Источники пресной воды и ее использование. Запасы пресной воды на Земле: примерные объемы, проблема нехватки воды, интересные факты

Из 1018 т воды на Земле на пресную воду приходятся всего лишь 3%, из которых 80% недоступны для использования, поскольку представляют собой лед, образующий полярные шапки. Пресная вода оказывается доступной человеку в результате участия в гидрологическом цикле, или круговороте воды в природе, который схематически изображен на рис. 12.3. Ежегодно в круговорот воды, в результате ее испарения и выпадения осадков в виде дождя или снега, вовлекается приблизительно 500000 км3 воды. По теоретическим подсчетам максимальное количество пресной воды, доступное для использования, составляет приблизительно 40 000 км3 в год. Речь идет о той воде, которая стекает с поверхности земли в моря и океаны (так называемый сток).

Круговорот воды в природе известен с ветхозаветных библейских времен:

«Бегут все реки в море, - а море не переполнится,

К месту, куда реки бегут, -

Туда они продолжают бежать».

Книга Экклесиаст, 1:7.

Рис. 12.3. Круговорот воды в природе.

Использование пресной воды принято подразделять на многократное использование и безвозвратное расходование. В соответствии с этим пресную воду также иногда подразделяют на используемую многократно и расходуемую безвозвратно.

Многократное использование воды может быть проиллюстрировано на таких примерах, как навигация, рыбоводство и получение гидроэлектроэнергии.

Безвозвратно расходуемая пресная вода становится уже недоступной для повторного использования. К ней относится пресная вода, которая после употребления оказалась потерянной в результате испарения (в том числе листьями растений); вода, вошедшая в состав продуктов, а также вода стока, достигшая моря (океана) и смешавшаяся с соленой водой. Безвозвратный расход пресной воды во всем мире составляет от 2500 до 3000 км3 в год, причем из этого количества приблизительно 10% расходуется в бытовых целях, 8% в промышленности, а подавляющее большинство -82% идет на ирригацию в сельском хозяйстве.

Расход воды

Расход воды в бытовых целях. В бытовых целях вода расходуется для питья, приготовления пищи, стирки, мытья, смыва нечистот в канализацию и поливки садов и улиц.

В Европе средний расход воды в бытовых целях на душу населения составляет приблизительно 230 л в день. Это приблизительно столько же, как и во времена Римской империи. На бытовые цели расходуется приблизительно 10% всей воды, потребляемой человечеством.

Расход воды в промышленных целях. Свыше 85% воды, используемой в промышленных целях, расходуется в процессах охлаждения. Остальная часть расходуется в процессах мойки, промывки газов, для гидротранспорта и в качестве растворителя. Приблизительно полмиллиона литров воды расходуется на выпуск каждого легкового автомобиля; это количество включает как безвозвратно расходуемую воду, так и воду повторного использования.

В промышленных целях расходуется приблизительно 8% всей используемой в мире воды.

Расход воды и сельском хозяйстве. На сельское хозяйство приходится 82% расхода воды во веем мире. Эта вода используется для ирригации. Для выращивания одной тонны хлопка необходимо 11 000 миллионов литров воды. Для выращивания спелой тыквы требуется 150 л воды.

Расход воды для получения гидроэнергии. Свыше 50% всего притока воды в Великобритании расходуется на электростанциях. Воду используют на гидроэлектростанциях, а также на тепловых электростанциях - для создания пара, вращающего турбины, и в целях охлаждения. Хотя электростанции расходуют огромное количество воды, она используется практически без потерь, в замкнутом цикле.

Согласно имеющимся оценкам, к двадцать первому столетию уровень потребления воды во всем мире должен превысить ее естественное поступление. Чтобы решить эту проблему, разрабатываются различные способы получения пресной воды, которые описаны ниже.

Увеличение притока пресной воды. Большая часть воды, стекающей с поверхности земли в океаны, пропадает бесполезно для нужд человека. Строительство резервуаров и бурение скважин для извлечения грунтовых вод повышает количество воды, используемой человеком до того, как она попадает в океаны.

В жаркую погоду большие количества воды теряются из озер и резервуаров в результате испарения. Этому можно воспрепятствовать, покрывая поверхность воды тонкой пленкой спирта гексадеканола-1.

Использование морской воды и солоноватых вод. Пресную воду можно получать из морской воды обессоливанием в результате вакуумной перегонки в выпарных аппаратах.

Перегонка воды в них осуществляется при пониженном давлении. Однако этот метод требует больших затрат энергии и экономичен только в таких странах, как, например, Кувейт, где энергия доступна по сравнительно невысоким ценам, а дождевой воды крайне мало.

