Вода: большие проекты и большие проблемы

Из исторических хроник известно, что в 1750 году бурями и течениями к острову Бель-Иль, тому самому острову у берегов Бретани, на котором один из героев «Трех мушкетеров» занимался укреплением крепости, был вынесен гренландский айсберг, который таял потом в течение года. Может быть, этот случай так и остался бы только достоянием историков, если бы в последние годы не возникла идея транспортировки айсбергов с помощью мощных морских буксиров для снабжения водой засушливых районов Австралии, Южной Америки, Южной Африки и Аравийского полуострова. Создана даже компания по транспортировке айсбергов. В Соединенных Штатах и Великобритании проведены научные симпозиумы, посвященные проекту переправки айсбергов.

Почему же такой, казалось бы, фантастический проект так серьезно и широко обсуждается и имеет солидную финансовую поддержку?

Совсем недавно человечество сравнивали с путником, который, как казалось вначале, хорошо подготовленный и полный энтузиазма, шел по зеленым полям и лугам, вдыхая свежий воздух.

Но теперь этот путник вдруг обнаружил, что ему не хватает тепла, чтобы согреться в холодные ночи, что продукты на исходе, а вместо лесов и полей вдоль дороги протянулись горы мусора, воздух насыщен едким дымом, исчезли холодные и прозрачные ручьи. Так можно сформулировать те проблемы, с которыми столкнулись многие развивающиеся страны: проблема голода, экологический кризис, недостаток пресной воды.

Зоны жажды

На Земле существуют «зоны жажды», порожденные особенностями циркуляции атмосферы,— это полосы пустынь и полупустынь, протянувшиеся через все материки в обоих полушариях приблизительно вдоль Северного и Южного тропиков. Здесь в тропосфере преобладают восходящие потоки воздуха, которые препятствуют образованию облачности и выпадению осадков.

К полупустыням примыкают зоны степей с наиболее плодородными почвами, но и очень частыми засухами: в степях, например, засухи бывают каждые три года. Поэтому и степи можно отнести к зонам жажды.

Природа распоряжается осадками по своему усмотрению. Хорошо известен муссонный тип циркуляции атмосферы, характерный, например, для Индии, где вода, как грозная богиня Кали, имеет два лица — наводнения и засухи. Летом муссоны приносят обильные дожди и наводнения, а зимой земля трескается от сухости, хотя на ней можно было бы собирать обильный урожай и зимой. Поэтому и такие районы с очень неравномерным и неблагоприятным распределением обильных осадков в течение года можно отнести к зонам жажды.

Практически нет ни одного вида продукта, при производстве которого так или иначе не участвовала бы вода. Но еще больше воды затрачивается на то, чтобы разбавить, растворить в ней отходы производства. Такое «двойное» использование воды в условиях большой численности населения, мощного развития промышленности и сельского хозяйства создает «пятна жажды» даже в тех природных зонах, где никогда не было недостатка в воде.

Бернард Франк, американский гидролог, заметил, что «историю цивилизации можно написать с точки зрения отношения человека к воде». Древние философы считали, что «вода — первооснова всего» — в ней рождались боги и в нее уходили люди. Но человек всегда так или иначе ощущал недостаток в воде, «водный кризис» в отличие от других кризисов был постоянным.

Статистическая информация: пустыни занимают площадь 15—20 миллионов квадратных километров, степи — примерно половину этой величины. Если учесть районы с неблагоприятным распределением осадков и антропогенные «пятна жажды», то окажется, что не менее четверти суши, на которой живет почти половина человечества, нуждается в дополнительных мерах по улучшению водоснабжения.

Добыча 1 тонны угля требует 3 кубометров воды, производство 1 тонны стали — 250 кубометров воды, 1 тонны азотных удобрений — 600 кубометров воды, 1 тонны синтетических волокон — 4000 кубометров воды, для выращивания 1 тонны пшеницы нужно 1500 кубометров воды.

Исчерпаны ли запасы воды!

