Состояние использования водных ресурсов на глобальном уровне

Пресная вода - особо важный природный ресурс

Иногда говорят, что нашу планету правильнее было бы называть не «Земля», а «Вода» или «Океан». Действительно, вода покрывает 75% поверхности планеты, причем 98,8% её объема приходится на соленую воду океанов. Именно соленая вода является «первичной», выделившейся за миллиарды лет из недр планеты. Организмам, обитающим на поверхности суши (растениям и животным), необходима «вторичная» пресная вода, обессоленная при испарении океанских и морских вод и выпавшая на поверхность суши в виде атмосферных осадков. Несмотря на скромную долю - 1,2% от объема гидросферы - роль пресной воды чрезвычайно велика.

Подсчитано (Шалимов, 1988), что с поверхности Мирового океана ежегодно испаряется около 505 тыс. км3 воды. Десятая часть её выпадает на сушу. К ней добавляются осадки за счет циркуляции влаги над сушей, вследствие чего общее количество осадков на материках достигает 120 тыс. км3. 40% из этого объема формирует речной сток.

Две основные причины дефицита пресной воды

В настоящее время главными причинами дефицита пресной воды являются антропогенные факторы: водопотребление и загрязнение. К ним во многих районах мира добавляется снижение количества атмосферных осадков вследствие глобального потепления климата.

Общий объем годового речного стока оценивается в 50 тыс. км3 (Шалимов, 1988). Распределение его неравномерно, большая часть стока приходится на северное полушарие, тогда как более трети территорий с жарким климатом или лишена речной сети, или имеет слабо развитую сеть. С начала XX века до 80-х годов водопотребление возросло в 7 раз и составило в 80-е годы 3,5 тыс. км3. К концу XX века ожидалось, что этот объем возрастет еще в 1,5 раза. В реальности в 2000 г. он составил 4,78 тыс. км3.

Различают водопотребление и водопользование. Главное отличие между данными понятиями заключается в том, что потребители воды (многие отрасли промышленности, сельское хозяйство и др.) расходуют воду, в то время как водопользователи (водный транспорт, гидроэлектро-энергетика и др.) ее практически не потребляют. Поэтому, с точки зрения экологии, главная опасность исходит от водопотре- бителей, хотя и водопользователи вносят свою лепту в загрязнение гидросферы (например, морской транспорт).

Основной потребитель пресной воды на планете - сельское хозяйство, на нужды которого уходит более 60% потребляемой воды. Для производства 1 т. сухой растительной массы в различных условиях тепло- и влагообеспеченности только на транспирацию необходимо от 150-200 до 800-1000 м3 воды. Примерно столько же расходуется на непродуктивное испарение и еще около четверти этого количества воды задерживается в самой биомассе. На орошение и полив сельскохозяйственных земель сегодня тратится более 4000 км3 воды в год. К этому следует добавить воду, расходуемую на нужды животноводства.

Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, металлургическая, химическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. К числу этих отраслей относится и энергетика. Напомним, что эта отрасль - скорее водопользователь, чем водопотребитель.

Во второй половине XX века значительно возросли потребности в пресной воде на коммунально-бытовые нужды. Городской житель планеты на бытовые нужды ежесуточно расходует в среднем около 150 л, а сельский - около 55 л. В некоторых городах, в том числе в Москве и Санкт-Петербурге, обеспеченность пресной водой значительно выше, достигая 600 л в сутки. В аридных регионах уже давно сложилась тяжелая ситуация с доступом к чистой воде.

Таблица 2.1.

Водозабор из водных объектов в странах мира (Иванкова, 2017)

Страна

Общий водозабор, км3/год

Численность населения, млрд. чел.

Водозабор на 1 человека, м3/чел в год

Индия

761

1,337

569,18

Китай

611

1,383

441,79

США

423

0,326

1297,55

Япония

82

0,126

650,79

Бразилия

74,8

0,211

354,50

Франция

33,1

0,065

509,23

Г ермания

32,7

0,081

403,70

Россия

68,6

0,146

469,86

Расчеты специалистов показывают, что ежегодный прирост безвозвратного водозабора составляет 4-5%. При сохранении существующих темпов прироста населения и объемов производства человечеству грозит реальная опасность исчерпания запасов пресной воды.