Пресную воду можно получать также с помощью электродиализа (см. разд. 10.3) из солоноватой воды. Такая вода находится в устьях рек; она имеет промежуточную соленость между пресной речной и соленой морской водой.

В настоящее время во всем мире действует свыше 2000 заводов по опреснению воды. Для обессоливания воды используются не только методы вакуумной перегонки и электродиализа, но также методы вымораживания, ионного обмена и обратного осмоса.

Около 1500 миллионов кубических километров воды содержится на нашей планете, из которых примерно 10% это пресная вода.

При этом от 110 до 190 миллионов кубических километров воды находится под земной корой, это подземные водоемы. И от того, на сколько глубоко находятся эти источники воды на земле , их делят на поверхностные и подземные воды.

Водные бассейны, расположенные под землей на глубинах от десятков до сотен метров, представляют собой своеобразные сосуды, окруженные твердой породой, в которых вода находится под высоким давлением. Водные резервуары, которые скапливаются на глубинах в несколько метров, являются благоприятной основой для колодцев, из которых люди достают воду для бытовых нужд, но такая вода имеет и недостаток, из-за ее постоянного контакта с верхними рыхлыми слоями почвы, она грязнее той воды, что находится гораздо глубже.

Огромным источником воды на земле являются наши ледники, находящиеся в Антарктиде и в Гренландии. Это в районе от 20 до 30 миллионов кубических километров пресной воды. Немалое количество пресной воды выпадают на землю из атмосферы, в виде атмосферных осадков, образовавшихся благодаря испарению из естественных источников воды на земле, это еще приблизительно около 13 тысяч кубических километров.

А сколько пресной воды получают ежегодно из мирового океана, путем различных физико-химических методов. Несомненно, особо используемыми источниками воды на земле для своих нужд, человечеством, на сегодняшний день являются, прежде всего, реки и озера. Чего только стоит – самое крупное (и самое чистое в мире) природное хранилище пресной воды в России, объемы которого составляют 20 тысяч кубических километров воды.

Состав воды в Байкале примерно таков:

Мышьяка содержится около 0,3 мкг/л (ПДК = 10 мкг/л)

Свинца в районе 0,7 мкг/л (ПДК = 10)

Ртути в пределах 0,1 мкг/л (ПДК = 1)

Кадмия приблизительно 0,02 мкг/л (ПДК = 1),

6 тысяч кубических километров воды на нашей планете находится в нас с вами, живых организмах, животных и растительных организмах. Таким образом, наши водные природные ресурсы распределены по всей планете. Мы с вами на 80% состоим из жидкости, и нарушение водного баланса ведет к печальным последствиям. Мы не обращаем внимания на то, как мы обмениваемся с природой жидкостью, через мочу, пот и выдыхаемые мельчайшие капельки жидкости. Но для того чтобы все это имело место, мы черпаем эту жидкость из природы.

И никто не задавался вопросом, что если этот обмен прекратится? В таком случае наступает дегидратация – обезвоживание организма. Человек начинает ощущать слабость, учащается сердцебиение, появляются одышка и головокружение. Когда организм теряет около 10% жидкости от массы тела, человек теряет сознание, его речь нарушается, а так же ухудшаются слух и зрение. Если потеря жидкости составит 15-20% от массы тела, то наступают необратимые процессы в сердечно-сосудистой и нервных системах, ведущие к смерти.

Чтобы представить, как много воды на Земле, нужно для начала представить, как может выглядеть объем воды в один кубический километр. Именно в такой величине измеряются запасы воды на земле. Итак, объем всей воды на нашей планете – 1500 000 000 км3. Неслучайно, Землю называют голубой планетой, из космоса ее видят голубым шаром с пятнами суши. Запасы пресной воды составляют около 10% от общего запаса, и только малая часть пресной воды находится в поверхностных водах. Основной запас пресной воды находится в земной коре. Там сосредоточено порядка 190 млн. км3. Иногда подземные воды находятся на расстоянии десятков-сотней километров от поверхности земли – подземные воды глубокого залегания . Такая вода находится под значительным давлением под землей. Реки, озера, источники и другие воды, которые находятся в близости к поверхности земли, называются поверхностными водами . Такие воды обладают существенным отличием от вод глубокого залегания – доступность, такие воды легко добывать, а часто они сами скапливаются в различных резервуарах и колодцах. Однако такие воды менее защищены от загрязнения, так как постоянно контактируют с почвой. Еще один массив пресной воды, сложный в добывании, но являющийся огромным резервом для землян (20-30 млн.км3) сосредоточен в ледниках Антарктиды, Гренландии, островов Ледовитого океана. Пресная вода также содержится в выпадающих из атмосферы осадках - дождь и снег. Также люди научились опреснять воду морей и океанов, однако пока это практикуется мало. Хотя в некоторых восточных странах в уборных можно встретить морскую воду, но использование в таких целях скорее исключение, чем закономерное развитие.

