Потребление пресной воды для производства 1 тонны продукции

Традиционно люди получали воду для промышленности, сельского хозяйства и бытовых нужд в основном из поверхностных водоемов, прежде всего рек. Различают два типа водопотребления: возвратное и безвозвратное. При возвратном водопотреблениивода после ее использования возвращается в тот же источник (реку, озеро и т.д.) и при достаточной очистке может быть использована снова. Такое водопотребление в принципе не наносит вреда окружающей среде, однако, на практике степень очистки использованной воды часто бывает неудовлетворительной. Такая ситуация характерна для водопотребления в промышленных и бытовых целях. Прибезвозвратном водопотреблении, характерном, например, для орошения, вода на какое-то время "теряется" из-за эвапотранспирации, т.е. хотя и не изымается надолго из круговорота, но возвращается в атмосферу, а не в водоемы, из которых она была взята.

Использование воды порождает три основные проблемы:

• источник может дать лишь ограниченное количество воды;

• экосистемы, расположенные ниже по течению рек, могут страдать от того, что вода отводится в другом направлении (при безвозвратном водопотреблении);

• вода, возвращаемая в окружающую среду, загрязнена (при возвратном водопотреблении).

Рассмотрим первые две проблемы, третья, как было сказано выше, будет рассмотрена позднее.

Перерасход поверхностных вод.Считается, что нельзя использовать более 30 % среднегодового речного стока без риска испытывать недостаток воды в среднем один раз в 20 лет. На практике, однако, для многих рек этот тридцатипроцентный барьер уже преодолен, а для некоторых рек забор воды приближается к 90 % среднегодового стока и более.

Об одном из таких примеров – среднеазиатских реках Амударье и Сырдарье, обмеление которых поставило под угрозу существования Аральское море, – мы уже кратко упоминали. Аральское море являлось четвертым по величине соленым озером в мире. В 1960 году его площадь составляла 64113 км², средняя глубина – 16 м, максимальная – 69 м, объем воды – более 1000 км³. В море обитало 24 вида рыб, и только окуня добывалось 44000 т в год. Из-за бездумного развития оросительных систем резко уменьшился ежегодный сток рек Амударьи и Сырдарьи (со 114 – 117 км³ в начале 1960-х годов до 5 – 8 км³ в середине 1970-х годов при скорости испарения 36 – 40 км³ в год), и к 1996 году площадь Аральского моря уменьшилась более чем вдвое – до 31220 км², уровень воды упал на 13 – 18 м, а ее объем сократился до 400 – 430 км³, береговая линия отступила на расстояние от 60 до 80 км, соленость воды возросла в три раза. Фактически Аральское море как единое целое перестало существовать, разделившись на несколько изолированных водоемов, а на территории площадью около 3 миллионов гектаров, ранее занятой водой, образовалась пустыня, уже даже получившая свое имя – Аралкум.

Как мы видим, когда из реки отводят воду, это отражается не только на экосистеме реки. Обмеление рек весьма пагубно сказывается на эстуариях – заливов, образующихся при впадении рек в моря или океаны, в которых пресная вода постепенно смешивается с морской. Эстуарии – одни из наиболее продуктивных экосистем Земли, в которых живут или размножаются многие виды рыб, моллюсков, морских птиц. При уменьшении речного стока повышается соленость эстуариев, что приводит к серьезным экологическим нарушениям вплоть до полной смены типа экосистемы. Подобная ситуация, например, создалась во внутренней части Калифорнийского залива из-за снизившегося притока воды из реки Колорадо, забор воды из которой для нужд Лос-Анджелеса составляет почти 100 % ее среднегодового стока.

Обмеление рек приводит к исчезновению расположенных вблизи них болот. Болота, вопреки распространенному мнению, – не "бросовые земли", пригодные только для "улучшения" (осушения или, наоборот, обводнения), а весьма важные системы естественного контроля над поступлением в водоемы наносов и биогенов. Во время паводков (или приливов для болот по берегам эстуариев) болота принимают избыточную воду, обогащенную илом и биогенами. Во время медленного движения воды через болота ил и связанные с ним биогены отфильтровываются, и вода попадает в реки, эстуарии, озера или в грунтовые воды очищенной. Болота же, обогащенные биогенами, представляют собой чрезвычайно продуктивные экосистемы, служащие местом обитания для многих видов животных. Так, например, осушение и другая сельскохозяйственная деятельность поставили под угрозу уникальную область Эверглейдс на юге Флориды – обширные болота, называемые также "травяной рекой" и протянувшиеся почти на 200 км в длину и на 70 – 110 км в ширину.

Перерасход грунтовых вод.Не менее остро, чем для поверхностных вод, стоит проблема перерасхода грунтовых вод, особенно в тех местах, где ощущается недостаток поверхностных вод и мало количество осадков. Во многих районах мира потребление грунтовых вод идет быстрее их пополнения за счет осадков. Это порождает целый ряд проблем.

Во-первых, понижается уровень грунтовых вод, что в лучшем случае приводит к удорожанию соответствующих технических средств по ее откачке, а в худшем – к полному пересыханию скважин.

Во-вторых, падение уровня грунтовых вод приводит к сокращению поверхностных вод, поскольку ручьи, реки, озера и т.п. во многом питаются за счет родников, представляющих собой выходы грунтовых вод на поверхность.

В-третьих, интенсивная откачка грунтовых вод приводит к тому, что подземные пустоты, образовавшиеся в результате выщелачивания, становятся действительно пустотами, т.е. уже не заполнены водой. Вода отчасти поддерживает вышележащие породы, а в ее отсутствие может начаться просадка почвы, скорость которой иногда составляет 15 – 30 см в год. Так, например, в некоторых районах долины Сан-Хаокин в Калифорнии из-за потери грунтовых вод земля просела почти на 9 м. Особенно опасны внезапные значительные просадки грунта – образование карстовых воронок. Карстовые воронки могут достигать 100 м в поперечнике и до 50 м глубины, некоторые из них поглотили здания, отрезки шоссе, скот.

Наконец, падение уровня грунтовых вод приводит к тому, что в приморских районах возникает подток соленой воды в водоносные горизонты и попадание ее в колодцы и другие источники пресной воды в прибрежной зоне.

Увеличение поверхностного стока.Вмешательство человека в круговорот воды имеет и еще одну сторону – увеличение поверхностного стока. Мы уже отмечали, что в естественных условиях поверхностный сток играет второстепенную роль. Только очень сильные или продолжительные ливни способны до предела насытить влагой почву и создать существенный поверхностный сток, обычно большая часть воды, попадающей на поверхность земли с осадками, инфильтруется и пополняет грунтовые воды. Деятельность человека зачастую очень сильно изменяет характер земной поверхности, понижая отношение между инфильтрацией и поверхностным стоком. Это вызвано расширением городских территорий, расширением дорожной сети и т.п., в результате которых создаются водонепроницаемые покрытия на поверхности земли. Земледелие также в ряде случаев приводит к утрамбовыванию или уплотнению почвы, что снижает ее способность к инфильтрации. Экологические последствия увеличения доли поверхностного стока весьма значительны.

Во-первых, резко увеличивается количество воды в таких поверхностных водоемах, как ручьи и реки. Их русла уже не в состоянии справиться с увеличившимся стоком, вырывающим почву и камни из их берегов. Этот процесс называется береговой эрозией. В результате береговой эрозии происходит вымывание грунта и, как следствие, обмеление водотоков, что приводит к увеличению их ширины и подъему уровня воды. Последнее, в свою очередь, еще больше стимулирует береговую эрозию, и постепенно узкий окаймленный деревьями ручей может превратиться в широкую промоину, засыпанную упавшими стволами деревьев, песком и гравием.

Во-вторых, увеличение поверхностного стока резко повышает опасность паводков. Сезонные паводки – это нормальное явление природы. Но при сильном увеличении поверхностного стока даже умеренные ливни могут быть причиной достаточно сильных паводков, приносящих значительный ущерб.

В-третьих (а возможно и, во-первых), поверхностный сток – это, как правило, сильно загрязненная вода. В отличие от отфильтрованных грунтовых вод они несут в реки и озера практически все виды загрязняющих землю материалов:

• смытую в процессе эрозии почву;

• биогены, входящие в состав удобрений;

• ядохимикаты, используемые для борьбы с вредителями;

• помет животных и ассоциированные с ним бактерии;

• дорожную соль и другие вещества с дорожного покрытия;

• сажу и ядовитые вещества из выхлопных газов транспортных средств;

• горючее и автомобильное масло с дорог, автомобильных стоянок и т.п.;

• разнообразный мусор и растительный опад.

Поверхностный сток признан в настоящее время основным источником загрязнения многих рек и других водоемов. Так, например, исследования нью-йоркской группы "Информ" показали, что поступление в реку Гудзон свинца за счет поверхностного стока составляет около 100 т в год, тогда как промышленные и городские стоки дают всего 250 кг.

В-четвертых, из-за уменьшения инфильтрации не пополняются грунтовые воды, отрицательные последствия чего уже рассмотрены выше.

Таким образом, человек оказывает колоссальное воздействие на круговорот воды в природе, и изобилие водных ресурсов в экосистеме Земли является кажущимся: проблема дефицита пресной воды с каждым годом становится все острее.