Геоэкология. Геоэкология Голубев учебник. Учебник для студентов высших учебных заве дений. М. Издво геос, 1999. 338 с
 Скачать 2.02 Mb.
|
|
Рис. 13. Схема глобального цикла воды Все компоненты глобального водного баланса пока определя- ются с невысокой точностью, около 10–20%, и данные, приводимые различными авторами, заметно отличаются друг от друга. Осадки на океанах и значительных частях суши измеряются в относительно немногих точках, что при высокой пространствен- ной изменчивости осадков приводит к существенным погрешно- стям в определении их величин в мировом водном балансе. Сток, при наличии достаточно продолжительных гидрометри- ческих измерений, определяется с наибольшей, по сравнению с другими компонентами, точностью. Однако во многих районах мира регулярные гидрометрические измерения не проводятся. В особенности следует отметить необходимость, но и недостаточ- ность регулярных наблюдений за стоком крупнейших рек мира. Испарение, как с суши, так и с водной поверхности, почти со- всем не измеряется. Оно или рассчитывается для отдельных точек по физическим формулам, или же определяется как остаточный член водного баланса. Точность его определения для мира или крупных его частей, следовательно, невелика. Изменения запаса воды также не определяются с высокой точ- ностью. Для глобального водного баланса важнейшими состав- ляющими являются изменения объема океана и покровных лед- ников. Как мы уже видели выше, измеряемые изменения уровня воды океана не полностью отражают колебания его объема из-за комплекса гидрометеорологических, геотектонических и геомор- фологических факторов, из которых только первый отражает из- менения объема воды. Что касается ледниковых покровов, то по- ка даже не удается надежно определить, увеличивается или уменьшается масса ледниковых покровов Гренландии и Антарк- тиды, не говоря уже о количественных оценках. Задача более надежного определения компонентов водного ба- ланса мира – одна из важнейших проблем гидрологии и геоэкологии. Есть основания надеяться, что проводящиеся иссле- дования глобального гидрологического цикла в рамках между- народных программ исследований глобальных изменений при- несут более точные результаты. Величины некоторых компонентов глобального водного балан- са за год выглядят следующим образом: Элементы водного баланса Объем, тыс. куб. км Слой, мм Осадки, мир в целом: 577 1130 Испарение, мир в целом: 577 1130 Осадки на поверхность суши: 119 800 Влагообмен между океаном и сушей, 47 320 в том числе речной сток в оке- ан 42 280 Отметим, что около 30 тыс. куб. км в год расходуется на транс- пирацию растениями, или 42% суммарного испарения с поверх- ности суши. Влияние деятельности человека на компоненты мирового вод- ного баланса пока затушевывается относительно невысокой точ- ностью определения компонентов. Однако глобальные модели циркуляции климата показывают, что антропогенные изменения климата повысят интенсивность водообмена в глобальном гидро- логическом цикле. Влияние изменения климата на гидрологиче- скую ситуацию в отдельных регионах будет весьма значитель- ным. VI.2. Воды суши и деятельность человека VI.2.1. Основные функции вод суши в экосфере В природе вода находится в центре большинства взаимосвязей, в том числе между другими геосферами. В обществе вода – кри- тический фактор многих экономических, общественных и поли- тических проблем. В обобщенном виде можно сказать, что воды суши в экосфере выполняют три основные функции, важные с точки зрения геоэкологии: 1) Участника, зачастую ведущего и интегрирующего, в гло- бальных циклах вещества; 2) Индикатора состояния экосистем, в особенности бассейнов рек или озер; 3) Самого широко употребляемого природного ресурса. Во многих случаях вода – ключевой фактор основных глобальных экологических проблем. Выше уже отмечалась исключительная роль воды как агента, переносящего растворен- ные, влекомые и взвешенные вещества. Поэтому она важнейший фактор в глобальных биогеохимических циклах углерода, азота, серы, фосфора и др. и в экзогенной части большого гео- логического цикла (или цикла эрозии-седиментации). Глобальный гидрологический цикл – это один из основных жизнеобес- печивающих механизмов экосферы, зависящий в то же время от изменения ее состояния. Гидрологический цикл означает больше, чем водный цикл. Ре- ки мира также приносят в океан около 22 млрд. тонн наносов и 3 млрд. т растворенных веществ. В пределах бассейнов происходит еще более значительное, не менее чем на порядок большее пере- мещение вещества, во многом благодаря водному фактору. Многие острые геоэкологические