Вода: великі проекти та великі проблеми

З історичних хронік відомо, що в 1750 році бурями і течіями до острова Бель-Іль, того самого острова біля берегів Бретані, на якому один з героїв «Трьох мушкетерів» займався зміцненням фортеці, був винесений Гренландський айсберг, який танув потім протягом року. Може бути, цей випадок так і залишився б тільки надбанням істориків, якби в останні роки не виникла ідея транспортування айсбергів за допомогою потужних морських буксирів для постачання водою посушливих районів Австралії, Південної Америки, Південної Африки і Аравійського півострова. Створена навіть компанія з транспортування айсбергів. У Сполучених Штатах і Великобританії проведені наукові симпозіуми, присвячені проекту переправлення айсбергів.

Чому ж такий, здавалося б, фантастичний проект так серйозно і широко обговорюється і має солідну фінансову підтримку?

Зовсім недавно людство порівнювали з подорожнім, який, як здавалося спочатку, добре підготовлений і повний ентузіазму, йшов по зелених полях і луках, вдихаючи свіже повітря.

Але тепер цей подорожній раптом виявив, що йому не вистачає тепла, щоб зігрітися в холодні ночі, що продукти закінчуються, а замість лісів і полів уздовж дороги простяглися гори сміття, повітря насичене їдким димом, зникли холодні і прозорі струмки. Так можна сформулювати ті проблеми, з якими зіткнулися багато країн, що розвиваються: проблема голоду, екологічна криза, нестача прісної води. Також щодо води, дуже важливо щоб прісна питна вода була чистою, без шкідливих домішок, тут может допомогти компанія Ecosoft, що займається виробництвом фільтрів для води

Зони спраги

На Землі існують «зони спраги», породжені особливостями циркуляції атмосфери,— це смуги пустель і напівпустель, що простягнулися через всі материки в обох півкулях приблизно уздовж північного і південного тропіків. Тут в тропосфері переважають висхідні потоки повітря, які перешкоджають утворенню хмарності і випаданню опадів.

До напівпустель примикають зони степів з найбільш родючими грунтами, але і дуже частими посухами: в степах, наприклад, посухи бувають кожні три роки. Тому і степи можна віднести до зон спраги.

Природа розпоряджається опадами на свій розсуд. Добре відомий мусонний тип циркуляції атмосфери, характерний, наприклад, для Індії, де вода, як грізна богиня Калі, має два обличчя — повені і посухи. Влітку мусони приносять рясні дощі і повені, а взимку земля тріскається від сухості, хоча на ній можна було б збирати рясний урожай і взимку. Тому і такі райони з дуже нерівномірним і несприятливим розподілом рясних опадів протягом року можна віднести до зон спраги.

Практично немає жодного виду продукту, при виробництві якого так чи інакше не приймала б участі вода. Але ще більше води витрачається на те, щоб розбавити, розчинити в ній відходи виробництва. Таке «подвійне» використання води в умовах великої чисельності населення, потужного розвитку промисловості і сільського господарства створює «плями спраги» навіть в тих природних зонах, де ніколи не було нестачі у воді.

Бернард Франк, американський гідролог, зауважив, що «історію цивілізації можна написати з точки зору ставлення людини до води». Стародавні філософи вважали, що «вода — першооснова всього» — в ній народжувалися боги і в неї йшли люди. Але людина завжди так чи інакше відчувала нестачу у воді. «Водна криза» на відміну від інших криз була постійною.

Статистична інформація: пустелі займають площу 15-20 мільйонів квадратних кілометрів, степи — приблизно половину цієї величини. Якщо врахувати райони з несприятливим розподілом опадів і антропогенні «плями спраги», то виявиться, що не менше чверті суші, на якій живе майже половина людства, потребує додаткових заходів щодо поліпшення водопостачання.

Видобуток 1 тонни вугілля вимагає 3 кубометрів води, виробництво 1 тонни сталі — 250 кубометрів води, 1 тонни азотних добрив — 600 кубометрів води, 1 тонни синтетичних волокон — 4000 кубометрів води, для вирощування 1 тонни пшениці потрібно 1500 кубометрів води.

Чи вичерпані запаси води!

