vatten, luft och mat är de viktigaste naturresurserna för människor. Människor kan leva bara några minuter utan syre, mindre än en vecka utan vatten och ungefär en månad utan mat. Vatten är också viktigt för vår syre-och livsmedelsförsörjning. Växter bryter ner vatten och använder det för att skapa syre under fotosyntesprocessen.
vatten är den viktigaste föreningen för alla levande saker. Mänskliga barn är cirka 75% vatten och vuxna är 60% vatten. Vår hjärna är cirka 85% vatten, blod och njurar är 83% vatten, muskler är 76% vatten och till och med ben är 22% vatten. Vi förlorar ständigt vatten genom svett; i tempererade klimat borde vi dricka ca 2 liter vatten per dag och människor i heta ökenklimat bör dricka upp till 10 liter vatten per dag. Förlust av 15% kroppsvatten orsakar vanligtvis döden.
jorden är verkligen vattenplaneten. Överflödet av flytande vatten på jordens yta skiljer oss från andra kroppar i solsystemet. Cirka 70% av jordens yta är täckt av hav och ungefär hälften av jordens yta döljs av moln (även gjorda av vatten) när som helst. Det finns en mycket stor volym vatten på vår planet, cirka 1,4 miljarder kubik kilometer (km3) (330 miljoner kubik miles) eller cirka 53 miljarder gallon per person på jorden. Allt jordens vatten kan täcka USA till ett djup av 145 km (90 mi). Ur ett mänskligt perspektiv är problemet att över 97% av det är havsvatten, vilket är för salt att dricka eller använda för bevattning. De vanligaste vattenkällorna är floder och sjöar, som innehåller mindre än 0,01% av världens vatten!
ett av de viktigaste miljömålen är att ge rent vatten till alla människor. Lyckligtvis är vatten en förnybar resurs och är svår att förstöra. Avdunstning och nederbörd kombineras för att ständigt fylla på vår färskvattenförsörjning; tillgången på vatten kompliceras dock av dess ojämna fördelning över jorden. Torra klimat och tätbefolkade områden har kombinerat i många delar av världen för att skapa vattenbrist, som förväntas förvärras under de kommande åren på grund av befolkningstillväxt och klimatförändringar. Mänskliga aktiviteter som överanvändning av vatten och vattenföroreningar har väsentligt förvärrat den vattenkris som finns idag. Hundratals miljoner människor saknar tillgång till säkert dricksvatten, och miljarder människor saknar tillgång till förbättrad sanitet så enkelt som en groplatrin. Som ett resultat dör nästan två miljoner människor varje år av diarrheal sjukdomar och 90% av dessa dödsfall inträffar bland barn under 5 år. De flesta av dessa är lätt förhindrade dödsfall.
vatten är det enda vanliga ämnet som förekommer naturligt på jorden i tre former: fast, flytande och gas. Det distribueras på olika platser, kallade vattenreservoarer. Haven är den i särklass största av reservoarerna med cirka 97% av allt vatten men att vatten är för saltlösning för de flesta mänskliga användningsområden (Figur 1). Iskapslar och glaciärer är de största reservoarerna med färskvatten men detta vatten är obekvämt beläget, mestadels i Antarktis och Grönland. Grunt grundvatten är den största reservoaren med användbart färskvatten. Även om floder och sjöar är de mest använda vattenresurserna, representerar de bara en liten mängd av världens vatten. Om allt världens vatten krymptes till storleken 1 gallon, skulle den totala mängden färskvatten vara ca 1/3 kopp och mängden lätt användbart färskvatten skulle vara 2 matskedar.
vattencykeln (eller hydrologisk) (som omfattades av kapitel 3.2) visar vattnets rörelse genom olika reservoarer, som inkluderar hav, atmosfär, glaciärer, grundvatten, sjöar, floder och Biosfär. Solenergi och gravitation driver rörelsen av vatten i vattencykeln. Enkelt uttryckt innebär vattencykeln att vatten rör sig från hav, floder och sjöar till atmosfären genom avdunstning och bildar moln. Från moln faller det som Nederbörd (regn och snö) på både vatten och land. Vattnet på land kan antingen återvända till havet genom ytavrinning, floder, glaciärer och grundvattenflöde under ytan eller återvända till atmosfären genom avdunstning eller transpiration (förlust av vatten från växter till atmosfären).
