Dlaczego może brakować świeżej wody?
Niedobory wody pitnej powiązane ze skutkami zmian
Według statystyk prawie 1/5 świataludności mieszka na obszarach, na których występuje poważny niedobór czystej wody pitnej. Ponadto 1/4 ludności mieszka w krajach rozwijających się, które doświadczają niedoborów wody ze względu na brak infrastruktury niezbędnej do jej wycofania z warstw wodonośnych i rzek.
Jednym z głównych problemów jest zanieczyszczenieświeżej wody, znacznie zmniejszając dostępne rezerwy. Zanieczyszczeniu sprzyjają emisje i spływy przemysłowe, spływy nawozów z pól oraz przenikanie słonej wody w strefach przybrzeżnych do warstw wodonośnych w wyniku pompowania wód gruntowych.
Jak zanieczyszczona jest świeża woda
- Zanieczyszczenia dostają się do słodkiej wody na różne sposoby: przez wypadki, celowe usuwanie odpadów, rozlania i wycieki.
- Największym potencjalnym źródłem zanieczyszczenia jestgospodarstwa, które zajmują prawie 80% gruntów w Anglii i Walii. Część nieprzetworzonego nawozu zwierzęcego pokrywającego glebę dostaje się do źródeł słodkiej wody.
- Ponadto rolnicy w Anglii i Waliidostarczają do gleby 2,5 miliona ton azotu, fosforu i potasu, a niektóre z tych nawozów trafiają do słodkiej wody. Niektóre z nich to trwałe związki organiczne, które dostają się do łańcucha pokarmowego i powodują problemy środowiskowe. Wielka Brytania wycofuje obecnie produkcję związków chloroorganicznych produkowanych w dużych ilościach w latach pięćdziesiątych.
- Coraz większym zagrożeniem dla zbiorników słodkowodnych są ścieki odprowadzane przez hodowle ryb, w związku z powszechnym stosowaniem farmaceutyków do zwalczania chorób ryb.
- Gwałtowne zanieczyszczenie wód gruntowych wokół miast. Źródłem jest rosnąca liczba zanieczyszczonych studni w wyniku niewłaściwej eksploatacji.
- Leśnictwo i odwodnienie otwarte - źródładuża ilość substancji przedostających się do słodkiej wody, przede wszystkim żelazo, aluminium i kadm. Wraz ze wzrostem drzew wzrasta kwasowość gleby leśnej, a ulewne deszcze tworzą bardzo kwaśne spływy, które są szkodliwe dla dzikiej przyrody.
- Zanieczyszczenie atmosferyczne zwłaszcza wody słodkiejszkodliwy. Istnieją dwa rodzaje takich zanieczyszczeń: gruboziarniste (kropelki popiołu, sadzy, pyłu i cieczy) oraz gazowe (dwutlenek siarki i dwutlenek azotu). Wszystkie są produktami działalności przemysłowej lub rolniczej. Kiedy te gazy łączą się z wodą w kropli deszczu, powstają stężone kwasy – siarkowy i azotowy.
Globalne zanieczyszczenie zbiorników wodnych
- Katastrofy ekologiczne. Wszystkie poważne przypadki zanieczyszczenia oceanów mają związek z ropą naftową. W wyniku powszechnej praktyki mycia ładowni tankowców każdego roku celowo wrzuca się do oceanu od 8 do 20 milionów baryłek ropy. W osadach klimatu umiarkowanego skutki wycieków ropy można obserwować przez ponad 9 miesięcy. W warunkach arktycznych olej wytrzymuje znacznie dłużej.
- Ścieki. W małych ilościach wzbogacają wodę i sprzyjają wzrostowi roślin i ryb, natomiast w dużych ilościach niszczą ekosystemy. W dwóch największych na świecie oczyszczalniach ścieków – Los Angeles (USA) i Marsylii (Francja) – specjaliści od ponad dwudziestu lat zajmują się oczyszczaniem zanieczyszczonej wody. Zdjęcia satelitarne wyraźnie pokazują rozprzestrzenianie się ścieków odprowadzanych przez kolektory wydechowe. Podwodne nagrania wskazują na masową śmierć organizmów morskich.
- Metale i chemikalia. Niebezpieczne chemikalia, które mogą zakłócić równowagę ekologiczną, obejmują metale ciężkie, takie jak kadm, nikiel, arsen, miedź, ołów, cynk i chrom. Szacuje się, że do samego Morza Północnego rocznie odprowadzanych jest do 50 000 ton tych metali. Jeszcze bardziej niepokojące są pestycydy – aldryna, dieldryna i endryna – które gromadzą się w tkankach zwierzęcych. Długoterminowe skutki stosowania takich środków chemicznych nie są jeszcze znane.
- Wpływ na ekosystemy. Zanieczyszczenia dotykają wszystkich oceanów, jednak wody przybrzeżne są bardziej zanieczyszczone niż na otwartym oceanie ze względu na znacznie większą liczbę źródeł zanieczyszczeń: od przybrzeżnych instalacji przemysłowych po duży ruch żeglugowy. W całej Europie i u wschodnich wybrzeży Ameryki Północnej na płytkich szelfach kontynentalnych znajdują się klatki dla ostryg, małży i ryb wrażliwych na toksyczne bakterie, glony i zanieczyszczenia.