Прибульці, які, за твердженням шанувальників НЛО, то тут, то там з’являються в найближчих околицях нашої планети і навіть в атмосфері, повинні були б вкрай здивуватися, дізнавшись, що наша планета називається Земля і ця назва асоціюється з поняттями «грунт», «суша», «земля» з маленької літери. Безумовно, третю від Сонця планету слід було б назвати «Вода», так як це — то основне, що відрізняє її від всіх інших планет Сонячної системи.

Вода покриває більшу частину нашої планети, утворюючи океани і моря. І на суші вода не рідкість – блищать дзеркала озер, через континенти простяглися звивисті стрічки річок, виблискують блакитні шапки гірських льодовиків і гігантські льодовикові покриви Гренландії та Антарктиди. Коли ж в Північній півкулі настає зима, то сніговий покрив і лід покривають на Землі більше третини поверхні суші.

І в товщі земної кори, в порах, порожнинах, тріщинах зберігаються запаси води, а десь на ще не відомій нам глибині і зараз відбувається таїнство народження води, так як вся вода, як вважають зараз вчені, з’явилася з надр нашої планети.

Запаси води на Землі практично невичерпні. Але, як правило, саме там, де вода необхідна, її немає, а якщо вона є, то не в той час, коли вона дійсно потрібна, або вона не володіє потрібними нам якостями. Наприклад, морська вода з високою солоністю має поки дуже обмежене застосування в промисловості і сільському господарстві.

Морські водойми – це в основному транспортні артерії, зони відпочинку та рибальства і, на жаль, місця скидання стічних вод.

Промисловості та сільському господарству потрібна тільки прісна вода. Виробництво все більш складних і різноманітних продуктів призводить до того, що тепер вже потрібна не просто прісна вода, а виключно чиста прісна вода, так як якість продуктів дуже чутлива до різного роду домішок в природній прісній воді. Витрати на отримання такої води безперервно зростають, тому що так само швидко зростає забруднення водойм там, де розвивається промислове і сільськогосподарське виробництво.

Зараз на кожну людину припадає майже по 1/3 кубічного кілометра води, що знаходиться на поверхні планети і в доступній бурінню товщі грунту, але з цього гігантського обсягу води тільки 1/250 кубічного кілометра становить прісна вода разом з льодом і тільки 1/1000 кубічного кілометра — прісна вода в рідкому вигляді, причому це в основному малодоступні підземні і грунтові води. Вода з річок і озер становить лише 1/25000 кубічного кілометра, або близько 40 тисяч кубометрів на одну людину. Далеко не всю прісну воду можна використовувати: з технічних, санітарних, водоохоронних та інших причин доступні приблизно 27 тисяч кубічних кілометрів рідких поверхневих і підземних прісних вод, або близько 6,5 тисячі кубометрів на одну людину — це дорівнює двом обсягам відкритого п’ятдесятиметрового плавального басейну.

Втамування спраги

Отже, вода є, навіть якщо говорити тільки про рідку прісну воду, ту, якої найменше на нашій планеті. Важливо вирішити тріаду – потрібне місце, час і якість. Людина здавна вирішувала цю проблему шляхом перекидання води, кажучи сучасною мовою, в часі і просторі. У часі – накопичуючи її в якій-небудь ємності, а потім використовуючи в потрібний момент. У просторі – створюючи штучні водотоки або переміщаючи воду в ємностях. Починала людина зі створення простих ємностей на зразок амфори, відра, а потім ставків для накопичення води, використовувала м’язову силу — свою або домашніх тварин — для підйому і переміщення води. Щоб поліпшити якість води, її нагрівали. Зараз людина перейшла до спорудження гігантських водосховищ і каналів, потужних насосних станцій, розробки складних прийомів хімічної і фізичної обробки води. (До речі, щодо насосних станцій, зараз дуже багато людей шукають фильтры обратного осмоса для дома, тобто системи зворотного осмосу завядки яким вода, що тече у вас з крану стане набагато чистішою).

Принцип перекидання води був усвідомлений тисячі років тому, на зорі цивілізації. І вже тоді був використаний найбільш вигідний спосіб переміщення води в просторі – самоплив. У давнину перекидання використовували в основному для зрошення полів, так як найбільш древні цивілізації виникли якраз в зоні спраги. Зрошувальні системи були створені в стародавньому Єгипті, в державі Ур, в імперії інків у Перу, в стародавніх державах Індії. А в середні віки, під час правління великих Моголів, в Індії були споруджені досить великі іригаційні системи, що направляли води з Гімалаїв в Пенджаб, Уттар-Прадеш і Раджастхан. Деякі з цих іригаційних систем експлуатуються досі.

