suolo e sciogliere i minerali. Le acque sotterranee contribuiscono anche a una grande quantità di minerali disciolti nell’acqua del fiume. L’area geografica drenata da un fiume e dai suoi affluenti è chiamata bacino di drenaggio o spartiacque. Il bacino di drenaggio del fiume Mississippi comprende circa il 40% degli Stati Uniti, una misura che include i bacini di drenaggio più piccoli, come il fiume Ohio e il fiume Missouri che aiutano a comprenderlo. I fiumi sono un’importante risorsa idrica per l’irrigazione delle terre coltivate e l’acqua potabile per molte città in tutto il mondo. I fiumi che hanno avuto dispute internazionali sull’approvvigionamento idrico includono il Colorado (Messico, sud-ovest degli Stati Uniti), il Nilo (Egitto, Etiopia, Sudan), l’Eufrate (Iraq, Siria, Turchia), il Gange (Bangladesh, India) e la Giordania (Israele, Giordania, Siria).
Oltre ai fiumi, i laghi possono anche essere un’ottima fonte di acqua dolce per uso umano. Di solito ricevono acqua dal deflusso superficiale e dallo scarico delle acque sotterranee. Essi tendono ad essere di breve durata su scala temporale geologica perché sono costantemente riempiendo con sedimenti forniti dai fiumi. I laghi si formano in una varietà di modi tra cui glaciazione, recente sollevamento tettonico (ad esempio, Lago Tanganica, Africa) ed eruzioni vulcaniche (ad esempio, Crater Lake, Oregon). Le persone creano anche laghi artificiali (serbatoi) sbarrando i fiumi. Grandi cambiamenti climatici possono causare grandi cambiamenti nelle dimensioni di un lago. Come la Terra stava venendo fuori l ” ultima era glaciale su 15,000 anni fa, il clima nella U occidentale.S. cambiato da fresco e umido a caldo e arido, che ha causato la scomparsa di più di 100 grandi laghi. Il Grande lago Salato nello Utah è un residuo di un lago molto più grande chiamato Lago Bonneville.
Sebbene i ghiacciai rappresentino il più grande serbatoio di acqua dolce, generalmente non vengono utilizzati come fonte d’acqua perché si trovano troppo lontano dalla maggior parte delle persone (Figura 7). Lo scioglimento dei ghiacciai fornisce una fonte naturale di acqua di fiume e acque sotterranee. Durante l’ultima era glaciale c’era ben il 50% in più di acqua nei ghiacciai rispetto a oggi, il che ha causato un livello del mare di circa 100 m più basso. Nell’ultimo secolo, il livello del mare è aumentato in parte a causa dello scioglimento dei ghiacciai. Se il clima della Terra continua a riscaldarsi, lo scioglimento dei ghiacciai causerà un ulteriore aumento del livello del mare.
Risorse sotterranee
Sebbene la maggior parte delle persone nel mondo utilizzi acque superficiali, le acque sotterranee sono un serbatoio molto più grande di acqua dolce utilizzabile, contenente più di 30 volte più acqua di fiumi e laghi messi insieme. Le acque sotterranee sono una risorsa particolarmente importante nei climi aridi, dove le acque superficiali possono essere scarse. Inoltre, le acque sotterranee sono la fonte primaria di acqua per i proprietari di case rurali, fornendo il 98% di quella domanda di acqua negli Stati Uniti. Le acque sotterranee sono acque situate in piccoli spazi, chiamati spazio dei pori, tra grani minerali e fratture nei materiali terrestri sotterranei (roccia o sedimenti). La maggior parte delle acque sotterranee proviene dalla pioggia o dallo scioglimento della neve, che si infiltra nel terreno e si muove verso il basso fino a raggiungere la zona satura (dove le acque sotterranee riempiono completamente gli spazi dei pori nei materiali terrestri).
Altre fonti di acque sotterranee includono infiltrazioni da acque superficiali (laghi, fiumi, serbatoi e paludi), acque superficiali deliberatamente pompate nel terreno, irrigazione e sistemi di trattamento delle acque reflue sotterranee (fosse settiche). Le aree di ricarica sono luoghi in cui l’acqua superficiale si infiltra nel terreno piuttosto che correre nei fiumi o evaporare. Le zone umide, ad esempio, sono aree di ricarica eccellenti. Una vasta area di sub-superficie, roccia porosa che trattiene l’acqua è una falda acquifera. Le falde acquifere sono comunemente perforate e i pozzi installati per fornire acqua per l’agricoltura e l’uso personale.
Uso dell’acqua negli Stati Uniti e nel mondo
Le persone hanno bisogno di acqua, spesso grandi quantità, per produrre il cibo, l’energia e le risorse minerarie che usano. Consideriamo, ad esempio, questi requisiti approssimativi di acqua per alcune cose che le persone nel mondo sviluppato usano ogni giorno: un pomodoro = 3 galloni; un chilowattora di elettricità da una centrale termoelettrica = 21 galloni; una pagnotta di pane = 150 galloni; una libbra di manzo = 1.600 galloni; e una tonnellata di acciaio = 63.000 galloni. Gli esseri umani richiedono solo circa 1 gallone al giorno per sopravvivere, ma una persona tipica in una famiglia degli Stati Uniti utilizza circa 100 galloni al giorno, che comprende la cottura, lavare i piatti e vestiti, lavare il water e fare il bagno. La domanda di acqua di un’area è una funzione della popolazione e di altri usi dell’acqua.
Il consumo totale globale di acqua è in costante aumento a un ritmo superiore alla crescita della popolazione mondiale (figura 10). Durante il 20 ° secolo la popolazione globale triplicato e la domanda di acqua è cresciuta di un fattore di sei. L’aumento della domanda globale di acqua oltre il tasso di crescita della popolazione è dovuto al miglioramento del tenore di vita senza un compensato dalla conservazione dell’acqua. L’aumento della produzione di beni ed energia comporta un forte aumento della domanda di acqua. I principali usi globali dell’acqua sono l’irrigazione (68%), l’approvvigionamento pubblico (21%) e l’industria (11%).
Attribuzione
Essentials of Environmental Science di Kamala Doršner è sotto licenza CC BY 4.0. Modificato dall’originale da Matthew R. Fisher.