Пресная вода или пресная вода — это любая встречающаяся в природе жидкая или замороженная вода , содержащая низкие концентрации растворенных солей и других растворенных твердых веществ . Термин исключает морскую воду и солоноватую воду , но включает несоленую, богатую минералами воду , такую как железистые источники. Пресная вода может охватывать замороженную и талую воду в ледяных щитах , ледяных шапках , ледниках , снежных полях и айсбергах , естественные осадки , такие как ливень , снег , град / мокрый снег и крупа , и поверхностные стоки , которые образуют внутренние водоемы, такие как водно-болотные угодья , пруды , озера , реки , ручьи , а также грунтовые воды, содержащиеся в водоносных горизонтах , подземных реках и озерах .
Вода имеет решающее значение для выживания всех живых организмов . Многие организмы могут процветать в соленой воде, но подавляющее большинство сосудистых растений и большинство насекомых , амфибий , рептилий , млекопитающих и птиц нуждаются в пресной воде для выживания.
Пресная вода — это водный ресурс , который наиболее и непосредственно используется людьми. Пресная вода не всегда является питьевой водой , то есть водой, безопасной для употребления человеком . Большая часть пресной воды Земли (на поверхности и подземных водах) в значительной степени непригодна для потребления человеком без очистки . Пресная вода может легко загрязняться в результате деятельности человека или из-за естественных процессов, таких как эрозия.
Пресная вода составляет менее 3% мировых водных ресурсов, и только 1% из них легко доступен. Около 70% мировых запасов пресной воды заморожены в Антарктиде . Только 3% из них извлекается для потребления человеком. Сельское хозяйство использует примерно две трети всей пресной воды, извлекаемой из окружающей среды. [1] [2] [3]
Пресная вода является возобновляемым и изменчивым, но конечным природным ресурсом . Пресная вода пополняется в процессе естественного круговорота воды , в котором вода из морей, озер, лесов, земель, рек и водохранилищ испаряется, образует облака и возвращается вглубь страны в виде осадков. [4] Однако локально, если в результате деятельности человека потребляется больше пресной воды, чем восстанавливается естественным путем, это может привести к снижению доступности пресной воды (или дефициту воды ) из поверхностных и подземных источников и может нанести серьезный ущерб окружающей и связанной с ней среде. Загрязнение воды также снижает доступность пресной воды. Там, где доступных водных ресурсов мало, люди разработали такие технологии, как опреснение и переработка сточных вод, чтобы еще больше расширить доступное предложение. Однако, учитывая высокую стоимость (как капитальных, так и эксплуатационных расходов) и - особенно для опреснения - потребности в энергии, они остаются в основном нишевыми приложениями.
Неустойчивой альтернативой является использование так называемой « ископаемой воды » из подземных водоносных горизонтов . Поскольку некоторые из этих водоносных горизонтов образовались сотни тысяч или даже миллионы лет назад, когда местный климат был более влажным (например, с одного из периодов Зеленой Сахары ) и не пополняются в значительной степени в современных климатических условиях — по крайней мере, по сравнению с истощением, эти водоносные горизонты образуют по сути невозобновляемые ресурсы, сопоставимые с торфом или лигнитом, которые также непрерывно образуются в современную эпоху, но на порядки медленнее, чем их добыча.
Пресную воду можно определить как воду с содержанием растворенных солей менее 500 частей на миллион (ppm) . [5]
Другие источники указывают более высокие верхние пределы солености для пресной воды, например, 1000 частей на миллион [6] или 3000 частей на миллион [7] .
Пресноводные местообитания классифицируются как либо лентические системы , которые являются стоячими водами, включая пруды , озера, болота и топи ; проточные, которые являются проточными водными системами; или грунтовые воды , которые текут в скалах и водоносных горизонтах . Кроме того, существует зона, которая является мостом между грунтовыми водами и проточными системами, которая является гипорейной зоной , которая лежит под многими крупными реками и может содержать значительно больше воды, чем видно в открытом русле. Она также может находиться в прямом контакте с нижележащими подземными водами.