Пришельцы, которые, по утверждению поклонников НЛО, то тут, то там появляются в ближайших окрестностях нашей планеты и даже в атмосфере, должны были бы крайне удивиться, узнав, что наша планета называется Земля и это название ассоциируется с понятиями «грунт», «суша», «земля» с маленькой буквы. Безусловно, третью от Солнца планету следовало бы назвать «Вода», так как это — то основное, что отличает ее от всех других планет Солнечной системы.

Вода покрывает большую часть нашей планеты, образуя океаны и моря. И на суше вода не редкость — блестят зеркала озер, через континенты протянулись извилистые ленты рек, сверкают голубые шапки горных ледников и гигантские ледниковые покровы Гренландии и Антарктиды. Когда же в северном полушарии наступает зима, то снежный покров и лед покрывают на Земле более трети поверхности суши.

И в толще земной коры, в порах, полостях, трещинах хранятся запасы воды, а где-то на еще не ведомой нам глубине и сейчас происходит таинство рождения воды, так как вся вода, как считают сейчас ученые, появилась из недр нашей планеты.

Запасы воды на Земле практически неисчерпаемы. Но, как правило, именно там, где вода необходима, ее нет, а если она есть, то не в то время, когда она действительно нужна, или она не обладает нужными нам качествами. Например, морская вода с высокой соленостью имеет пока очень ограниченное применение в промышленности и сельском хозяйстве.

Морские водоемы — это в основном транспортные артерии, зоны отдыха и рыболовства и, к сожалению, места сброса сточных вод.

Промышленности и сельскому хозяйству требуется только пресная вода. Производство все более сложных и разнообразных продуктов приводит к тому, что теперь уже нужна не просто пресная вода, а исключительно чистая пресная вода, так как качество продуктов очень чувствительно к разного рода примесям в природной пресной воде. Затраты на получение такой воды непрерывно возрастают, потому что так же быстро растет загрязнение водоемов там, где развивается промышленное и сельскохозяйственное производство.

Сейчас на каждого человека приходится почти по 1/3 кубического километра воды, находящейся на поверхности планеты и в доступной бурению толще грунта, но из этого гигантского объема воды только 1/250 кубического километра составляет пресная вода вместе со льдом и только 1/1000 кубического километра — пресная вода в жидком виде, причем это в основном малодоступные подземные и почвенные воды. Вода из рек и озер составляет лишь 1/25000 кубического километра, или около 40 тысяч кубометров на одного человека. Далеко не всю пресную воду можно использовать: по техническим, санитарным, водоохранным и другим причинам доступны примерно 27 тысяч кубических километров жидких поверхностных и подземных пресных вод, или около 6,5 тысячи кубометров на одного человека — это равно двум объемам открытого пятидесятиметрового плавательного бассейна.

Утоление жажды

Итак, вода есть, даже если говорить только о жидкой пресной воде, той, которой меньше всего на нашей планете. Важно решить триаду — нужное место, время и качество. Человек издавна решал эту проблему путем переброски воды, говоря современным языком, во времени и пространстве. Во времени — накапливая ее в какой-нибудь емкости, а затем используя в нужный момент. В пространстве — создавая искусственные водотоки или перемещая воду в емкостях. Начинал человек с создания простых емкостей вроде амфоры, ведра, а затем прудов для накопления воды, использовал мускульную силу — свою или домашних животных — для подъема и перемещения воды. Чтобы улучшить качество воды, ее нагревали. Сейчас человек перешел к сооружению гигантских водохранилищ и каналов, мощных насосных станций, разработке сложных приемов химической и физической обработки воды.

Принцип переброски воды был осознан тысячи лет назад, на заре цивилизации. И уже тогда был использован наиболее выгодный способ перемещения воды в пространстве — самотек. В древности переброску использовали в основном для орошения полей, так как наиболее древние цивилизации возникли как раз в зоне жажды. Оросительные системы были созданы в древнем Египте, в государстве Ур, в империи инков в Перу, в древних государствах Индии. А в средние века, во время правления Великих Моголов, в Индии были сооружены довольно крупные ирригационные системы, направлявшие воды с Гималаев в Пенджаб, Уттар-Прадеш и Раджастхан. Некоторые из этих ирригационных систем эксплуатируются до сих пор.