проблемы связаны с водными проблемами. Ухудшение состояния антропогенно трансформиро- ванных естественных и сельскохозяйственных систем является или следствием изменившегося водного режима (часто в резуль- тате деятельности человека), или, наоборот, антропогенные изме- нения систем ведут к изменениям таких важных гидрологических характеристик как водоудерживающая способность почв, пере- хват осадков растительностью, инфильтрационная способность почв и др., с соответствующими изменениями гидрологического режима. Подобным образом, наводнения и засухи это больше чем избыток или дефицит воды. Их более частая повторяемость мо- жет быть результатом нарушения состояния речной системы. Вода отличается особенностью интегрировать процессы, про- текающие на водосборе. При этом речь идет о процессах на лю- бом уровне, от просачивания капель воды в почву в верхней части водосбора до движения мощного потока крупной реки. В целом можно сказать, что вода находится в центре большинства взаимо- действий в природе, играя в ландшафте роль, сходную с ролью крови в теле человека. И так же, как анализ крови дает представ- ление о состоянии больного, так и химические и физические осо- бенности природных вод являются объективным индикатором многих процессов, протекающих на водосборе. Зональные природные процессы хорошо отражены в основных показателях гидрологического режима. Например, реки в зоне влажных тропических лесов многоводны, со слоем стока около 1200 мм, с высокой долей подземного стока (около 50%), посто- янно высокой температурой воды (25–27°С). Природные воды этой зоны – ультрапресные (менее 100 мг/л растворенных ве- ществ, и даже в отдельных случаях менее 10 мг/л), гидрокарбо- натно-кремнеземного класса, с малой концентрацией взвешенных наносов (менее 50 г/л). В зоне степей, например, картина другая. В зоне степей сток невелик, слой стока порядка 50 мм в год. Вод- ность рек резко изменяется по сезонам года. Сток преимущест- венно (на 80%) формируется водами, стекающими по поверхно- сти водосбора. Воды пресные, но со значительным содержанием солей (до 1000 мг /л), гидрокарбонатно-кальциевые, мутность во- ды значительная (до 500 мг/л). Разумеется, эти средние данные носят исключительно иллюстративный характер. При усилении деятельности человека в бассейне реки или озера природные воды этого бассейна также соответствующим образом изменяются, что находит свое отражение в индикаторах геоэколо- гического состояния бассейна. Например, примерно за столетие содержание хлоридов в воде р. Рейн на границе Германии и Гол- ландии увеличилось приблизительно на порядок, что указывает на весьма значительное увеличение антропогенного давления в бассейне. VI.2.2. Геоэкологические аспекты водного хозяйства VI.2.2.1. Водные ресурсы и водообеспеченность 5 Вода – наиболее широко используемый природный ресурс. Забор воды из всех источников мира составляет около 4000 км 3 в год. Объем других широко используемых природных ресурсов, таких как уголь или нефть, примерно на три порядка меньше. Громоздкость воды как ресурса приводит к необходимости ис- пользования его поблизости от местонахождения, или к большим трудностям и высокой стоимости передачи воды на значительные расстояния. Таким образом, водные ресурсы локальны. Передача значительных объемов воды с континента на конти- нент и даже на большие расстояния внутри континентов по ряду причин весьма затруднительна (см. VI.2.2.3). Cуществуют зани- мательные предложения по транспортировке воды на большие расстояния. К ним относятся, например, такие предложения как буксирование айсбергов из Антарктиды в страны Персидского за- лива. Технически такие проекты возможны, и они будут теорети- чески совершенствоваться и далее. Однако стоимость кубометра такой воды была и останется высокой даже по сравнению с более реальными, но также дорогими способами, например, с опресне- нием морской воды. Можно представить себе только один сцена- рий, оправдывающий транспортировку айсбергов: все источники 5 С вопросами водного хозяйства можно ознеакомиться более детально в учебнике А.Б.Авакяна и В.М.Широкова “Рациональное использование и охрана водных ресур- сов”. Екатеринбург: Изд-во “Виктор”. 1994. 