С 1900 по 1950 гг. водопотребление возросло в 3 раза, с 1950 по 2000 гг. - в 7 раз. В настоящее время каждые 8-10 лет мировая потребность в воде возрастает вдвое, т.е. растет значительно быстрее, чем численность населения и прирост промышленной и сельскохозяйственной продукции. Это явление объясняется тем, что не существует ни одного технологического процесса, который обходился бы совсем без воды. Так, для выплавки одной тонны чугуна и перевода его в сталь и прокат расходуется 50-150 м3 воды, для производства одной тонны меди - 500 м3, для получения одной тонны синтетического каучука и химических волокон - от 2 до 5 тыс. м3 воды. Наиболее водоёмкими отраслями являются теплоэнергетика, чёрная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая, химическая и целлюлозно-бумажная промышленность.

Следует особо отметить, что человек уже давно активно использует для своих нужд не только поверхностные воды, но и подземные. Восточные иранцы научились использовать грунтовые воды для орошения на рубеже новой эры (Гумилев, 1997, с. 222). В России еще в 1890 г. был поднят вопрос о расхищении артезианских вод в Таврической губернии, а в 1901 г. был принят закон, в котором определены условия устройства артезианских колодцев в Крыму. В 80- е годы XX века в США 70% водопотребления обеспечивалось за счет подземных вод (Скиннер, 1989). При этом в районах засушливого юго-запада вода выкачивалась со скоростью, в 100 раз превышающей скорость её восполнения. Общеизвестна проблема истощения подземных вод в Индии (см. раздел 2.1.3).

В литературе по водным ресурсам очень часто упоминается о всемирном водном кризисе (ВВС, 2000), а ИВМИ прогнозирует, что Египет, Иран, Пакистан и Южная Африка к 2025 г. «столкнутся с физическим дефицитом воды.... и воды будет недостаточно для обеспечения сельскохозяйственных, промышленных и экологических требований на воду» (Seckler et al., 1998; ИВМИ, 2000).

Десять главных мировых проблем

Природная среда, в которой обитает человек, состоит из нескольких компонентов (горные породы, почва, растительность, вода, воздух, климат), которые находятся во взаимосвязи и взаимодействии. Эти компоненты современный человек рассматривает и использует в качестве природных ресурсов. На рубеже XX и XXI веков обнаружилось, что некоторые ресурсы, например, пресная вода, в ряде регионов мира близки к истощению и находятся в дефиците (рис. 2.1, 2.4). Сжигая громадное количество различных видов топлива, человек изменил состав атмосферы, что ведет к потеплению климата с весьма неблагоприятными последствиями. Существует много и других проблем, требующих решения. Лауреат Нобелевской премии Ричард Смолли перечислил в 2003 г. 10 первоочередных проблем, которые нужно решить в ближайшие 50 лет. Он расположил их по убыванию важности в следующем порядке: электроэнергия, вода, пища, окружающая среда, нищета, терроризм и войны, болезни, образование, демократия и население. Как видим, первые три места занимают энергия, вода и пища. Действительно, при наличии недорогой энергии можно опреснять морскую воду, а имея воду - получать продукты питания даже в пустынях.

Такой подход полезен для практической деятельности человека, коллектива, государства, он типичен для природопользователя, но он не учитывает взаимосвязей, существующих между всеми компонентами природной среды. Экологи рассматривают биосферу Земли как единое целое, фундаментальной основой которого является вода. Действительно, все жизненные процессы осуществляются при участии воды, да и все живое состоит на 60-70% из воды. Многие абиогенные вещества - минералы и горные породы - слагающие земную кору и поверхность нашей планеты, также образовались при участии воды. Таким образом, с экологической точки зрения, в перечне важнейших ресурсов планеты воду следует поставить на первое место.

Но в XXI веке обилие пресной воды еще не гарантирует обеспеченность населения питьевой водой. В промышленно развитых странах Европы и странах с большой плотностью населения (Индия, Китай и др.) поверхностные воды из-за химического и бактериального загрязнения непригодны для питья. В некоторых крупных и мало населенных регионах (Сибирь) природные воды нуждаются в предварительной очистке от повышенных природных концентраций марганца и железа.