en viktig del av vattencykeln är hur vatten varierar i salthalt, vilket är överflödet av upplösta joner i vatten. Saltvattnet i haven är mycket saltlösning, med cirka 35 000 mg upplösta joner per liter havsvatten. Avdunstning (där vatten ändras från vätska till gas vid omgivande temperaturer) är en destillationsprocess som producerar nästan rent vatten med nästan inga upplösta joner. När vatten förångas lämnar det de upplösta jonerna i den ursprungliga vätskefasen. Så småningom bildar kondens (där vatten förändras från gas till vätska) moln och ibland nederbörd (regn och snö). När regnvatten faller på land löser det mineraler i sten och jord, vilket ökar salthalten. De flesta sjöar, floder och grundvatten nära ytan har en relativt låg salthalt och kallas sötvatten. De följande avsnitten diskuterar viktiga delar av vattencykeln i förhållande till färskvattenresurser.
primära färskvattenresurser: nederbörd
Nederbördsnivåerna är ojämnt fördelade över hela världen, vilket påverkar tillgången på färskvatten (Figur 3). Mer nederbörd faller nära ekvatorn, medan mindre nederbörd tenderar att falla nära 30 grader nord-och sydlig latitud, där världens största öknar ligger. Dessa regn-och klimatmönster är relaterade till globala vindcirkulationsceller. Det intensiva solljuset vid ekvatorn värmer luften, vilket får den att stiga och svalna, vilket minskar luftmassans förmåga att hålla vattenånga och resulterar i frekventa regnskurar. Cirka 30 grader nord-och sydlig latitud ger fallande luftförhållanden varmare luft, vilket ökar dess förmåga att hålla vattenånga och resulterar i torra förhållanden. Både de torra luftförhållandena och de varma temperaturerna på dessa breddbälten gynnar avdunstning. Global nederbörd och klimatmönster påverkas också av storleken på kontinenter, stora havsströmmar och berg.
Ytvattenresurser: Floder, Sjöar, Glaciärer
strömmande vatten från regn och smält snö på land kommer in i flodkanaler genom ytavrinning (Figur 4) och grundvattenläckage (Figur 5). Flodutsläpp beskriver volymen vatten som rör sig genom en flodkanal över tiden (Figur 6). De relativa bidragen från ytavrinning vs. grundvattenläckage till flodutsläpp beror på nederbördsmönster, vegetation, topografi, markanvändning, och markegenskaper. Strax efter en kraftig regnstorm ökar flodutsläppet på grund av ytavrinning. Det stadiga normala flödet av flodvatten är främst från grundvatten som släpper ut i floden. Gravity drar flodvatten nedförsbacke mot havet. Längs vägen kan det rörliga vattnet i en flod erodera jordpartiklar och lösa upp mineraler. Grundvatten bidrar också till en stor mängd av de upplösta mineralerna i flodvatten. Det geografiska området som dräneras av en flod och dess bifloder kallas ett dräneringsbassäng eller vattendrag. Mississippi River avrinningsområde omfattar cirka 40% av USA, en åtgärd som inkluderar de mindre dräneringsbassängerna, såsom Ohio River och Missouri River som hjälper till att omfatta den. Floder är en viktig vattenresurs för bevattning av åkermark och dricksvatten för många städer runt om i världen. Floder som har haft internationella tvister om vattenförsörjning inkluderar Colorado (Mexiko, sydvästra USA), Nilen (Egypten, Etiopien, Sudan), Eufrat (Irak, Syrien, Turkiet), Ganges (Bangladesh, Indien) och Jordanien (Israel, Jordanien, Syrien).