- Woda kwitnąca. Konsumenci pierwszego rzędu nie mogą sobie poradzić z gwałtownym wzrostem biomasy fitoplanktonu, w wyniku czego większość z nich nie zostaje wykorzystana w łańcuchach pokarmowych i po prostu obumiera, opadając na dno. Rozkładając materię organiczną martwego fitoplanktonu, bakterie denne często wykorzystują cały rozpuszczony w wodzie tlen, co może prowadzić do powstania strefy hipoksycznej (o zawartości tlenu niewystarczającej dla organizmów tlenowych). Strefy takie prowadzą do zmniejszenia różnorodności biologicznej i biomasy bentosu tlenowego.
- Zanieczyszczenia odpadami z tworzyw sztucznych. Nagromadzone odpady z tworzyw sztucznych tworzą pod wpływem prądów specjalne plamy śmieci w Oceanie Światowym. Obecnie znanych jest pięć dużych skupisk śmieci – po dwa na Pacyfiku i Atlantyku oraz jedno na Oceanie Indyjskim. Te wiry odpadów składają się głównie z odpadów z tworzyw sztucznych wytwarzanych przez zrzuty z gęsto zaludnionych obszarów przybrzeżnych kontynentów.
Jak dystrybuowane są światowe zasoby wodne
Około jedna trzecia wszystkich zapasów jest świeżawody koncentruje się w Ameryce Południowej, jedna czwarta w Azji, a kraje przestrzeni postsowieckiej stanowią nieco ponad 20%. A tylko około 2% trafia na Bliski Wschód i do Afryki Północnej.
Najwięksi konsumenci słodkiej wodyza Indie, Chiny, USA, Pakistan, Japonię, Tajlandię, Indonezję, Bangladesz, Meksyk i Rosję. Jednocześnie szczególnie dotkliwy niedobór wody pitnej obserwuje się w Chinach, Indiach i całej Afryce.
Oprócz braku świeżej wody jest jeszcze jednaprawdziwym problemem jest jego jakość. Jego pogorszenie bezpośrednio zależy od zwiększonego poziomu zanieczyszczenia środowiska. W większości przypadków wynika to z działalności człowieka i przeludnienia.
Jak filtrować wodę, aby nie była niebezpieczna
Ściśle mówiąc nazywa się czystą wodą pitnąto jest zabronione. Z punktu widzenia chemika czysta woda to destylat wolny od wszelkich zanieczyszczeń i mikroorganizmów. Dla mikrobiologa czysta woda jest idealnym środowiskiem dla bakterii. Dla nas czysta woda to płyn wzbogacony minerałami, który można pić codziennie bez ryzyka dla zdrowia.
Dziś nie ma singlauniwersalna metoda oczyszczania świeżej wody – jej wybór zależy od składu wody, wymagań wobec niej oraz zakresu jej dalszego wykorzystania. Na przykład istnieją systemy ozonowania, osmotyki, filtracji i oczyszczania jonowego, z których każdy ma swoje zalety i wady.
Jak dotąd najbardziej obiecującą technologią jestnanofiltracja. Ta metoda skutecznie wyeliminuje nawet zanieczyszczenia halogenoorganiczne i zawierające chlor w wodzie bez użycia agresywnych odczynników. Nanofiltracja stosowana jest w Holandii, USA i Francji. Ta metoda jest jedną z najdroższych, dlatego nie jest powszechnie stosowana. Nawet w krajach, w których stosowana jest technologia nanofiltracji, robią to tylko do oczyszczania wody o specjalnym przeznaczeniu.
Metody filtracji wody przyszłości
- Nanowłókno
Koreańscy badacze zaprezentowali nowośćtechnologia, która sprawia, że woda morska nadaje się do picia w ciągu kilku minut. Naukowcy zastosowali proces destylacji membranowej, który pozwolił na osiągnięcie 99,9% oczyszczenia wody z soli. Są przekonani, że rozwiązanie złagodzi kryzys w zakresie wody pitnej, pogłębiony przez zmiany klimatyczne.
Nowe badanie szczegółowo opisuje, jak to zrobićoczyszczanie wody morskiej przy użyciu membrany z nanowłókien jako filtra soli. Chociaż naukowcy stosowali już wcześniej destylację membranową, napotkali problem, który spowolnił ten proces. Jeżeli membrana stała się zbyt mokra lub zalana wodą, nie mogła już oddzielać soli.
Dlatego naukowcy musieli poczekać, aż membrana wyschnie, lub wymyślić dodatkowe rozwiązania, na przykład za pomocą sprężonego powietrza, aby uwolnić uwięzioną wodę z porów.
- Najnowsze zakłady odsalania
Odkrywcy z Dalian MarineUniwersytety w Chinach opracowały nową instalację odsalania wody, która może unosić się na powierzchni wody morskiej, efektywnie absorbować energię słoneczną i wykorzystywać to ciepło do odparowywania wody.