Водные ресурсы мира Каскадные риски

Рис.2.1 Водные ресурсы мира Каскадные риски

Уже в середине прошлого века ученые предупреждали, что наша планета располагает ограниченными ресурсами. Дополнительные ограничения создаются условиями использования этих ресурсов. Тогда эти предостережения звучали абстрактно и, казалось, относились к далекому будущему. Но в начале XXI века во многих регионах мира стали возникать чрезвычайные ситуации, получившие название каскадных рисков (Уэббер, 2015). Они вызывались дефицитом одного из ведущих ресурсов, который порождал каскад взаимосвязанных негативных явлений.

В Уругвае в 2008 г. резко снизился уровень воды в р. Уругвай и водохранилищах. Перед властью возникла проблема выбора: чему отдать предпочтение - воде, электроэнергии или производству пищевых продуктов.

Аналогичная ситуация создалась в США в штате Калифорния - если фермеры и города не сократят заборы воды из р. Колорадо, водохранилище Мин, по мнению специалистов (Уэббер, 2015), к 2021 г. высохнет, соответственно перестанет работать крупная гидроэлектростанция на плотине Гувера.

США вообще являются лидерами по расходу пресной воды на душу населения - если Россия потребляет в год 70-100 км3, то США - 500 км3. Соответственно возникает проблема утилизации использованной воды. В связи с освоением добычи сланцевого газа в ряде штатов непрерывно растет объем закачиваемых в недра стоков. Например, в штате Оклахома этот объем составлял 135 млн. м3 в 2009 г. и 215 млн. м3 в 2014 г. Закачка вод породила неожиданный и нежелательный побочный эффект - рост числа землетрясений с магнитудой 3,0 и больше - с 20 в 2009 г. до 581 в 2014 г. (Кичмент, 2016).

Технические средства экономии ресурсов

Существует множество предложений и разработок по экономии потребления трех рассматриваемых нами ресурсов - воды, энергии и пищевых продуктов.

Например, в США до 25% пищевых продуктов поступает на свалку, хотя имеются технологии, позволяющие перерабатывать это сырье в метан. Есть способы использования сточных вод и теплых вод гидростанций, проекты экономичных многоэтажных («вертикальных») городских теплиц, закачивания углекислого газа в недра для извлечения горючего метана, выращивания продовольственных культур в пустынях и съедобных водорослей около ТЭЦ. Метан, сжигаемый в факелах при добыче нефти, можно использовать для нагрева дистилляторов, очищающих воду и т.п.

Экологическое состояние крупных рек восточного полушария. Красный цвет - максимальное загрязнение, синий - относительно чистые реки (GEO, № 2, 2011)

Рис.2.2 Экологическое состояние крупных рек восточного полушария. Красный цвет - максимальное загрязнение, синий - относительно чистые реки (GEO, № 2, 2011)

Районирование территории России по экологической напряженности, связанной с антропогенным изменением речных русел (оценка в баллах)

Рис.2.3 Районирование территории России по экологической напряженности, связанной с антропогенным изменением речных русел (оценка в баллах)

Районирование по степени экологической напряженности на малых реках: 1 - районы с минимальной напряженностью (1 балл); 2 - со слабой (2 балла); 3 - со средней (3 балла); 4 - с сильной (4 балла); 5 - с очень сильной напряженностью (5 баллов)

Экологическая напряженность на средних и крупных реках: 6 - минимальная (1 балл); 7 - слабая (2 балла); 8 - средняя (3 балла); 9 - сильная (4 балла); 10 - очень сильная (5 баллов); 11 - водохранилища, (по Р.С. Чалову и А.В. Чернову, 1999)

Проблема загрязнения природной среды

Дефицит природных ресурсов усугубляется всё возрастающим загрязнением окружающей среды, в первую очередь - воды, атмосферы и почв. Основной причиной современной деградации природных вод Земли является антропогенное загрязнение. Главными его источниками служат (Акимова, Хаскин,1998): 1) сточные воды промышленных предприятий, 2) сточные воды коммунального хозяйства городов и населенных пунктов, 3) стоки с полей орошения и других сельскохозяйственных объектов, 4) атмосферное выпадение загрязнителей на поверхность водосборных бассейнов и водоемов. Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время имеет глобальный характер.