förutom floder kan sjöar också vara en utmärkt källa till sötvatten för mänskligt bruk. De får vanligtvis vatten från ytavrinning och grundvattenutsläpp. De tenderar att vara kortlivade i geologisk tidsskala eftersom de ständigt fyller i sediment som levereras av floder. Sjöar bildas på olika sätt inklusive glaciation, nyligen tektonisk upplyftning (t.ex. Tanganyikasjön, Afrika) och vulkanutbrott (t. ex. Crater Lake, Oregon). Människor skapar också konstgjorda sjöar (reservoarer) genom att dammar floder. Stora förändringar i klimatet kan leda till stora förändringar i en sjös storlek. När jorden kom ut ur den senaste istiden för cirka 15 000 år sedan, klimatet i västra U.S. bytte från sval och fuktig till varm och torr, vilket orsakade att mer än 100 stora sjöar försvann. Great Salt Lake i Utah är en rest av en mycket större sjö som heter Lake Bonneville.
även om glaciärer representerar den största reservoaren med sötvatten, används de i allmänhet inte som vattenkälla eftersom de ligger för långt från de flesta (Figur 7). Smältande glaciärer ger en naturlig källa till flodvatten och grundvatten. Under den senaste istiden var det så mycket som 50% mer vatten i glaciärer än det finns idag, vilket gjorde att havsnivån var cirka 100 m lägre. Under det senaste århundradet har havsnivån stigit delvis på grund av smältande glaciärer. Om jordens klimat fortsätter att värma, kommer de smältande glaciärerna att orsaka en ytterligare ökning av havsnivån.
grundvattenresurser
även om de flesta människor i världen använder ytvatten är grundvatten en mycket större behållare med användbart sötvatten som innehåller mer än 30 gånger mer vatten än floder och sjöar tillsammans. Grundvatten är en särskilt viktig resurs i torra klimat, där ytvatten kan vara knappt. Dessutom är grundvatten den primära vattenkällan för husägare på landsbygden, vilket ger 98% av den efterfrågan på vatten i USA.. Grundvatten är vatten som ligger i små utrymmen, kallat porutrymme, mellan mineralkorn och sprickor i jordmaterial under jord (sten eller sediment). De flesta grundvatten härstammar från regn eller snösmältning, som infiltrerar marken och rör sig nedåt tills den når den mättade zonen (där grundvattnet helt fyller porutrymmen i jordmaterial).
andra källor till grundvatten inkluderar läckage från ytvatten (sjöar, floder, reservoarer och träsk), ytvatten medvetet pumpat i marken, bevattning och underjordiska avloppsreningssystem (septiktankar). Laddningsområden är platser där ytvatten infiltrerar marken snarare än att springa i floder eller avdunsta. Våtmarker är till exempel utmärkta laddningsområden. Ett stort område av underytan, porös sten som håller vatten är en akvifer. Akviferer borras vanligtvis och brunnar installeras för att ge vatten för jordbruk och personligt bruk.
vattenanvändning i USA och världen
människor behöver vatten, ofta stora mängder, för att producera mat, energi och mineralresurser de använder. Tänk till exempel på dessa ungefärliga vattenbehov för vissa saker som människor i den utvecklade världen använder varje dag: en tomat = 3 gallon; en kilowattimme el från ett termoelektriskt kraftverk = 21 gallon; en brödbröd = 150 gallon; ett pund nötkött = 1600 gallon; och ett ton stål = 63 000 gallon. Människor behöver bara cirka 1 gallon per dag för att överleva, men en typisk person i ett amerikanskt hushåll använder cirka 100 gallon per dag, vilket inkluderar matlagning, diskning och kläder, spolning på toaletten och badning. Vattenbehovet i ett område är en funktion av befolkningen och annan användning av vatten.
den globala totala vattenanvändningen ökar stadigt i en takt som är större än världens befolkningstillväxt (Figur 10). Under 20-talet globala befolkningen tredubblades och efterfrågan på vatten ökade med en faktor sex. Ökningen av den globala efterfrågan på vatten utöver befolkningstillväxten beror på förbättrad levnadsstandard utan att kompenseras av vattenvård. Ökad produktion av varor och energi medför en stor ökning av efterfrågan på vatten. De största globala vattenanvändningarna är bevattning (68%), offentlig tillgång (21%) och industri (11%).
Attribution
Essentials of Environmental Science av Kamala Dor Jacobner är licensierad under CC BY 4.0. Modifierad från originalet av Matthew R. Fisher.