Первоначальным источником почти всей пресной воды являются осадки из атмосферы в виде тумана , дождя и снега . Пресная вода, выпадающая в виде тумана, дождя или снега, содержит вещества, растворенные в атмосфере , и вещества из моря и суши, над которыми пролетели дождевые облака. Осадки в конечном итоге приводят к образованию водоемов , которые люди могут использовать в качестве источников пресной воды: пруды , озера , дождевые осадки , реки , ручьи и грунтовые воды , содержащиеся в подземных водоносных горизонтах .
В прибрежных районах пресная вода может содержать значительные концентрации солей, полученных из моря, если ветреные условия подняли капли морской воды в дождевые облака. Это может привести к повышению концентрации натрия , хлорида , магния и сульфата , а также многих других соединений в меньших концентрациях.
В пустынных районах или районах с обедненными или пыльными почвами дождевые ветры могут поднимать песок и пыль , которые могут откладываться в других местах в виде осадков и вызывать значительное загрязнение потока пресной воды как нерастворимыми твердыми веществами, так и растворимыми компонентами этих почв. Значительные количества железа могут переноситься таким образом, включая хорошо документированный перенос богатых железом осадков, выпадающих в Бразилии в результате песчаных бурь в Сахаре на севере Африки . [8]
В Африке было выявлено, что контроль грунтовых вод является сложным и не соответствует напрямую одному фактору. Грунтовые воды показали большую устойчивость к изменению климата, чем ожидалось, а районы с увеличивающимся порогом между индексом засушливости 0,34 и 0,39 продемонстрировали значительную чувствительность к изменению климата. Землепользование может повлиять на процессы инфильтрации и стока. Годы наибольшего пополнения совпали с наибольшими аномалиями осадков, такими как во время событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья . Были выделены три чувствительности осадков к пополнению: в сверхзасушливых районах с индексом засушливости более 0,67 наблюдалась постоянная подпитка с небольшими изменениями в зависимости от осадков; в большинстве мест (засушливых, полузасушливых, влажных) годовая подпитка увеличивалась, поскольку годовое количество осадков оставалось выше определенного порога; а в сложных районах с индексом засушливости до 0,1 (целенаправленная подпитка) наблюдалась очень непоследовательная подпитка (низкое количество осадков, но высокая подпитка). Понимание этих взаимосвязей может привести к разработке устойчивых стратегий сбора воды. Это понимание особенно важно в Африке, где водные ресурсы часто недостаточны, а изменение климата создает значительные проблемы. [9]
Соленая вода в океанах , морях и соленые грунтовые воды составляют около 97% всей воды на Земле . Только 2,5–2,75% — это пресная вода, в том числе 1,75–2% замороженных в ледниках , льду и снеге, 0,5–0,75% — это пресные грунтовые воды. Уровень грунтовых вод — это уровень, ниже которого все пространства заполнены водой, в то время как область выше этого уровня, где пространства в скале и почве содержат как воздух, так и воду, известна как ненасыщенная зона. Вода в этой ненасыщенной зоне называется почвенной влагой.