Основными источниками пресной воды были и остаются реки и озера. Самым крупным озерным водохранилищем считается озеро Байкал, которое содержит 20 тыс. км3 воды. Вода этого озера считается самой чистой озерной водой, в ней очень низкий процент растворенных и взвешенных минеральных веществ, практически отсутствуют органические примеси, но много кислорода. Вода Байкала настолько чистая, что можно легко рассмотреть камни, лежащие даже на глубине 40 м.

Пресную воду делят на два типа по химическому составу: собственно пресная и минеральная вода.

Пресная вода никогда не встречается в природе абсолютно чистой, являясь универсальным растворителем, всегда содержит в себе некоторый процент минералов и загрязнений, поэтому должна эффективно очищаться перед употреблением в пищу. Водопроводная вода проходит некоторую очистку перед поступлением к нам в дома, однако чаще всего этого недостаточно, поэтому следует использовать бытовые фильтры очистки воды.

Минеральная вода делится на четыре группы по содержанию в ней минеральных компонентов:

1. Минеральные лечебные воды с минерализацией свыше 8г/л, такая вода должна приниматься по назначению врача.
2. Минеральные лечебно-столовые воды с минерализацией от 2 до 8 г/л. Их можно использовать в качестве напитка, но не в больших количествах. Рекомендуется также предварительно проконсультироваться с врачом. Среди популярных у нас лечебно-столовых вод можно выделить Нарзан и Боржоми.
3. Минеральные столовые воды, содержащие 1-2 г/л минеральных элементов.
4. Столовые воды с минерализацией менее грамма.

Свои лечебные качества минеральная вода приобретала в течение долгого периода, обогащаясь целебными минералами от особых пород, расположенных рядом с подземными резервуарами воды. По своему рН показателю бывает кислой, щелочной или нейтральной. В названии воды заложен также основной состав, например, хлоридно-натриевая или хлоридно-сульфатная.

Подземные воды.

Артезианские источники – это водные источники глубокого залегания. Они хорошо защищены от воздействия промышленных, сельскохозяйственных и бактериальных загрязнений. Чтобы получить доступ к артезианской воде используются специальные бурильные установки, к скважине опускаются стальные трубы, которые под воздействием мощных насосов выводят артезианскую воду на поверхность через трубопровод. Во время доставки воды на поверхность в нее могут проникать загрязнения, также такая вода нередко может содержать неблагоприятный минеральный состав для человека. Поэтому такую воду необходимо очищать, применяя промышленные или бытовые фильтры.

Родниковая вода – вода из родников и ключей, которые проделывают путь к поверхности земли из земных недр. Такая вода может быть пресной или минеральной. Нередко в наших широтах рядом с крупными родниками строились храмы, а родник облагораживался, чтобы людям было удобно набирать воду. Сейчас родники могут закрываться, так как качество воды значительно портится из-за близлежащих загрязнений почвы. В крупных городах с особенно грязной водой, пользуется спросом бутилированная родниковая вода, которую берут из мест, расположенных далеко за чертой города, заводов и свалок. Качество такой воды регулярно контролируется санитарными службами. Однако использовать бутилированную воду, конечно же, не так удобно, эффективно, как водопроводную воду, очищенную качественными фильтрами для воды.

Поверхностные воды.

Колодезная вода до сих пор активно используется в сельской местности, шурф не более 10 метров иногда может обеспечить всю деревню водой. В использовании такой воды таится большая опасность: через почву в колодезную воду попадают все виды сельскохозяйственных отходов (пестициды, нитриты, нитраты, тяжелые металл).

На бытовые нужды человека обычно тратиться не более 10% из всей используемой пресной воды, промышленность и сельское хозяйство использует оставшиеся 90%. Например, чтобы получить килограмм сахара, человек тратит около 200 л. воды, на производство килограмма синтетической резины около 2400л. Ежегодно мировые расходы увеличиваются, в бытовых условиях люди используют технику, которая расходует больше воды – например посудомоечные машины тратят в два раза больше воды на одну загрузку, чем когда человек моет посуду вручную. Развитие промышленности также влечет за собой дополнительные траты.