Переброска воды использовалась и для водоснабжения крупных городов. Хорошо известен акведук, построенный в IV веке до новой эры «еще рабами Рима», подводивший воду к городу от Аппиевых источников. Менее известен акведук, который был построен по распоряжению Библейского царя Соломона за 950 лет до новой эры.

В древности воду перебрасывали на сравнительно небольшие расстояния, самые длинные каналы и акведуки не превышали десятков километров, хотя в целом сеть оросительных систем и водопроводов была достаточно длинной. Но даже по крупнейшим системам подавалось не более одного кубического километра воды в год, и происходило перераспределение воды в границах бассейнов небольших и средних рек или отрезков крупных рек.

Размеры переброски воды начали быстро увеличиваться с XIX века, в период промышленной революции. Вода передается уже из бассейна одной реки в бассейн другой. Примерами таких систем могут быть Большой Ферганский канал, системы водоснабжения Нью-Йорка и Лос-Анджелеса, ирригационные каналы в Калифорнии Украине и в Средней Азии. По каждой такой системе воды перебрасывается больше, чем по всем вместе взятым системам древности. Изменилась техническая база, возросли наши знания о жизни рек, озер, подземных вод, но принципы переброски остались теми же. Использование вод для сельскохозяйственных целей стало сочетаться с получением электроэнергии, развитием судоходства, рыбоводством, то есть начался переход к более полному использованию водных артерий и водоемов. Основным потребителем воды, однако, осталось сельское хозяйство.

Римский водопровод имел длину 450 километров, из которых 55 километров приходилось на акведуки. 5000 лет назад египтяне построили плотину длиной 106 и высотой 12 метров. К началу XX века по крупнейшим системам перебрасывалось не более 1,5 кубического километра воды в год. Для водоснабжения Нью-Йорка из бассейна реки Делавэр перебрасывается 1,3 кубического километра воды в год. В США из Северной Калифорнии в долину Сан-Хоакин на расстояние 600 километров перебрасывается 3,4 кубического километра воды в год. Всего так или иначе человек на Земле перемещает 3100 кубических километров воды в год для своих нужд. 80 процентов потребляемой воды используется на орошение около 250 миллионов гектаров сельскохозяйственных земель, из которых приблизительно 100 миллионов гектаров находятся в развивающихся странах.

Большие проекты…

Недостаток воды в некоторых странах уже сейчас в какой-то степени сдерживает развитие промышленности и сельского хозяйства. Особенно отчетливо это можно видеть на примере государств, располагающихся в зоне Сахары и Сахеля, и даже на примере богатых нефтедобывающих стран Ближнего Востока.

Значительная нехватка воды начала ощущаться и во многих районах Индии. Для восполнения недостатка воды здесь разрабатываются проекты переброски воды из районов с избытком в районы с дефицитом. Эти проекты отличают огромные объемы, когда по одной системе можно пропускать десятки и даже сотню кубических километров воды; огромные расстояния — вода перемещается на тысячи километров, пересекая при этом несколько крупных речных бассейнов, границы государств и даже континентов; вода с помощью насосных станций будет подниматься очень высоко, чтобы преодолеть горные хребты и целые горные системы, и именно на это будет затрачиваться значительная часть электроэнергии, вырабатываемой в системе переброски воды.

Разработаны проекты переброски воды и в нетрадиционном, если так можно сказать, исполнении. Это уже упоминавшийся проект транспортировки айсбергов из Антарктики к прибрежным районам «зон жажды» разных континентов. Эти проекты можно отнести к разряду межконтинентальных или глобальных. Уже высказано много идей и зарегистрирован ряд патентов по транспортировке айсбергов. В них уже решаются конкретные задачи: поиск и захват подходящего айсберга, его буксировка, обвязка поверхности льда пластиковым покрытием для защиты от таяния и волн, заякоривание айсберга, способы переработки льда в воду и т. п.

Разрабатывается и другой нетрадиционный способ переброски воды — перевозка пресной воды в специальных полужестких емкостях из устьев крупных рек.