319 с. воды мира станут настолько загрязнены, что Антарктида останет- ся единственным надежным источником драгоценной питьевой воды требуемого качества. Остается надеяться, что такой сцена- рий не станет реальностью. Управление водными ресурсами удобнее всего осуществлять для всего бассейна реки или озера или бассейна подземных вод. Однако политические и административные границы, как правило, не совпадают с водоразделами. Внутри стран это приводит к не- удобной ситуации, когда водное хозяйство осуществляется по речным бассейнам, в то время как большая часть другой эконо- мической деятельности привязана к административному делению. На международном уровне это может приводить к конфликтам, связанным с использованием водных ресурсов. Около половины населения мира живет в не менее чем 220 международных речных и озерных бассейнах, причем более 25 бассейнов принадлежат четырем и более странам. Наибольшие трудности в сотрудничестве между областями (штатами) или, тем более, странами, заключаются в том, что тер- ритории, расположенные выше по течению реки, находятся в преимущественном положении, поскольку они вольно или не- вольно могут влиять на водные ресурсы вниз по течению, не бу- дучи заинтересованы ни в количестве, ни в качестве утекающей вниз воды. При этом нижележащим территориям предопределена пассивная роль, поскольку они не имеют естественных рычагов управления ресурсами, приходящими с верхней части бассейна. Самым ярким примером является ситуация в бассейне Нила, где любые действия в верхнем или среднем течении, ведущие к со- кращению стока реки, оказывают неблагоприятное и очень серь- езное воздействие на экономику Египта, существование которого в течение всей истории и до сего дня зависит от режима Нила. Подобным же образом, развитие орошения в бассейне Араль- ского моря привело к сокращению притока к Сырдарье и Амуда- рье и, как следствие, к катастрофическому падению уровня Ара- ла. Комиссия ООН по вопросам права сформулировала принципы международного сотрудничества в области водных ресурсов. Они включают четыре межгосударственных обязательства: 1) Информировать соседние государства и консультироваться с ними, прежде чем предпринимать какие-либо действия, которые могут привести к изменениям состояния разделяемых водных ре- сурсов. 2) Регулярно обмениваться гидрологическими данными. 3) Избегать причинения ущерба другим пользователям водных ресурсов. 4) Распределять воду из общего водоисточника “разумно и справедливо”. Водные проблемы зачастую многокомпонентны. В процессе их использования возникают взаимосвязанные проблемы их дефици- та, недостаточно приемлемого их качества, ущерба от наводнений и неблагоприятных изменений других компонентов окружающей среды. Водные ресурсы и их использование являются централь- ной проблемой развития аридных и семиаридных территорий, иг- рая также очень важную роль во всех других, более богатых во- дой областях. Стратегия решения водных проблем заключается в таком управлении бассейном, которое бы обеспечивало экономи- ческое развитие без ухудшения водных и связанных с ними дру- гих природных ресурсов. Абсолютный верхний предел возобновимых водных ресурсов мира – это суммарное количество осадков, выпадающее на по- верхность суши, что составляет около 120000 км 3 в год. По- видимому, безвозвратный забор даже 10% этой воды на хозяйст- венные нужды означал бы геоэкологическую катастрофу. Сле- дующий, более реальный предел возобновимых водных ресурсов мира – это речной сток объемом примерно 40000 км 3 в год. Из этого количества, устойчивый речной сток, наиболее удобный для использования, составляет 12000 км 3 в год. Однако крупные реки мира в своих низовьях несут слишком много воды, больше, чем ее там возможно использовать. Поэтому, по М.И.Львовичу 6 , дос- тупный устойчивый речной сток составляет примерно 9000 км 3 в год, и это реальный объем возобновимых водных ресурсов мира, технически возможный для использования без строительства пло- тин. По-видимому, геоэкологический предел использования во- зобновимых водных ресурсов должен быть существенно ниже, чем 9000 км 3 , поскольку экосистемы суши и виды организмов, их составляющие, также нуждаются в воде. К этому объему доступного устойчивого речного стока можно добавить ресурсы подземных вод, ледников и пресноводных озер. Водные ресурсы этих объектов содержат как возобновимую, так и невозобновимую компоненты, в зависимости от интенсивности их использования: чем больше забор воды, тем больше доля ис- пользуемой невозобновимой компоненты, и тем меньше стано- вятся невосполняемые запасы. Богатая подземной водой хорошего качества гидрогеологиче- ская формация Огаллала находится в области Высоких Равнин юга США (штаты Небраска, Канзас, Арканзас, Оклахома, Техас и др.). Запасы воды в ней образовались вследствие существования некоторой небольшой разности между приходными и расходны- ми компонентами уравнения водного баланса формации. Несмот- ря на небольшое ежегодное накопление воды, значительная про- должительность этого процесса привела к существенным запасам подземных вод. Большие запасы подземных вод предопределили развитие высокоэффективного орошаемого земледелия. В течение последних десятилетий отбор воды на орошение за год заметно превышал ежегодную естественную загрузку подземных вод. В результате уровень подземных вод упал и продолжает снижаться, затраты энергии на откачку воды из скважин увеличиваются, и стоимость производимого продукта также увеличивается. В неко- торых частях этой обширной территории земледелие стало невы- годным, и сельское хозяйство снова стало пастбищно- скотоводческим, как это было в XIX в. 6 Львович М.