Sam blok składa się z trzech warstw:główną częścią jest pianka polietylenowa, która pomaga jej unosić się na wodzie i działa jako izolator termiczny. Zewnętrzna strona pianki owinięta jest specjalnym papierem – materiałem chłonnym stosowanym w pieluszkach jednorazowych. Kieruje wodę na powierzchnię.
Należy zauważyć, że urządzeniu udaje się uniknąć jednego poważnego błędu - zanieczyszczenia spowodowanego gromadzeniem się soli na powierzchni. Z biegiem czasu zmniejsza to jego skuteczność.
Podczas testów zespół stwierdził, że sól fizjologicznanie utworzyła się żadna warstwa. Oznacza to, że specjalne pory w powłoce bloku odprowadzają sól i wrzucają ją z powrotem do wody morskiej. Inną korzyścią, jak stwierdził zespół, jest to, że materiał papierowy można ponownie wykorzystać ponad 30 razy.
- Katalizator nanocząstek palladowo-złoty
Chemicy z Cardiff University stworzyli katalizator do natychmiastowej dezynfekcji wody na bazie cząstek palladu i złota.
Autorzy pracy odkryli to w trakcieW wyniku syntezy H2O2 powstaje wiele innych cząsteczek zawierających tlen, które oddziałują z drobnoustrojami dziesiątki i setki milionów razy aktywniej niż nadtlenek i wybielacz.
Podobny poziom działania bakteriobójczego tych związków,jak zauważył Hutchins i jego koledzy, pozwala na niemal natychmiastowe oczyszczenie wody z drobnoustrojów, zarodników i innych zanieczyszczeń organicznych, które mogą negatywnie wpływać na zdrowie człowieka.
- Elastyczna membrana
Chemicy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley znaleźli sposób na ułatwienie usuwania z wody toksycznych metali, takich jak rtęć i bor.
Nowa metoda membranowa usuwa prawie 100%metale toksyczne i uwalnia cenne metale do późniejszego wykorzystania lub usunięcia. Według autorów membrana jest łatwa do zintegrowania z obecnymi systemami uzdatniania wody.
W opracowaniu chemicy z KaliforniiUniversity of Berkeley zsyntetyzował elastyczne membrany polimerowe z nanocząsteczkami, które można dostroić do pochłaniania określonych jonów metali, takich jak złoto czy uran.
Membranę można dostroić do określonego rodzaju cząstek, które będzie absorbować.
- Filtry do drewna
Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology wykorzystali biel nie kwitnących drzew do stworzenia filtra do wody pitnej z naturalnych materiałów.
Zrobili nowe filtry ksylemowe, któreodfiltrować patogeny, takie jak E. coli i rotawirus. Badania laboratoryjne potwierdziły, że ich rozwój usuwa bakterie z zanieczyszczonych źródeł i wód gruntowych. Naukowcy opracowali również proste metody wydłużania okresu przydatności filtrów. Dzięki temu drewniane krążki mogą oczyszczać wodę przez co najmniej dwa lata.
Konsekwencje niedoboru wody
Brak czystej wody zmusza ludziużywać do picia wody pochodzącej z niebezpiecznych źródeł, co wiąże się ze zwiększonym ryzykiem uszczerbku na zdrowiu. Spożywanie zanieczyszczonej wody słodkiej prowadzi do pogorszenia warunków życia i rozwoju poważnych chorób, ze śmiercią włącznie.
Ze względu na brak wody istnieje praktyka przechowywaniawody w domach, co może znacząco zwiększyć ryzyko zanieczyszczenia i stworzyć sprzyjające warunki do rozwoju szkodliwych bakterii. Higiena jest również poważnym problemem: ludzie nie mogą się właściwie myć, prać ubrań i utrzymywać swoich domów w czystości.
Jeśli nie zostaną podjęte żadne działania, do 2030 r. prawie 5 miliardów ludzi – około 67% populacji planety – nie będzie miało zadowalającego oczyszczania wody.
Dziś na każdego mieszkańca Ziemi przypada ok750 m3 słodkiej wody rocznie, do 2050 roku ilość ta zmniejszy się do 450 m3. Aż 80% krajów świata znajdzie się na obszarze, który według klasyfikacji ONZ znajduje się poniżej granicy niedoboru wody.
W samej Afryce do 2020 roku, ze względu na zmiany klimatyczne, w takiej sytuacji znajdzie się od 75 do 250 milionów ludzi. Brak wody w rejonach pustynnych i półpustynnych spowoduje intensywną migrację ludności.
Większość Indii już cierpi z powodu braku wody pitnej.
Czytaj więcej:
Mieszkaniec Turcji przypadkowo znalazł na dziedzińcu domu ślady nieznanej cywilizacji
Jak wybuchł podwodny pożar w Zatoce Meksykańskiej i do czego może to doprowadzić?
Dane z satelitów szpiegowskich pomogły ustalić przyczynę topnienia lodowców w Azji