…и большие проблемы

Из всех проблем, которые связаны с осуществлением грандиозных проектов переброски воды, пожалуй, самая простая — это строительство гидротехнических сооружений, насосных станций, буксиров для транспортировки айсбергов, то есть решение разных технических вопросов. Есть соответствующая строительная техника, накоплен огромный опыт строительства крупных гидротехнических сооружений, морских буксиров, танкеров, отработана технология.

Гораздо сложнее решить проблемы, связанные с определением выгод, получаемых при осуществлении этих проектов, выявить отдаленные и ближайшие последствия мощного воздействия на окружающую среду, а также социальные и политические последствия.

Из всех технических вариантов переброски воды, пожалуй, наименее опасен для окружающей среды способ перевозки воды в гирляндах емкостей из устьев крупных рек. Один буксир может перевозить сразу несколько миллионов кубических метров воды. Здесь, главное, предусмотреть, как воздействует изъятие больших объемов воды на обстановку в устье реки; как скажется ее использование на окружающей среде в том месте, куда ее привезут; какие последствия для морских биосистем могут вызвать аварии емкостей с пресной водой в открытом море.

Переброска твердой воды в виде айсбергов из Антарктики к «зонам жажды» разных континентов порождает гораздо больше вопросов, связанных с окружающей средой. Как скажется на балансе тепла и массы антарктического ледникового покрова изъятие из этого района определенного объема льда и заключенного в нем холода? Не будет ли нарушена устойчивость южнополярного оледенения? Как повлияет на морские биосистемы след в видё холодной пресной воды, который возникнет в тропической зоне океана при буксировке айсберга, например, к берегам Саудовской Аравии? Какое воздействие окажет заякоренный у берега айсберг — источник холода — на окружающую среду? Перечень таких вопросов можно продолжить.

Транспортировка айсбергов и воды в емкостях не может решить проблемы водоснабжения внутриконтинентальных районов, поэтому для них остается единственный способ — гигантские переброски речного стока. Но они порождают еще больше проблем, связанных с окружающей средой. Как изменится температура воды и ледовитость в Арктическом бассейне, если изъять большие объемы стекающей в него пресной речной воды? Не приведет ли это к климатической катастрофе? Что произойдет с Западной Сибирью, Аляской и Северной Канадой, если там будут созданы гигантские водохранилища? Как все это скажется на вечной мерзлоте, уровне грунтовых вод, таежных экосистемах, фауне? И опять это не полный перечень вопросов, а только начало такого перечня. Однозначных ответов на эти вопросы нет.

Очень сложны сами экологические системы, на которые окажет воздействие переброска стока. Даже в такой сравнительно простой геосистеме, как тайга, на участке размером всего 8 квадратных километров насчитывается почти 20 тысяч компонентов и связей. С ростом размеров территории, усложнением иерархии экосистем число компонентов и связей будет возрастать, поэтому предсказание будущих изменений окружающей среды становится все более неразрешимой задачей. К тому же окружающая среда является заведомо нелинейной системой, а это означает, что даже малые возмущения в ней могут привести к неожиданно большим последствиям. Поэтому при как будто очевидных выгодах переброски воды (обеспечение водой индустрии и сельского хозяйства, получение электроэнергии и тому подобное), при увеличении масштабов переброски становятся все более неопределенными потери в результате нарушения естественных связей в окружающей среде.

Неопределенность в оценке изменений окружающей среды есть всегда, даже и тогда, когда осуществляются проекты меньшего масштаба. Однако эта неопределенность и непредсказуемость при малых перебросках воды в целом окупалась, так как выгоды оказывались всегда больше непредвиденных потерь. С ростом масштабов проектов переброски ситуация может в корне измениться, так как выгоды растут медленнее, чем неопределенность в оценке воздействия переброски воды на окружающую среду. Иными словами, при существующей технологии, уровне наших знаний и экономической ситуации имеется некоторый предел размеров переброски воды, за которым неопределенность в предсказании возможных отрицательных воздействий на окружающую среду столь велика, что осуществлять такой проект становится неразумным. Отсутствуют те весы, на которых можно взвесить все «за» и «против», да и многих гирь будет не хватать, если даже удастся создать такие весы.

Автор: К. Лосев, кандидат географических наук.