Перед тем как вода из озер, рек и подземных источников поступает в использование, она проходит обработку, после промышленного или бытового использования, вода также очищается, чтобы вернуться в реки и озера. Водопроводная вода обычно уже неоднократно использовалась до того, как попасть к нам в дом.

Очевидно, что самым удобным способом получения воды остаются реки и озера. Люди всегда стремились строить свои города вблизи крупных рек и озер, так и сейчас потребности городов в воде обслуживаются поверхностными водами. Бурение глубинных скважин, которые бы смогли снабжать большими объемами воду крупные города, может привезти к экологической катастрофе. Недостаточное количество водных ресурсов пресной воды в некоторых районах мира рано или поздно приведет к обращению к мировым океанским запасам воды и активной практике опреснения воды используя

Практически 70% территории нашей планеты покрыто водой. Если пересчитывать на кубические километры, то цифра получается довольно внушительная - 1500 миллиона кубических километров. И, кажется, что это огромная цифра, но не стоит забывать, что в эти полтора миллиона входит абсолютно вся вода - морская, океаническая, озерная, речная. Из этих 70% только 3% приходится на долю пресной воды. Около 190 миллионов кубических километров водных ресурсов находятся под земной корой (подземные водоемы). В зависимости от глубины этих источников их подразделяют на подземные и поверхностные воды. При этом учитывая количество проживающих на земле, а, следовательно, нуждающихся людей в питьевой воде - этот показатель мизерный. Сегодня нехватка чистой пресной воды - самая основная проблема человечества. Ученые всего мира разрабатывают программы и технологии, которые направлены на опреснение морской и океанической воды.

Водные бассейны, которые располагаются под землей на глубине от десятков до сотен метров - это своеобразные сосуды, где вода окружена твердой породой и находится под высочайшим давлением. Вода, скапливающаяся на небольшой глубине, является отличной основой для колодцев, водопроводных колонок. Эта вода пригодна для бытовых нужд, но требует особого очищения в случае использования ее в пищу. Вода, находящаяся на глубине в несколько метров от земли имеет один существенный недостаток - она постоянно контактирует с верхним рыхлым слоем почвы и может быть загрязнена пестицидами, тяжелыми металлами, радионуклидами и другими веществами и соединениями. Поэтому водоемы на большей глубине более чистые и безопасные для использования.

Ледники в Гренландии и Антарктиде являются огромнейшим источником пресной воды на всей земле. Приблизительно это от 20 до 30 миллионов кубокилометров пресной и что самое главное чистой питьевой воды.

Немало пресной воды выпадает и в виде самых различных осадков (снега, дождя, росы), а это около 14 тысяч кубических километров. Сегодня разработано множество специальных технологий для опреснения океанической воды. Основным способом для добычи пресной воды является принцип дистилляции. Но помимо этого способа используются и другие физико-химические методы, более дешевые и доступные.

Основным источником пресной воды на земле являются реки и озера. Это уникальные по своей сути «дары» природы. Человечество уже много веков пользуется пресной водой для удовлетворения своих нужд. Самым крупным озером в мире является озеро Байкал, расположенное на территории Российской Федерации. Этот водоем считается не только самым большим в мире, но и самым чистым с богатейшей флорой и фауной. Объемы воды в Байкале составляют около 20 тысяч кубических километров. Состав воды в Байкале приблизительно такой: мышьяк - 0,3 мкг/л (при предельно допустимой концентрации - 10 мкг/л), свинец 0,7 мкг/л (ПДК составляет 10 единиц), ртуть - 0,1 мкг/л (норма - 1 мкг/л), кадмий - 0,02 мкг/л (при максимально допустимой норме в 1 мкг/л). Около шести тысяч кубических километров воды находится во всех животных и растительных организмах на планете, в том числе и в самих людях. Поэтому можно смело утверждать, что природные ресурсы воды распределены буквально по всей планете.

Человек на 80% состоит именно из жидкости, уменьшение водного баланса в организме приводит к достаточно печальным последствиям. Самое интересное то, что мы совершенно не обращаем внимания на процессы обмена жидкостью с природой. А происходит это не только через пот и мочу, но и через выдыхаемые нами капельки жидкости. Но чтобы отдавать жидкость, мы черпаем ее же у самой природы.И вряд ли кто-то из нас задался вопросом «А что будет, если обмен жидкостями прекратится?». В случае прекращения поступления жидкости в человеческий организм произойдет дегидратация - другими словами обезвоживание организма.

Основные симптомы обезвоживания: слабость, головная боль, учащенное сердцебиение, головокружение, тошнота, отдышка. При потере 10% жидкости от массы человеческого тела приводит к потерям сознания, нарушению речи, ухудшению слуха и зрения. Если произойдет потеря жидкости в районе от 15 до 20%, происходят осложнения в сердечнососудистой и нервной системе и в итоге летальный исход.