Перекидання води використовувалося і для водопостачання великих міст. Добре відомий акведук, побудований в IV столітті до нової ери «ще рабами Риму», він підводив воду до міста від Аппієвих джерел. Менш відомий акведук, який був побудований за розпорядженням біблійного царя Соломона за 950 років до нової ери.

У давнину воду перекидали на порівняно невеликі відстані, найдовші канали і акведуки не перевищували десятків кілометрів, хоча в цілому мережа зрошувальних систем і водопроводів була досить довгою. Але навіть по найбільших системах подавалося не більше одного кубічного кілометра води на рік, і відбувався перерозподіл води в межах басейнів невеликих і середніх річок або відрізків великих річок.

Розміри перекидання води почали швидко збільшуватися з XIX століття, в період промислової революції. Вода передається вже з басейну однієї річки в басейн іншої. Прикладами таких систем можуть бути великий Ферганський канал, системи водопостачання Нью-Йорка і Лос-Анджелеса, іригаційні канали в Каліфорнії і в Середній Азії. По кожній такій системі води перекидається більше, ніж по всім разом узятим системам давнини. Змінилася технічна база, зросли наші знання про життя річок, озер, підземних вод, але принципи перекидання залишилися тими ж. Використання вод для сільськогосподарських цілей стало поєднуватися з отриманням електроенергії, розвитком судноплавства, рибництвом, тобто почався перехід до більш повного використання водних артерій і водойм. Основним споживачем води, однак, залишилося сільське господарство.

Римський водогін мав довжину 450 кілометрів, з яких 55 кілометрів припадало на акведуки. 5000 років тому єгиптяни побудували греблю довжиною 106 і висотою 12 метрів. До початку XX століття по найбільшим системам перекидалося не більше 1,5 кубічного кілометра води на рік. Для водопостачання Нью-Йорка з басейну річки Делавер перекидається 1,3 кубічного кілометра води на рік. У США з Північної Каліфорнії в долину Сан-Хоакін на відстань 600 кілометрів перекидається 3,4 кубічного кілометра води на рік. Всього так чи інакше людина на Землі переміщує 3100 кубічних кілометрів води на рік для своїх потреб. 80 відсотків споживаної води використовується на зрошення близько 250 мільйонів гектарів сільськогосподарських земель, з яких приблизно 100 мільйонів гектарів знаходяться в країнах, що розвиваються.

Великі проекти…

Нестача води в деяких країнах вже зараз в якійсь мірі стримує розвиток промисловості і сільського господарства. Особливо чітко це можна бачити на прикладі держав, розташованих в зоні Сахари і Сахеля, і навіть на прикладі багатих нафтовидобувних країн Близького Сходу.

Значна нестача води почала відчуватися і в багатьох районах Індії. Для заповнення нестачі води тут розробляються проекти перекидання води з районів з надлишком в райони з дефіцитом. Ці проекти відрізняють величезні обсяги, коли по одній системі можна пропускати десятки і навіть сотню кубічних кілометрів води; величезні відстані – вода переміщається на тисячі кілометрів, перетинаючи при цьому кілька великих річкових басейнів, кордони держав і навіть континентів; вода за допомогою насосних станцій буде підніматися дуже високо, щоб подолати гірські хребти і цілі гірські системи, і саме на це буде витрачатися значна частина електроенергії, що виробляється в системі перекидання води.

Розроблено проекти перекидання води і в нетрадиційному, якщо так можна сказати, виконанні. Це вже згадуваний проект транспортування айсбергів з Антарктики до прибережних районів «зон спраги» різних континентів. Ці проекти можна віднести до розряду міжконтинентальних або глобальних. Вже висловлено багато ідей і зареєстровано ряд патентів з транспортування айсбергів. У них вже вирішуються конкретні завдання: пошук і захоплення відповідного айсберга, його буксирування, обв’язка поверхні льоду пластиковим покриттям для захисту від танення і хвиль, заякорювання айсберга, способи переробки льоду у воду і т. п.

Розробляється й інший нетрадиційний спосіб перекидання води – перевезення прісної води в спеціальних напівжорстких ємностях з гирл великих річок.

…і великі проблеми

З усіх проблем, які пов’язані зі здійсненням грандіозних проектів перекидання води, мабуть, найпростіша – це будівництво гідротехнічних споруд, насосних станцій, буксирів для транспортування айсбергів, тобто вирішення різних технічних питань. Є відповідна будівельна техніка, накопичений величезний досвід будівництва великих гідротехнічних споруд, морських буксирів, танкерів, відпрацьована технологія.

Набагато складніше вирішити проблеми, пов’язані з визначенням вигод, одержуваних при здійсненні цих проектів, виявити віддалені і найближчі наслідки потужного впливу на навколишнє середовище, а також соціальні та політичні наслідки.

З усіх технічних варіантів перекидання води, мабуть, найменш небезпечний для навколишнього середовища спосіб перевезення води в гірляндах ємностей з гирл великих річок. Один буксир може перевозити відразу кілька мільйонів кубічних метрів води. Тут, головне, передбачити, як впливає вилучення великих обсягів води на обстановку в гирлі річки; як позначиться її використання на довкілля в тому місці, куди її привезуть; які наслідки для морських біосистем можуть викликати аварії ємностей з прісною водою у відкритому морі.

Перекидання твердої води у вигляді айсбергів з Антарктики до «зон спраги» різних континентів породжує набагато більше питань, пов’язаних з навколишнім середовищем. Як позначиться на балансі тепла і маси Антарктичного льодовикового покриву вилучення з цього району певного обсягу льоду і укладеного в ньому холоду? Чи не буде порушена стійкість південно-полярного заледеніння? Як вплине на морські біосистеми слід у вигляді холодної прісної води, який виникне в тропічній зоні океану при буксируванні айсберга, наприклад, до берегів Саудівської Аравії? Який вплив матиме заякорений біля берега айсберг – джерело холоду – на навколишнє середовище? Перелік таких питань можна продовжити.

Транспортування айсбергів і води в ємностях не може вирішити проблеми водопостачання внутрішньоконтинентальних районів, тому для них залишається єдиний спосіб — гігантські перекидання річкового стоку. Але вони породжують ще більше проблем, пов’язаних з навколишнім середовищем. Як зміниться температура води і льодовитість в Арктичному басейні, якщо вилучити великі обсяги прісної річкової води, що стікає в нього? Чи не призведе це до кліматичної катастрофи? Що станеться з Західним Сибіром, Аляскою та Північною Канадою, якщо там будуть створені гігантські водосховища? Як все це позначиться на вічній мерзлоті, рівні грунтових вод, тайгових екосистемах, фауні? І знову це не повний перелік питань, а тільки початок такого переліку. Однозначних відповідей на ці питання немає.

Дуже складні самі екологічні системи, на які вплине перекидання стоку. Навіть у такій порівняно простій геосистемі, як тайга, на ділянці розміром всього 8 квадратних кілометрів налічується майже 20 тисяч компонентів і зв’язків. Зі зростанням розмірів території, ускладненням ієрархії екосистем число компонентів і зв’язків буде зростати, тому передбачення майбутніх змін навколишнього середовища стає все більш нерозв’язним завданням. До того ж навколишнє середовище є свідомо нелінійною системою, а це означає, що навіть малі обурення в ній можуть привести до несподівано великих наслідків. Тому при начебто очевидних вигодах перекидання води (забезпечення водою індустрії і сільського господарства, отримання електроенергії тощо), при збільшенні масштабів перекидання стають все більш невизначеними втрати в результаті порушення природних зв’язків в навколишньому середовищі.

Невизначеність в оцінці змін навколишнього середовища є завжди, навіть і тоді, коли здійснюються проекти меншого масштабу. Однак ця невизначеність і непередбачуваність при малих перекиданнях води в цілому окупалася, так як вигоди виявлялися завжди більше непередбачених втрат. Зі зростанням масштабів проектів перекидання ситуація може докорінно змінитися, так як вигоди ростуть повільніше, ніж невизначеність в оцінці впливу перекидання води на навколишнє середовище. Іншими словами, при існуючій технології, рівні наших знань і економічної ситуації є деяка межа розмірів перекидання води, за яким невизначеність в передбаченні можливих негативних впливів на навколишнє середовище настільки велика, що здійснювати такий проект стає нерозумним. Відсутні ті ваги, на яких можна зважити всі «ЗА» і «ПРОТИ», та й багатьох гир буде не вистачати, якщо навіть вдасться створити такі ваги.

Автор: К. Лосєв, кандидат географічних наук.