Water, lucht en voedsel zijn de belangrijkste natuurlijke hulpbronnen voor mensen. Mensen kunnen slechts een paar minuten zonder zuurstof leven, minder dan een week zonder water, en ongeveer een maand zonder voedsel. Water is ook essentieel voor onze zuurstof-en voedselvoorziening. Planten breken water af en gebruiken het om zuurstof te creëren tijdens het proces van fotosynthese.
Water is de meest essentiële verbinding voor alle levende wezens. Menselijke baby ‘ s zijn ongeveer 75% water en volwassenen zijn 60% water. Ons brein bestaat voor 85% uit water, bloed en nieren voor 83% uit water, spieren voor 76% Uit water en zelfs botten voor 22% uit water. We verliezen voortdurend water door transpiratie; in gematigde klimaten zouden we ongeveer 2 liter water per dag moeten drinken en mensen in hete woestijnklimaten zouden tot 10 liter water per dag moeten drinken. Verlies van 15% lichaamswater veroorzaakt meestal de dood.
de aarde is echt de waterplaneet. De overvloed aan vloeibaar water op het aardoppervlak onderscheidt ons van andere lichamen in het zonnestelsel. Ongeveer 70% van het aardoppervlak is bedekt met oceanen en ongeveer de helft van het aardoppervlak is verduisterd door wolken (ook gemaakt van water) op elk moment. Er is een zeer grote hoeveelheid water op onze planeet, ongeveer 1,4 miljard kubieke kilometer (km3) (330 miljoen kubieke mijl) of ongeveer 53 miljard liter per persoon op aarde. Al het water van de aarde kan de Verenigde Staten bedekken tot een diepte van 145 km. Vanuit menselijk perspectief is het probleem dat meer dan 97% van het water uit zeewater bestaat, dat te zout is om te drinken of te gebruiken voor irrigatie. De meest gebruikte waterbronnen zijn rivieren en meren, die minder dan 0,01% van ‘ s werelds water bevatten!
een van de belangrijkste milieudoelstellingen is het leveren van schoon water aan alle mensen. Gelukkig is water een hernieuwbare hulpbron en is het moeilijk te vernietigen. Verdamping en neerslag combineren om onze zoetwatervoorziening voortdurend aan te vullen; echter, de beschikbaarheid van water wordt bemoeilijkt door de ongelijke verdeling over de aarde. Droog klimaat en dichtbevolkte gebieden hebben in veel delen van de wereld watertekorten gecreëerd, die naar verwachting de komende jaren zullen verergeren als gevolg van bevolkingsgroei en klimaatverandering. Menselijke activiteiten zoals overmatig gebruik van water en watervervuiling hebben de huidige watercrisis aanzienlijk verergerd. Honderden miljoenen mensen hebben geen toegang tot veilig drinkwater, en miljarden mensen hebben geen toegang tot verbeterde sanitaire voorzieningen zo eenvoudig als een put latrine. Als gevolg hiervan sterven jaarlijks bijna twee miljoen mensen aan diarree en 90% van die sterfgevallen vindt plaats bij kinderen jonger dan 5 jaar. De meeste hiervan zijn gemakkelijk te voorkomen doden.
Water is de enige veel voorkomende stof die van nature op aarde voorkomt in drie vormen: vast, vloeibaar en gas. Het wordt gedistribueerd op verschillende locaties, genaamd waterreservoirs. De oceanen zijn veruit de grootste van de reservoirs met ongeveer 97% van al het water, maar dat water is te zout voor de meeste menselijke toepassingen (figuur 1). Ijskappen en gletsjers zijn de grootste reservoirs van zoet water, maar dit water is lastig gelegen, vooral in Antarctica en Groenland. Ondiep grondwater is het grootste reservoir van bruikbaar zoet water. Hoewel rivieren en meren de meest gebruikte waterbronnen zijn, vertegenwoordigen ze slechts een klein deel van het water in de wereld. Als al het water van de wereld was gekrompen tot de grootte van 1 gallon, dan zou de totale hoeveelheid zoet water ongeveer 1/3 kopje zijn, en de hoeveelheid gemakkelijk bruikbaar zoet water zou 2 eetlepels zijn.
de water – (of hydrologische) cyclus (die werd behandeld in hoofdstuk 3.2) toont de beweging van water door verschillende reservoirs, waaronder oceanen, atmosfeer, gletsjers, grondwater, meren, rivieren en biosfeer. Zonne-energie en zwaartekracht drijven de beweging van water in de watercyclus. Simpel gezegd, de watercyclus gaat water verplaatsen van oceanen, rivieren en meren naar de atmosfeer door verdamping, de vorming van wolken. Uit bewolking valt het als neerslag (regen en sneeuw) op zowel water als land. Het water op het land kan ofwel terugkeren naar de oceaan door oppervlakteafvoer, rivieren, gletsjers en ondergrondse grondwaterstroming, of terugkeren naar de atmosfeer door verdamping of transpiratie (verlies van water door planten in de atmosfeer).
een belangrijk deel van de watercyclus is hoe water varieert in zoutgehalte, dat is de abundantie van opgeloste ionen in water. Het zoutwater in de oceanen is zeer zout, met ongeveer 35.000 mg opgeloste ionen per liter zeewater. Verdamping (waarbij water bij omgevingstemperaturen van vloeibaar naar gas verandert) is een destillatieproces dat bijna zuiver water produceert met bijna geen opgeloste ionen. Als water verdampt, laat het de opgeloste ionen in de oorspronkelijke vloeibare fase. Uiteindelijk vormt condensatie (waarbij water van gas naar vloeistof verandert) wolken en soms neerslag (regen en sneeuw). Nadat regenwater op het land valt, lost het mineralen op in gesteente en bodem, waardoor het zoutgehalte toeneemt. De meeste meren, rivieren en grondwater hebben een relatief laag zoutgehalte en worden zoetwater genoemd. In de volgende secties worden belangrijke delen van de watercyclus ten opzichte van zoetwaterbronnen besproken.
primaire zoetwatervoorraden: neerslag
de Neerslagniveaus zijn ongelijk verdeeld over de hele wereld, wat de beschikbaarheid van zoet water beïnvloedt (Figuur 3). Er valt meer neerslag in de buurt van de evenaar, terwijl er minder neerslag valt in de buurt van 30 graden noorderbreedte en Zuiderbreedte, waar de grootste woestijnen ter wereld zich bevinden. Deze regenval – en klimaatpatronen zijn gerelateerd aan wereldwijde windcirculatiecellen. Het intense zonlicht op de evenaar verwarmt de lucht, waardoor deze stijgt en afkoelt, wat het vermogen van de luchtmassa om waterdamp vast te houden vermindert en resulteert in frequente regenbuien. Rond 30 graden noorderbreedte en Zuiderbreedte produceren dalende luchtcondities warmere lucht, wat zijn vermogen om waterdamp vast te houden verhoogt en resulteert in droge omstandigheden. Zowel de droge luchtomstandigheden als de warme temperaturen van deze breedtegraadbanden bevorderen verdamping. Wereldwijde neerslag en klimaatpatronen worden ook beïnvloed door de grootte van continenten, grote oceaanstromingen en bergen.
Oppervlaktewaterbronnen: Rivieren, Meren, Gletsjers
stromend water uit regen en gesmolten sneeuw op het land komt rivierkanalen binnen door oppervlakteafvoer (Figuur 4) en grondwatersijpeling (Figuur 5). Rivierafvoer beschrijft de hoeveelheid water die in de loop van de tijd door een rivierkanaal stroomt (Figuur 6). De relatieve bijdrage van oppervlakteafvoer Versus grondwater aan rivierafvoer hangt af van neerslagpatronen, vegetatie, topografie, landgebruik en bodemkenmerken. Kort na een zware regenbui neemt de afvoer van de rivier toe als gevolg van de afvoer van het oppervlak. De gestage normale stroom van rivierwater is voornamelijk afkomstig van grondwater dat in de rivier uitmondt. Zwaartekracht trekt rivierwater bergafwaarts naar de oceaan. Onderweg kan het bewegende water van een rivier bodemdeeltjes eroderen en mineralen oplossen. Grondwater levert ook een groot deel van de opgeloste mineralen in rivierwater. Het geografische gebied dat door een rivier en haar zijrivieren wordt afgevoerd, wordt een stroomgebied of waterscheiding genoemd. De Mississippi River drainage basin omvat ongeveer 40% van de Verenigde Staten, een maatregel die de kleinere drainage bekkens, zoals de Ohio River en Missouri River die helpen om het te vormen omvat. Rivieren zijn een belangrijke waterbron voor irrigatie van akkerland en drinkwater voor veel steden over de hele wereld. Rivieren die internationale geschillen hebben gehad over de watervoorziening zijn de Colorado (Mexico, Zuidwest VS), Nijl (Egypte, Ethiopië, Soedan), Eufraat (Irak, Syrië, Turkije), Ganges (Bangladesh, India), en Jordanië (Israël, Jordanië, Syrië).
