6.4.1. Составляющие водного баланса суши и потребление воды человечеством

Без воды жить невозможно. С глубокой древности люди старались селиться по берегам рек и озёр. Только потом, когда научились рыть колодцы и пользоваться грунтовой водой, стали расселяться вдали от открытых водоёмов.

Помимо бытовых нужд, вода расходуется в сельском хозяйстве (полив, содержание скота, орошение) и в промышленности. Практически любое производство нуждается в воде; иногда технологические процессы связаны с очень большим расходом воды. Некоторым производствам годится не всякая, а только чистая вода. Потребление воды непрерывно растёт, и во многих местах её стало не хватать.

Для того, чтобы разобраться с этим вопросом, надо рассмотреть потребление воды человечеством (табл. 6.2) и сопоставить его с общим балансом воды над поверхностью суши (рис. 6.1).

Табл. 6.2 и рис. 6.1 нуждаются в комментариях.

Ежегодно над сушей в виде осадков выпадает 1,1$\cdot 10^{14}$ тонн пресной воды (110 тысяч кубических километров). Эта вода частично поступает в океан путём речного стока и просачивания грунтовых вод вдоль побережья (3,6$\cdot 10^{13}$ т/год), а частично возвращается в атмосферу. Этот возврат идёт двумя путями: во-первых, прямым испарением с рек, озёр, болот и с мокрых (после дождя) поверхностей (2$\cdot 10^{13}$ т/год) и, во-вторых, за счёт транспирации через растения (5$\cdot 10^{13}$ т/год). Как видно, на транспирацию уходит в 2,5 раза больше, чем на прямое испарение.

На рис. 6.1 внутри соответствующих прямоугольников указано содержание воды в океане, атмосфере и на суше.

В океане количество воды огромно — 2,4$\cdot 10^{18}$ т (2,4 миллиарда кубических километров).

В атмосфере почти вся вода находится в виде пара — 1,2$\cdot 10^{13}$ т (12 тысяч км${}^3$). Доля воды в капельно-жидкой и кристаллической фазах, находящейся в облаках, невелика. Обращает на себя внимание, что количество осадков — 4,7$\cdot 10^{14}$ т/год в 40 раз больше, чем содержание её в атмосфере. Таким образом, атмосферная влага быстро и многократно обновляется в цикле испарение — осадки.

Вода на суше находится в ледниках (2,9$\cdot 10^{16}$ т), в виде подземных грунтовых вод (6$\cdot 10^{16}$ т), и в наиболее доступной для человечества форме — в реках и озёрах (только 2,5$\cdot 10^{13}$ т). Величину запаса в грунтовых водах 6$\cdot 10^{16}$ тонн (60 миллионов км${}^3$), указанную на рис. 6.1, следует считать условной. Оценка этой величины зависит от расчётной глубины залегания и у разных авторов [17; 63; 69; 83] она различается примерно в два раза. Второе место из сухопутных «резервуаров» занимают ледники — 2,9$\cdot 10^{16}$ т. В основном это ледники Антарктиды, Гренландии, северного полярного бассейна. В реках и озёрах воды гораздо меньше — 2,5$\cdot 10^{13}$ т. Здесь также обращает на себя внимание, что ежегодный речной сток примерно в 1,5 раза превышает запас воды в реках и озёрах. Эта вода также непрерывно обновляется в процессе кругооборота, хотя и не так быстро, как в атмосфере. Распределение воды, поступающей с суши в океан, между речным стоком и грунтовыми водами не совсем ясно. По-видимому, основная роль принадлежит речному стоку.

Из табл. 6.2 видно, что человечество ежегодно потребляет 5$\cdot 10^{12}$ тонн (5000 км${}^3$) воды. По абсолютной величине это — огромное количество, но по отношению ко всей массе осадков это совсем немного, меньше 5%. Правда, потребление быстро растёт: его прирост составляет 10–12% в год. Отчасти эта вода забирается из рек и озёр, отчасти же добывается из грунтовых вод, которые часто оказываются лучше и чище речной и озёрной воды. Потребление человечеством речной (озёрной) и грунтовой воды можно считать примерно равным. На самом деле оно сильно зависит от места; например, в США доля грунтовых вод составляет 70% [17].

Табл. 6.2 показывает, как распределяется эта вода: основную часть (80%) потребляет сельское хозяйство, на бытовые нужды расходуется 5%, на промышленность и энергетику по 2–2,5% и только 0,05% человечество действительно выпивает в буквальном смысле этого слова.

Возникает вопрос: раз на все свои нужды человечество потребляет всего лишь 5% сухопутного кругооборота воды, то почему же её не хватает? Здесь действует несколько причин:

• Воды не хватает не везде и не всегда, а только в некоторых, правда во многих, местах. В среднем воды вполне достаточно, а кое-где, опять же во многих местах, её слишком много.
• Люди расселились очень неравномерно — в основном в умеренной зоне и в субтропиках Северного полушария. Здесь тоже в среднем с водой дело обстоит благополучно, но её по ряду причин не хватает именно тогда, когда она особенно нужна — летом, в период созревания урожая. Одна из причин этого — повсеместное уничтожение лесов, из-за чего распределение осадков (сток) происходит неравномерно во времени. Об этом уже говорилось раньше. Избыток воды наблюдается в лесах тропического пояса, в северных районах Сибири и Канады. Всё это обширные, но малозаселённые области.
• Большинство рек и озёр загрязнено бытовыми, промышленными и отчасти сельскохозяйственными отходами до такой степени, что их вода становится непригодной для использования человеком (не говоря уж о жизни рыб и т. п.).

Остановимся на дополнительных водных ресурсах, которые сосредоточены в грунтовых водах и ледниках и в принципе могли бы использоваться без нарушения общего кругооборота воды.

Пополнение грунтовых вод происходит за счёт осадков, а расход — путём медленного стока в реки и океан. Для использования в хозяйственных целях воду необходимо поднять на поверхность, часто с большой глубины (десятки, сотни метров); это связано с затратами энергии. Кроме того, грунтовую воду уже нельзя считать легко возобновляемым ресурсом, таким, например, как речной сток. Если откачивать её слишком интенсивно, то уровень грунтовой воды понижается (совершенно так, как в деревенском колодце, из которого черпают все). В конце концов наступает критический момент, когда воды уже нет и для её восстановления необходимо прекратить откачку и подождать… несколько десятков, а то и пару сотен лет.

Для полноты картины упомянем ещё два источника пресной воды. Первый из них — опреснение солёной морской воды — требует значительной затраты энергии, и потому такая вода стоит намного дороже грунтовой и, тем более, речной. Тем не менее, промышленные опреснительные установки созданы и действуют во многих местах, питая жизнь и промышленность там, где осадков очень мало. Второй источник, пока ещё не используемый — это ледники. Существуют проекты транспортировки этой воды в виде айсбергов из Антарктиды в засушливые районы, но пока они ещё далеки от реализации. Вопрос этот, пожалуй, чисто экономический, ибо технических трудностей нет никаких.

Мы переходим к вопросу о том, как промышленность, которая пропускает через себя всего лишь 4% от воды, потребляемой человечеством, и 0,2% от кругооборота воды на суше, смогла стать главным (хотя и не единственным) загрязнителем. Но можно наперёд сказать, что ничего особенно удивительного в этом нет: ведь ложкой дёгтя можно испортить бочку мёда.