Ниже уровня грунтовых вод весь регион известен как зона насыщения, а вода в этой зоне называется грунтовыми водами. [11] Грунтовые воды играют решающую роль в качестве основного источника воды для различных целей, включая питье, стирку, сельское хозяйство и производство, и даже когда они не используются напрямую в качестве источника питьевой воды, их по-прежнему жизненно важно защищать из-за их способности переносить загрязняющие вещества и загрязняющие вещества с земли в озера и реки, которые составляют значительный процент запасов пресной воды других людей. Они почти повсеместно распространены под землей, находясь в пространствах между частицами породы и почвы или в расщелинах и трещинах в породе, как правило, в пределах 100 м (330 футов) от поверхности, [11] и почвенной влаги, и менее 0,01% из них в виде поверхностных вод в озерах , болотах и реках . [12] [13]
Пресноводные озера содержат около 87% этой пресной поверхностной воды, в том числе 29% в Великих африканских озерах , 22% в озере Байкал в России, 21% в Великих североамериканских озерах и 14% в других озерах. Болота имеют большую часть баланса и лишь небольшое количество в реках, наиболее заметно в реке Амазонке . Атмосфера содержит 0,04% воды. [14] В районах, где нет пресной воды на поверхности земли, пресная вода, полученная из осадков , может из-за своей более низкой плотности покрывать соленые грунтовые воды в линзах или слоях. Большая часть пресной воды в мире заморожена в ледяных щитах . Во многих районах очень мало пресной воды, таких как пустыни .
Вода является критически важным вопросом для выживания всех живых организмов. Некоторые могут использовать соленую воду, но многие организмы, включая подавляющее большинство высших растений и большинство млекопитающих, должны иметь доступ к пресной воде, чтобы жить. Некоторые наземные млекопитающие, особенно пустынные грызуны , по-видимому, выживают без питья, но они производят воду посредством метаболизма семян злаков , и у них также есть механизмы для максимального сохранения воды.
Пресноводные экосистемы являются подмножеством водных экосистем Земли . Они включают озера , пруды , реки , ручьи , источники , болота и водно-болотные угодья . [15] Их можно противопоставить морским экосистемам , которые имеют большее содержание соли . Пресноводные местообитания можно классифицировать по различным факторам, включая температуру, проникновение света, питательные вещества и растительность. Существует три основных типа пресноводных экосистем: лентические (медленно движущаяся вода, включая бассейны , пруды и озера ), проточные (быстро движущаяся вода, например, ручьи и реки ) и водно-болотные угодья (районы, где почва насыщена или затоплена по крайней мере часть времени). [16] [15] Пресноводные экосистемы содержат 41% известных в мире видов рыб. [17]
Пресноводные экосистемы со временем претерпели существенные изменения, что повлияло на различные характеристики экосистем. [18] Первоначальные попытки понять и контролировать пресноводные экосистемы были вызваны угрозами здоровью человека (например, вспышками холеры из -за загрязнения сточными водами ). [19] Ранний мониторинг был сосредоточен на химических индикаторах, затем на бактериях и, наконец, на водорослях, грибах и простейших. Новый тип мониторинга включает в себя количественную оценку различных групп организмов ( макробеспозвоночных , макрофитов и рыб ) и измерение связанных с ними условий потока. [20]Рост населения мира и увеличение потребления воды на душу населения оказывают все большую нагрузку на ограниченные ресурсы чистой пресной воды. Реакция пресноводных экосистем на изменение климата может быть описана с точки зрения трех взаимосвязанных компонентов: качество воды, количество или объем воды и время поступления воды. Изменение одного из них часто приводит к сдвигам и в других. [21]
Дефицит воды (тесно связанный с водным стрессом или водным кризисом) — это нехватка ресурсов пресной воды для удовлетворения стандартного спроса на воду. Существует два типа дефицита воды. Один из них — физический. Другой — экономический дефицит воды . [22] : 560 Физический дефицит воды — это когда воды недостаточно для удовлетворения всех потребностей. Это включает воду, необходимую для функционирования экосистем . Регионы с пустынным климатом часто сталкиваются с физическим дефицитом воды. [23] Центральная Азия , Западная Азия и Северная Африка являются примерами засушливых районов. Экономический дефицит воды является результатом отсутствия инвестиций в инфраструктуру или технологии для забора воды из рек, водоносных горизонтов или других источников воды. Он также является результатом слабых человеческих возможностей для удовлетворения спроса на воду. [22] : 560 Многие люди в странах Африки к югу от Сахары живут с экономическим дефицитом воды. [24] : 11
В мире достаточно пресной воды, в среднем за год, чтобы удовлетворить спрос. Таким образом, дефицит воды вызван несоответствием между тем, когда и где людям нужна вода, и тем, когда и где она доступна. [25] Одной из основных причин увеличения мирового спроса на воду является рост числа людей . Другими причинами являются улучшение условий жизни, изменение рациона питания (в сторону большего количества продуктов животного происхождения) [26] и расширение орошаемого земледелия . [27] [28] Изменение климата (включая засухи или наводнения ), вырубка лесов , загрязнение воды и расточительное использование воды также могут означать, что воды недостаточно. [29] Эти изменения в дефиците также могут быть функцией преобладающей экономической политики и подходов к планированию.Важной проблемой для гидрологических экосистем является обеспечение минимального стока , особенно сохранение и восстановление распределения воды в русле . [30] Пресная вода является важным природным ресурсом, необходимым для выживания всех экосистем .