И. Вода и жизнь. М.: Мысль, 1986. 254 с. Как мы уже видели, безвозвратное потребление воды в мире составляет сейчас около 4000 куб. км в год, при возобновимых ресурсах порядка 9000 куб. м в год. Соотношение между имею- щимися ресурсами и потреблением выглядит на глобальном уровне пока вполне благоприятным, но на самом деле для многих районов это далеко не так, так как средние мировые величины маскируют имеющиеся различия между районами и скрывают дефицит водных ресурсов во многих местах мира. Одним из показателей состояния водных и связанных с ними геоэкологических проблем в той или иной стране является коли- чество водных ресурсов на каждого жителя. Для стран с преиму- щественно транзитным стоком (как Египет или Судан) или для крупных стран с разнообразными региональными условиями формирования стока (как Россия или Китай) этот показатель не- репрезентативен. Однако для всей совокупности стран мира он полезен для сравнительной оценки ситуации с водными ресурса- ми. Водообеспеченность изменяется от страны к стране на не- сколько порядков (от 328000 куб. м/чел. в год для Габона до практически нуля в странах Персидского залива). Уровень 500 куб. м на человека в год и менее является чрезвычайно низким, даже пороговым для национального устойчивого развития. При- мерно таким количеством водных ресурсов (370 куб. м/чел) рас- полагает Израиль, являя пример весьма эффективного использо- вания водных ресурсов, в том числе на орошение. Уровень 1000 куб. м на человека обычно принимается в качестве критического, указывающего на то, что страна находится в состоянии острого дефицита водных ресурсов. В странах, где водное хозяйство определяет всю экономику, та- ких как Египет, Сирия, Пакистан, уровень водопотребления со- ставляет 1200–2200 куб. м/чел. В настоящее время 15 стран (из 145, по которым были данные) с населением 110 млн. чел. располагают менее чем 500 куб. м на чел. Весьма низкий уровень водных ресурсов (500–1000 куб. м на чел.) характерен еще для 12 стран с населением 120 млн. чел. Для этих 27 стран дефицит водных ресурсов определяет существова- ние их населения, это вопрос жизни и смерти и причина важней- ших стратегических решений правительств. Еще 58 стран с насе- лением 3,4 млрд. чел. живут в условиях малого количества вод- ных ресурсов (1000–5000 куб. м/чел.). Всего к 1990 г 85 стран с 70% населения мира стояли перед проблемами дефицита водных ресурсов (табл. 8). Это в основном развивающиеся страны, где недостаток водных ресурсов является важным, если не важней- шим, препятствием их социального и экономического развития. Многие страны с ресурсами, превышающими 5000 куб. м /чел, выглядят благополучными, но на самом деле средняя цифра часто скрывает серьезные региональные различия внутри стран. Россия – характерный пример такой ситуации, где малая обеспеченность водными ресурсами совпадает с наиболее населенными и эконо- мически развитыми территориями, такими как центр и юг Евро- пейской России и Уральский промышленный регион. Таблица 8. Число стран, различающихся по количеству водных ресурсов на душу населения, куб. м за год, в 1990 и 2025 гг. Количество водных ресурсов, куб. м /чел. за год Число стран этой категории в 1990 г. Ожидаемое число стран этой кате- гории в 2025 г. Крайне малое (<500) 15 26 Очень малое (500–1000) 12 19 Малое (1000–5000) 58 51 Среднее (5000–10000) 12 10 Высокое (>10000) 48 39 Другой показатель степени напряженности с обеспечением водными ресурсами – это доля используемой воды по отношению к имеющимся ресурсам. Распределение этого показателя по стра- нам мира показано на рис. 14. Поскольку численность населения мира будет увеличиваться, а объем имеющихся водных ресурсов останется постоянным, си- туация дефицита водных ресурсов будет и далее ухудшаться, вы- зывая дальнейшее углубление противоречий, связанных с исполь- зованием водных ресурсов, как на международном, так и на на- циональном уров- |