Именно по этой причине следует внимательно относиться к потребностям собственного организма и не игнорировать его тревожные сигналы. И самое главное - следует беречь источники воды на земле, чтобы предотвратить их загрязнение и исчезновение .

Водоснабжение дома состоит из источника воды, системы подачи воды, фильтров и сантехнических приборов в доме. Самый хороший источник воды - артезианская скважина глубиной от 100 м. Но получить разрешение на сооружение такой скважины очень сложно и дорого. Поэтому обычно бурят одну такую скважину на целый поселок. Дальше вода накапливается в водонапорной башне и подается на участки (в дома) по летнему (надземному) или нормальному (подземному) водопроводу.

Водоснабжение представляет собой систему сложных сооружений для забора воды из природных источников, очистки ее, хранения необходимых запасов и подачи потребителю воды соответствующего качества.

Источники водоснабжения делятся на поверхностные и подземные. К поверхностным источникам, которые могут быть использованы в целях водоснабжения, относятся реки и водохранилища. К подземным источникам относятся воды почвенные и грунтовые, межпластовые (артезианские) и родники (ключи).

Вода из поверхностного источника содержит различные примеси - минеральные и органические вещества, а также бактерии. К минеральным примесям относятся частицы песка, глины, ила, растворенные в воде соли, железо, к органическим - гниющие вещества растительного и животного происхождения. Появление в воде бактерий - возбудителей разных болезней - связано с попаданием в реки и озера сточной воды из жилых поселков и городов. Речные воды, как правило, содержат большое количество взвешенных веществ, особенно в период паводков, а также органических веществ, микроорганизмов, в том числе болезнетворных бактерий, и небольшое количество солей. Санитарные качества речной воды часто бывают низкими, вследствие загрязнения ее поверхностными стоками. В водохранилищах вода содержит меньше взвешенных частиц, но она недостаточно прозрачна. Воды пресных озер большей частью прозрачны, но иногда бывают загрязнены поверхностными стоками.

Подземной является значительная часть воды, выпавшей на землю в виде осадков и просочившейся сквозь почву. Она проникает вглубь земли, растворяет отдельные породы и заполняет поры между частицами водоносных пластов и свободное пространство до водонепроницаемых грунтов: глины, гранита и мрамора. Подземные воды залегают на различной глубине.

Верховодка - подземные воды, которые накапливаются в верхних слоях почвы, неровностях и углублениях водонепроницаемых грунтов и не образуют сплошного водоносного слоя . Верховодка обычно встречается на небольшой глубине и используется для устройства сельских срубовых колодцев, используемых для поливов садов и огородов. Вода в колодце стоит на одном уровне с водой в грунте. В летний период колодцы иногда могут пересыхать. Верховодка легко загрязняется поверхностными стоками и непригодна для водоснабжения загородного дома.

Грунтовые (безнапорные) воды залегают в сплошном водоносном слое , под которым находится верхний водонепроницаемый слой грунта. Вода в питьевых срубовых деревенских колодцах, прорытых в водоносном слое, стоит на том же уровне, что и вода в водоносном слое. Эта вода может быть использована для водоснабжения. Колодцы опущенные в водоносный слой пересыхают крайне редко.

Артезианские (напорные) воды находятся в глубоких водоносных слоях , которые залегают между водонепроницаемыми грунтами. По сути, это уже не озеро, а река или море воды. Если в водоносном слое присутствует большое давление - вода из скважины бьет фонтаном.

Ключевые воды - это грунтовые воды, которые находят естественный выход на поверхность земли. Ключи бывают нисходящие, когда выходят на земную поверхность сверху в результате обнажения водоносных пластов, например, на склонах оврагов и балок, и восходящие, когда они выходят на земную поверхность снизу из напорных слоев.

Вода, применяемая для хозяйственно-питьевых нужд населения, должка удовлетворять следующим санитарно-гигиеническим требованиям: быть прозрачной, невредной для здоровья, не содержать болезнетворных бактерий, не иметь запаха и привкуса. Этими качествами обладает вода подземных источников (ключи и особенно «артезианские» воды). Такая вода может быть подана потребителям без очистки. Однако подземные источники часто содержат много солей и обладают значительной жесткостью. Воды подземных источников с растворенными солями кальция, хлористого натрия, извести называются жесткими; они требуют умягчения, т. е. удаления излишнего количества растворенных солей (жесткая вода подземных источников - скорее правило, нежели исключение).