Загрязнение воды (или загрязнение водной среды) — это загрязнение водоемов , оказывающее негативное влияние на их использование. [31] : 6 Обычно это результат деятельности человека. Водоемы включают озера , реки , океаны , водоносные горизонты , водохранилища и грунтовые воды . Загрязнение воды возникает, когда загрязняющие вещества смешиваются с этими водоемами. Загрязняющие вещества могут поступать из одного из четырех основных источников. Это сбросы сточных вод , промышленная деятельность, сельскохозяйственная деятельность и городские стоки, включая ливневые воды . [32] Загрязнение воды может влиять как на поверхностные, так и на грунтовые воды . Эта форма загрязнения может привести ко многим проблемам. Одна из них — деградация водных экосистем . Другая — распространение заболеваний, передающихся через воду , когда люди используют загрязненную воду для питья или орошения . [33] Загрязнение воды также снижает экосистемные услуги , такие как питьевая вода , предоставляемая водным ресурсом .
Источниками загрязнения воды являются либо точечные источники , либо неточечные источники . [34] Точечные источники имеют одну идентифицируемую причину, например, ливневый сток , очистные сооружения или разлив нефти . Неточечные источники более рассеяны. Примером являются сельскохозяйственные стоки . [35] Загрязнение является результатом кумулятивного эффекта с течением времени. Загрязнение может принимать различные формы. Одной из них являются токсичные вещества, такие как нефть, металлы, пластик, пестициды , стойкие органические загрязнители и промышленные отходы. Другой - стрессовые условия, такие как изменение pH , гипоксия или аноксия, повышенная температура, чрезмерная мутность или изменение солености ). Другой причиной является внедрение патогенных организмов . Загрязняющие вещества могут включать органические и неорганические вещества. Распространенной причиной теплового загрязнения является использование воды в качестве охлаждающей жидкости электростанциями и промышленными производителями.Использование воды включает сельскохозяйственную , промышленную , бытовую , рекреационную и природоохранную деятельность.
Цели устойчивого развития представляют собой набор из 17 взаимосвязанных глобальных целей, призванных стать «планом по достижению лучшего и более устойчивого будущего для всех». [36] Цели по сохранению пресной воды включены в ЦУР 6 (Чистая вода и санитария) и ЦУР 15 (Жизнь на суше). Например, цель 6.4 сформулирована как «К 2030 году существенно повысить эффективность водопользования во всех секторах и обеспечить устойчивый забор и подачу пресной воды для решения проблемы нехватки воды и существенного сокращения числа людей, страдающих от нехватки воды ». [36] Другая цель, цель 15.1, звучит так: «К 2020 году обеспечить сохранение, восстановление и устойчивое использование наземных и внутренних пресноводных экосистем и их услуг, в частности лесов, водно-болотных угодий , гор и засушливых земель , в соответствии с обязательствами по международным соглашениям». [36]
Подзаметки