Общий объем различного рода стоков оценивается в 1300- 1800 км3, для их разбавления требуется примерно 9000 км3, что составляет около 20% речного стока. Общая масса загрязнителей гидросферы достигает 15 млрд, т в год.

Загрязнение поверхности особенно интенсивно происходит в крупных индустриальных районах и промышленно-городских агломерациях, где сосредоточены энергетические комплексы, заводы и фабрики, производства токсичных веществ, места складирования отходов. С земной поверхности загрязняющие вещества неизбежно поступают в подземные воды. В России во многих водозаборах подземных вод превышены допустимые содержания (ПДК) железа, марганца, брома, фтора, кадмия, мышьяка, нефтепродуктов, фенола (Пущаровский, 2006). В Китае 240 млн. человек проживает в районах с повышенным содержанием фтора в воде (до 20 мг/л при норме 1 мг/л), что вызывает массовые заболевания (кариес, искривление костей и др.).

Темпы загрязнения возросли в разы в течение XX века, когда реки Европы превратились в сточные канавы. Загрязнение в ПДК и других единицах психологически оказывает слабое воздействие на человека. Впечатляет информация о том, что «добывают» из речной воды очистные сооружения. Газета «Стампа» в 1986 г. опубликовала отчет о работе очистительной станции за 1984-1986 гг. на р. По, протекающей на севере Италии: «Извлечено 1400 м3 различных масел и жиров, 45 тыс. м3 остатков различных моющих средств, 435 т. азотистых соединений, 36 т. фосфора, 50 т. цинка и др. металлов, 35 тыс. т. органических загрязнителей» (Шалимов, 1988, с. 132). Но это не означает, что воды р. По стали чистыми - сброс промышленных и бытовых отходов продолжался.

Т. Гредель и П. Крутцен (1989), лауреаты Нобелевской премии 1995 г. за изучение состояния атмосферы, считают: «Мы уверены, что решить проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды, можно только совместными усилиями, с вовлечением ученых, простых граждан и властей. Наиболее развитые в промышленном отношении страны должны взять на себя устранение диспропорции в использовании природных ресурсов, а также разработать технологии и стратегии планирования образа жизни своего населения, чей быстрый рост и увеличивающиеся потребности в энергии становятся основной причиной ухудшения условий жизни на всей планете».

Экология как новая парадигма политики и сохранения биосферы.

Если ограничиться изучением иностранной научной и научно- популярной литературы, создается впечатление, что о будущем планеты Земля беспокоятся только западные страны. Об этом же свидетельствуют и списки лауреатов Нобелевской премии за XX век. На самом деле ученые СССР и России внесли существенный вклад в формирование современной концепции преодоления глобального экологического кризиса. Значительное число теоретически и практически значимых исследований по совершенствованию природопользования было опубликовано в СССР в 1970-1990-е годы.

В частности, тогда активно развивались основы прикладного ландшафтоведения, являющегося важной составной частью естественно-научной теории оптимизации природопользования. Ведущий ланд- шафтовед СССР А.Г. Исаченко (1976) сформулировал принцип экологизации технологий. Он обосновал необходимость создания таких технологических систем, которые бы обеспечивали экономное использование природных ресурсов и исключение вредных экологических воздействий. В.М. Разумовский (1983) конкретизировал эту концепцию, предложив различать две фазы технологического цикла применительно к территориальным системам: добывающую (производственную) и восстановительную. Вторая фаза имеет целью восстановление продуктивности геосистемы, а не возвращение ей первоначального вида, что зачастую невозможно по причинам ландшафтно-экологического и экономического характера.

Философскую сущность взаимоотношений общества и природы в период индустриализации анализировал И.В. Комар (1975), ратовавший за наиболее полное извлечение из природной среды полезных компонентов и внедрение производств, не дающих отходов в виде дымящих труб и ядовитых стоков.

Роль и значение восстановительной функции в процессе экологизации производства развивали Н.Т. Агафонов и В.С. Жигулин (1987). Обосновывая необходимость выделения части общественного продукта на восстановление и воспроизводство окружающей среды, авторы прогнозировали изменения во взаимоотношениях с природой от чисто технологических к социально-экономическим.

