woda, powietrze i żywność są najważniejszymi zasobami naturalnymi dla ludzi. Ludzie mogą żyć tylko kilka minut bez tlenu, mniej niż tydzień bez wody i około miesiąca bez jedzenia. Woda jest również niezbędna dla naszego zaopatrzenia w tlen i żywność. Rośliny rozkładają wodę i wykorzystują ją do tworzenia tlenu podczas procesu fotosyntezy.
woda jest najbardziej niezbędnym związkiem dla wszystkich żywych istot. Dzieci ludzkie stanowią około 75% wody, a dorośli 60% wody. Nasz mózg to około 85% wody, krew i nerki to 83% wody, mięśnie to 76% wody, a nawet kości to 22% wody. Stale tracimy wodę przez pocenie się; w klimacie umiarkowanym powinniśmy pić około 2 litrów wody dziennie, a ludzie w gorącym klimacie pustynnym powinni pić do 10 litrów wody dziennie. Utrata 15% wody w organizmie zwykle powoduje śmierć.
Ziemia jest naprawdę planetą wodną. Obfitość płynnej wody na powierzchni Ziemi odróżnia nas od innych ciał Układu Słonecznego. Około 70% powierzchni Ziemi pokrywają oceany, a około połowa powierzchni Ziemi jest zasłonięta przez chmury (również wykonane z wody) w dowolnym momencie. Na naszej planecie jest bardzo duża objętość wody, około 1,4 miliarda kilometrów sześciennych (km3) (330 milionów mil sześciennych) lub około 53 miliardów galonów na osobę na Ziemi. Wszystkie wody ziemi może obejmować Stany Zjednoczone do głębokości 145 km (90 mil). Z ludzkiego punktu widzenia problem polega na tym, że ponad 97% z nich to woda morska, która jest zbyt słona, aby pić lub używać do nawadniania. Najczęściej stosowanymi źródłami wody są rzeki i jeziora, które zawierają mniej niż 0,01% światowej wody!
jednym z najważniejszych celów środowiskowych jest zapewnienie czystej wody wszystkim ludziom. Na szczęście woda jest zasobem odnawialnym i jest trudna do zniszczenia. Parowanie i opady łączą się, aby stale uzupełniać nasze zapasy świeżej wody; jednak dostępność wody jest skomplikowana przez jej nierównomierne rozmieszczenie na Ziemi. Suchy klimat i gęsto zaludnione obszary połączyły się w wielu częściach świata, aby stworzyć niedobory wody, które mają się nasilić w nadchodzących latach ze względu na wzrost liczby ludności i zmiany klimatu. Działania człowieka, takie jak nadużywanie wody i zanieczyszczenie wody, znacznie pogłębiły obecny kryzys wodny. Setki milionów ludzi nie mają dostępu do bezpiecznej wody pitnej, a miliardy ludzi nie mają dostępu do lepszych warunków sanitarnych tak prostych jak latryna. W rezultacie prawie dwa miliony ludzi umiera każdego roku z powodu chorób biegunkowych, a 90% tych zgonów występuje wśród dzieci w wieku poniżej 5 lat. Większość z nich jest łatwo zapobiegać zgonom.
woda jest jedyną powszechną substancją, która występuje naturalnie na ziemi w trzech formach: stałej, ciekłej i gazowej. Występuje w różnych miejscach, zwanych zbiornikami wodnymi. Oceany są zdecydowanie największym ze zbiorników wodnych z około 97% całej wody, ale woda ta jest zbyt zasolona dla większości zastosowań ludzkich (Rysunek 1). Pokrywy lodowe i lodowce są największymi zbiornikami słodkiej wody, ale woda ta jest niewygodnie zlokalizowana, głównie na Antarktydzie i Grenlandii. Płytkie wody gruntowe są największym zbiornikiem słodkiej wody użytkowej. Chociaż rzeki i jeziora są najczęściej wykorzystywanymi zasobami wodnymi, stanowią tylko niewielką ilość wody na świecie. Gdyby cała woda na świecie została zmniejszona do wielkości 1 galon, to całkowita ilość świeżej wody wynosiłaby około 1/3 szklanki, a ilość łatwo używalnej świeżej wody wynosiłaby 2 łyżki stołowe.
cykl wodny (lub hydrologiczny) (który został omówiony w Rozdziale 3.2) pokazuje przepływ wody przez różne zbiorniki, które obejmują oceany, atmosferę, lodowce, wody gruntowe, jeziora, rzeki i biosferę. Energia słoneczna i grawitacja napędzają ruch wody w obiegu wodnym. Mówiąc najprościej, cykl wodny obejmuje przepływ wody z oceanów, rzek i jezior do atmosfery przez odparowanie, tworząc chmury. Z chmur spada jako opady (deszcz i śnieg) zarówno na wodzie, jak i na lądzie. Woda na lądzie może powrócić do oceanu przez spływ powierzchniowy, rzeki, lodowce i podziemny przepływ wód gruntowych lub powrócić do atmosfery przez odparowanie lub transpirację (utrata wody przez rośliny do atmosfery).
ważną częścią obiegu wody jest to, jak zmienia się zasolenie wody, czyli obfitość rozpuszczonych jonów w wodzie. Słona woda w oceanach jest silnie zasolona, z około 35 000 mg rozpuszczonych jonów na litr wody morskiej. Odparowanie (gdzie woda zmienia się z cieczy na gaz w temperaturze otoczenia) to proces destylacji, który wytwarza prawie czystą wodę bez prawie rozpuszczonych jonów. Gdy woda paruje, pozostawia rozpuszczone jony w pierwotnej fazie ciekłej. Ostatecznie kondensacja (gdzie woda zmienia się z gazu w ciecz) tworzy chmury, a czasami opady (deszcz i śnieg). Po opadnięciu wody deszczowej na ląd rozpuszcza minerały w skałach i glebie, co zwiększa jej zasolenie. Większość jezior, rzek i prawie powierzchniowych wód podziemnych ma stosunkowo niskie zasolenie i nazywa się je słodkowodnymi. Kolejne sekcje omawiają ważne elementy obiegu wody w stosunku do zasobów słodkiej wody.
podstawowe zasoby słodkiej wody: opady
poziomy opadów są nierównomiernie rozłożone na całym świecie, co wpływa na dostępność słodkiej wody (rysunek 3). Więcej opadów spada w pobliżu równika, podczas gdy mniej opadów spada w pobliżu 30 stopni szerokości północnej i południowej, gdzie znajdują się największe pustynie na świecie. Te opady i wzorce klimatyczne są związane z globalnymi komórkami cyrkulacji wiatru. Intensywne światło słoneczne na równiku ogrzewa powietrze, powodując jego wzrost i ochłodzenie, co zmniejsza zdolność masy powietrza do zatrzymywania pary wodnej i powoduje częste burze. Około 30 stopni szerokości północnej i Południowej, opadające Warunki powietrza wytwarzają cieplejsze powietrze, co zwiększa jego zdolność do zatrzymywania pary wodnej i powoduje suche warunki. Zarówno warunki suchego powietrza, jak i ciepłe temperatury tych pasów szerokości geograficznej sprzyjają parowaniu. Globalne opady atmosferyczne i wzorce klimatyczne mają również wpływ na wielkość kontynentów, główne prądy oceaniczne i góry.
Zasoby Wód Powierzchniowych: Rzeki, Jeziora, Lodowce
Płynąca woda z deszczu i stopionego śniegu na lądzie wpływa do kanałów rzecznych przez spływ powierzchniowy (ryc. 4) i przesiąkanie wód gruntowych (ryc. 5). Zrzut rzeki opisuje objętość wody przepływającej przez kanał rzeczny w czasie (Rysunek 6). Względny udział odpływu powierzchniowego w stosunku do przesiąkania wód gruntowych w odprowadzaniu rzek zależy od wzorców opadów, roślinności, topografii, użytkowania gruntów i właściwości gleby. Wkrótce po ulewnej burzy, zrzut rzeki zwiększa się z powodu spływu powierzchniowego. Stały normalny przepływ wody rzecznej pochodzi głównie z wód gruntowych, które odprowadzają do rzeki. Grawitacja ciągnie wodę rzeki w dół w kierunku oceanu. Po drodze poruszająca się woda rzeki może powodować erozję cząstek gleby i rozpuszczać minerały. Woda gruntowa przyczynia się również do dużej ilości rozpuszczonych minerałów w wodzie rzecznej. Obszar geograficzny osuszany przez rzekę i jej dopływy nazywany jest zlewnią lub działem wodnym. Dorzecze rzeki Missisipi obejmuje około 40% powierzchni Stanów Zjednoczonych, co obejmuje mniejsze dorzecza, takie jak rzeka Ohio i Missouri. Rzeki są ważnym źródłem wody do nawadniania pól uprawnych i wody pitnej dla wielu miast na całym świecie. Rzeki, które miały międzynarodowe spory dotyczące zaopatrzenia w wodę to Kolorado (Meksyk, Południowo-zachodnie USA), Nil (Egipt, Etiopia, Sudan), Eufrat (Irak, Syria, Turcja), Ganges (Bangladesz, Indie) i Jordania (Izrael, Jordania, Syria).
oprócz rzek, jeziora mogą być również doskonałym źródłem wody słodkiej do użytku przez ludzi. Zwykle otrzymują wodę z odpływu powierzchniowego i zrzutu wód gruntowych. Są one zwykle krótkotrwałe w geologicznej skali czasowej, ponieważ stale wypełniają się osadami dostarczanymi przez rzeki. Jeziora tworzą się na różne sposoby, w tym zlodowacenie, niedawne wzniesienie tektoniczne (np. jezioro Tanganika, Afryka) i erupcje wulkaniczne (np. Jezioro Kraterowe, Oregon). Ludzie tworzą również sztuczne jeziora (zbiorniki wodne) przez spiętrzanie rzek. Duże zmiany klimatu mogą skutkować poważnymi zmianami wielkości jeziora. Gdy ziemia wychodziła z ostatniej epoki lodowcowej około 15 000 lat temu, klimat w zachodniej części USA.S. zmienił się z chłodnego i wilgotnego na ciepły i suchy, co spowodowało zniknięcie ponad 100 dużych jezior. Wielkie Słone Jezioro w stanie Utah jest pozostałością znacznie większego jeziora zwanego jeziorem Bonneville.
chociaż lodowce stanowią największy zbiornik słodkiej wody, na ogół nie są wykorzystywane jako źródło wody, ponieważ znajdują się zbyt daleko od większości ludzi (Rysunek 7). Topniejące lodowce stanowią naturalne źródło wody rzecznej i wód gruntowych. Podczas ostatniej epoki lodowcowej w lodowcach było aż 50% więcej wody niż obecnie, co spowodowało, że poziom morza był o około 100 m niższy. W ciągu ostatniego stulecia poziom mórz podnosił się częściowo z powodu topnienia lodowców. Jeśli klimat Ziemi nadal będzie się ocieplał, topniejące lodowce spowodują dodatkowy wzrost poziomu mórz.
zasoby wód podziemnych
chociaż większość ludzi na świecie korzysta z wód powierzchniowych, wody podziemne są znacznie większym zbiornikiem słodkiej wody użytkowej, zawierającym ponad 30 razy więcej wody niż rzeki i jeziora razem wzięte. Wody gruntowe są szczególnie ważnym zasobem w suchym klimacie, gdzie wody powierzchniowe mogą być rzadkie. Ponadto wody gruntowe są podstawowym źródłem wody dla właścicieli domów wiejskich, zapewniając 98% tego zapotrzebowania na wodę w USA.. Woda gruntowa to woda znajdująca się w małych przestrzeniach, zwanych przestrzenią porów, między ziarnami mineralnymi a pęknięciami w materiałach podziemnych (skałach lub osadach). Większość wód gruntowych pochodzi z deszczu lub roztopu śniegu, który infiltruje ziemię i przesuwa się w dół, aż dotrze do strefy nasyconej (gdzie woda gruntowa całkowicie wypełnia przestrzenie porów w materiałach ziemnych).
inne źródła wód podziemnych obejmują wycieki z wód powierzchniowych (jeziora, rzeki, zbiorniki i bagna), wody powierzchniowe celowo wpompowane do ziemi, nawadnianie i podziemne systemy oczyszczania ścieków (szamba). Obszary ładowania to miejsca, w których wody powierzchniowe przenikają do ziemi, a nie wpadają do rzek lub parują. Na przykład tereny podmokłe są doskonałymi obszarami do ładowania. Duży obszar porowatej, porowatej skały, która utrzymuje wodę, jest warstwą wodonośną. Warstwy wodonośne są zwykle wiercone i instalowane studnie, aby zapewnić wodę dla rolnictwa i użytku osobistego.
Zużycie wody w USA i na świecie
ludzie potrzebują wody, często dużych ilości, do produkcji żywności, energii i zasobów mineralnych, z których korzystają. Rozważmy na przykład te przybliżone zapotrzebowanie na wodę dla niektórych rzeczy, których ludzie w krajach rozwiniętych używają codziennie: jeden pomidor = 3 galony; jedna kilowatogodzina energii elektrycznej z elektrowni termoelektrycznej = 21 galonów; jeden bochenek chleba = 150 galonów; jeden funt wołowiny = 1600 galonów; i jedna tona stali = 63 000 galonów. Ludzie potrzebują tylko około 1 galona dziennie, aby przeżyć, ale typowa osoba w amerykańskim gospodarstwie domowym zużywa około 100 galonów dziennie, co obejmuje gotowanie, mycie naczyń i ubrań, spłukiwanie toalety i kąpiel. Zapotrzebowanie na wodę na danym obszarze jest funkcją ludności i innych sposobów wykorzystania wody.
całkowite zużycie wody na świecie stale rośnie w tempie większym niż przyrost ludności na świecie (Wykres 10). XX wieku liczba ludności na świecie potroiła się, a zapotrzebowanie na wodę wzrosło o sześć. Wzrost światowego zapotrzebowania na wodę, wykraczający poza tempo wzrostu populacji, wynika z poprawy standardu życia bez zrównoważenia przez ochronę wód. Zwiększona produkcja towarów i energii pociąga za sobą znaczny wzrost zapotrzebowania na wodę. Główne światowe zastosowania wody to nawadnianie (68%), zaopatrzenie publiczne (21%) i Przemysł (11%).
Uznanie autorstwa
Essentials of Environmental Science autorstwa Kamala Doršner jest licencjonowane na podstawie CC BY 4.0. Zmodyfikowany z oryginału przez Matthew R. Fishera.