naast rivieren kunnen meren ook een uitstekende bron van zoetwater zijn voor menselijk gebruik. Ze ontvangen meestal water uit oppervlakteafvoer en grondwaterlozing. Ze hebben de neiging om van korte duur te zijn op een geologische tijdschaal omdat ze voortdurend vullen met sediment geleverd door rivieren. Meren vormen zich op verschillende manieren, waaronder glaciatie, recente tektonische opleving (bijvoorbeeld het Tanganyikameer, Afrika) en vulkaanuitbarstingen (bijvoorbeeld Crater Lake, Oregon). Mensen creëren ook kunstmatige meren (reservoirs) door het afdammen van rivieren. Grote veranderingen in het klimaat kunnen leiden tot grote veranderingen in de grootte van een meer. Toen de aarde ongeveer 15.000 jaar geleden uit de laatste ijstijd kwam, was het klimaat in de Westelijke U.S. veranderde van koel en vochtig naar warm en droog, waardoor meer dan 100 Grote Meren verdwenen. Het Great Salt Lake in Utah is een overblijfsel van een veel groter meer genaamd Lake Bonneville.
hoewel gletsjers het grootste zoetwaterreservoir vormen, worden ze over het algemeen niet als waterbron gebruikt omdat ze te ver van de meeste mensen liggen (Figuur 7). Smeltende gletsjers vormen een natuurlijke bron van rivierwater en grondwater. Tijdens de laatste ijstijd was er maar liefst 50% meer water in gletsjers dan er nu is, waardoor de zeespiegel ongeveer 100 meter lager was. In de afgelopen eeuw is de zeespiegel gestegen ten dele als gevolg van smeltende gletsjers. Als het klimaat op aarde blijft opwarmen, zullen de smeltende gletsjers een extra stijging van de zeespiegel veroorzaken.
grondwater
hoewel de meeste mensen in de wereld oppervlaktewater gebruiken, is grondwater een veel groter reservoir van bruikbaar zoet water, dat meer dan 30 keer meer water bevat dan rivieren en meren samen. Grondwater is een bijzonder belangrijke hulpbron in droge klimaten, waar oppervlaktewater schaars kan zijn. Daarnaast is grondwater de primaire waterbron voor landelijke huiseigenaren, die 98% van die watervraag in de VS leveren. . Grondwater is water gelegen in kleine ruimtes, genaamd porieruimte, tussen minerale korrels en breuken in ondergrondse aardmaterialen (gesteente of sediment). Het meeste grondwater is afkomstig van regen of sneeuwsmelt, die de grond infiltreert en naar beneden beweegt tot het de verzadigde zone bereikt (waar grondwater volledig porieruimten in aardmaterialen vult).
andere grondwaterbronnen zijn onder meer het weglekken van oppervlaktewater (meren, rivieren, reservoirs en moerassen), het opzettelijk in de grond pompen van oppervlaktewater, irrigatie en ondergrondse waterzuiveringsinstallaties (septic tanks). Oplaadgebieden zijn locaties waar oppervlaktewater de grond binnendringt in plaats van in rivieren uit te lopen of te verdampen. Wetlands zijn bijvoorbeeld uitstekende oplaadgebieden. Een groot deel van de ondergrond, poreus gesteente dat water houdt is een aquifer. Aquifers worden vaak geboord, en putten geïnstalleerd, om water te bieden voor de landbouw en persoonlijk gebruik.
watergebruik in de VS en de wereld
mensen hebben vaak grote hoeveelheden water nodig om voedsel, energie en mineralen te produceren die zij gebruiken. Denk bijvoorbeeld aan deze Geschatte waterbehoefte voor sommige dingen die mensen in de ontwikkelde wereld dagelijks gebruiken: een tomaat = 3 gallons; een kilowattuur elektriciteit uit een thermo-elektrische centrale = 21 gallons; een brood = 150 gallons; een pond rundvlees = 1600 gallons; en een ton staal = 63.000 gallons. Mensen hebben slechts ongeveer 1 gallon per dag nodig om te overleven, maar een typische persoon in een Amerikaans huishouden gebruikt ongeveer 100 gallon per dag, waaronder koken, afwassen en kleding, het doorspoelen van het toilet en baden. De waterbehoefte van een gebied is een functie van de bevolking en ander gebruik van water.
wereldwijd neemt het totale watergebruik gestaag toe in een tempo dat groter is dan de groei van de wereldbevolking (Figuur 10). In de 20e eeuw verdrievoudigde de wereldbevolking en groeide de watervraag met een factor zes. De toename van de wereldwijde watervraag boven de bevolkingsgroei is te wijten aan een verbeterde levensstandaard zonder dat dit wordt gecompenseerd door waterbehoud. Door de toegenomen productie van goederen en energie neemt de vraag naar water sterk toe. De belangrijkste mondiale watertoepassingen zijn Irrigatie (68%), openbare voorziening (21%) en industrie (11%).
Naamsvermelding
Essentials of Environmental Science van Kamala Doršner is gelicenseerd onder CC BY 4.0. Aangepast van het origineel door Matthew R. Fisher.