Академик И.П. Герасимов (1982) конечной целью совершенствования технологических процессов считал их вовлечение в общие циклы превращения вещества и энергии, происходящие в биосфере. В качестве общих задач совершенствования технологий он выдвигал комплексное использование минерального сырья, организацию мало- и безотходных технологических процессов, замкнутое промышленное и бытовое водопотребление и т.д.

Таким образом, в экологизации природопользования намечалось две стадии. На первой стадии предусматривалось улучшение технологических решений производства. Вторая стадия имеет социально- экономическое, экологическое содержание, будучи ориентирована на восстановление качественного состояния нарушенных ландшафтов.

Стратегическое планирование

Несмотря на то, что лозунг «устойчивого развития» был провозглашен четверть века назад на конференции в Рио-де-Жанейро (1992), мировое сообщество только сейчас начинает осознавать важность внутренних связей в системе природа-общество. В 2014 г. в Северной Каролине (США) прошла конференция «Связь-2014: вода, продовольствие, климат и энергия». В ней участвовали 300 делегатов из 33 стран, представлявшие не только власти, но и членов Всемирного банка и Всемирного предпринимательского совета по устойчивому развитию. В декларации конференции отражена важная мысль о необходимости комплексного стратегического планирования: «мир - это единая сложная система, и следует искать проектные решения и политические меры, которые полезны всей системе в целом».

Тем самым признается, что и экология, и экономика, и энергетика, и политика должны служить вместе одной цели - сохранению биосферы, без которой существование человечества невозможно. Осуществить такой подход в условиях мирового экологического кризиса под силу только сплотившемуся мировому сообществу. А что явилось причиной этого кризиса? М. Уэббер (2015), обсуждая проблему обеспечения населения продовольствием, определил ее следующим образом: «В целом именно наш личный выбор иметь как можно больше всего как раз и толкает наши ресурсы к краю пропасти». То есть сохраняется в силе вывод, сделанный в середине прошлого века философом Э.Фроммом - мировой экологический кризис порожден потребительским обществом развитых стран. Но не только. Социальное расслоение и неравенство в развивающихся странах также играют заметную роль. Ежегодные лесные пожары в Сибири, катастрофические пожары в Чили (2017 г.) в значительной степени вызваны поджогами - потребностью населения получить доступ к древесине и к земельным угодьям.

Водные ресурсы мира

Таблица 2.2.

Распределение водных ресурсов но регионам мира

тыс.м3

1

Азия

13,2

2

Южная Америка

9,6

3

Северная Америка

6,4

4

Европа

6,2

5

Африка

4

6

Австралия и Океания

1,6

Крупнейшие страны мира но запасам пресной воды

тыс.км3

1

Бразилия

6,9

2

Россия

4,5

3

Канада

2,9

4

Китай

2,8

5

Индонезия

2,5

Истощение водных ресурсов

Рис.2.4 Истощение водных ресурсов

Согласно прогнозам (рис.2.5), к середине XXI века контрастность распределения атмосферных осадков в северном полушарии возрастет- в зоне лесов количество осадков увеличится на 10-12%, а в зонах степей и пустынь уменьшится на 10 %. При одновременном росте численности населения это приведет к обострению дефицита воды.

Изменение водных ресурсов (стока рек) к середине XXI века (% по отношению к 1980-1999 гг.)

Рис.2.5 Изменение водных ресурсов (стока рек) к середине XXI века (% по отношению к 1980-1999 гг.)

Таким образом, водные ресурсы являются важным элементом природы, их качество отражает экологическое состояние природной среды. Сохранить водные ресурсы возможно только в комплексе с остальными окружающими или вмещающими её компонентами.

Поскольку экологический кризис имеет глобальный характер, меры по его предотвращению должны быть также глобальными. По мнению В. Хёсле (1994) мировое хозяйство должно быть реформировано и превращено из экономического в экологически-социальное. Один из инструментов такого превращения - изменение налоговой политики, которая будет изымать у предпринимателя средства в соответствии с размером ущерба, наносимого природной среде. Сейчас же, как и 20 лет назад, с целью сохранения предприятий и (или) прибыли «людям внушаются бессмысленные потребности, которые вряд ли бы кто- либо испытывал, если бы человеку постоянно не вдалбливали в голову мысль о том, что их надо иметь» (Хёсле, 1994, с. 121).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >