7.1: מחזור מים ואספקת מים מתוקים

Last updated
Save as PDF

Page ID: 207784

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

מים, אוויר ומזון הם המשאבים הטבעיים החשובים ביותר לאנשים. בני אדם יכולים לחיות רק כמה דקות ללא חמצן, פחות משבוע ללא מים, וכחודש ללא מזון. מים חיוניים גם לאספקת החמצן והמזון שלנו. צמחים מפרקים מים ומשתמשים בהם ליצירת חמצן במהלך תהליך הפוטוסינתזה.

מים הם התרכובת החיונית ביותר לכל היצורים החיים. תינוקות אנושיים הם כ 75% מים ומבוגרים הם 60% מים. המוח שלנו הוא כ 85% מים, הדם והכליות הם 83% מים, השרירים הם 76% מים, ואפילו עצמות הם 22% מים. אנו מאבדים כל הזמן מים בזיעה; באקלים ממוזג עלינו לשתות כ -2 ליטר מים ביום ואנשים באקלים מדברי חם צריכים לשתות עד 10 ליטר מים ביום. אובדן של 15% ממי הגוף גורם בדרך כלל למוות.

כדור הארץ הוא באמת כוכב המים. שפע המים הנוזליים על פני כדור הארץ מבדיל אותנו מגופים אחרים במערכת השמש. כ -70% משטח כדור הארץ מכוסים באוקיינוסים וכמחצית משטח כדור הארץ מוסתר על ידי עננים (עשויים גם הם מים) בכל עת. יש כמות גדולה מאוד של מים על הפלנטה שלנו, כ -1.4 מיליארד ק"מ מעוקב (ק"מ3) (330 מיליון מיילים מעוקבים) או כ -53 מיליארד גלונים לאדם על כדור הארץ. כל מי כדור הארץ יכולים לכסות את ארצות הברית לעומק של 145 ק"מ (90 מייל). מנקודת מבט אנושית, הבעיה היא שמעל 97% מהם הם מי ים, שהם מלוחים מכדי לשתות או להשתמש בהם להשקיה. מקורות המים הנפוצים ביותר הם נהרות ואגמים, המכילים פחות מ -0.01% מהמים בעולם!

אחת המטרות הסביבתיות החשובות ביותר היא לספק מים נקיים לכל האנשים. למרבה המזל, מים הם משאב מתחדש וקשה להרוס אותם. אידוי ומשקעים משתלבים כדי לחדש את אספקת המים המתוקים שלנו ללא הרף; עם זאת, זמינות המים מסובכת על ידי תפוצתם הלא אחידה על פני כדור הארץ. אקלים צחיח ואזורים מאוכלסים בצפיפות השתלבו באזורים רבים בעולם ליצירת מחסור במים, אשר צפויים להחמיר בשנים הקרובות עקב גידול האוכלוסייה ושינויי האקלים. פעילויות אנושיות כמו שימוש יתר במים וזיהום מים חיברו משמעותית את משבר המים הקיים כיום. למאות מיליוני אנשים אין גישה למי שתייה בטוחים, ולמיליארדי אנשים אין גישה לתברואה משופרת פשוטה כמו מחראה בור. כתוצאה מכך, כמעט שני מיליון בני אדם מתים מדי שנה ממחלות שלשולים ו -90% ממקרי המוות הללו מתרחשים בקרב ילדים מתחת לגיל 5. רוב אלה נמנעים בקלות מקרי מוות.

מאגרי מים ומחזור מים

מים הם החומר הנפוץ היחיד המופיע באופן טבעי על פני כדור הארץ בשלוש צורות: מוצק, נוזל וגז. הוא מופץ במקומות שונים, הנקראים מאגרי מים. האוקיינוסים הם ללא ספק הגדולים מבין המאגרים עם כ -97% מכלל המים, אך מים אלה מלוחים מדי עבור רוב השימושים האנושיים (איור\(\PageIndex{1}\)). כיפות קרח וקרחונים הם המאגרים הגדולים ביותר של מים מתוקים אך מים אלה ממוקמים בצורה לא נוחה, בעיקר באנטארקטיקה ובגרינלנד. מי תהום רדודים הם המאגר הגדול ביותר של מים מתוקים שמישים. למרות שנהרות ואגמים הם מקורות המים הנפוצים ביותר, הם מייצגים רק כמות זעירה של מים בעולם. אם כל המים בעולם היו מכווצים לגודל של 1 ליטר, אז הכמות הכוללת של מים מתוקים תהיה בערך 1/3 כוס, וכמות המים המתוקים הניתנים לשימוש תהיה 2 כפות.

F-D_91CC7F24EA157F018A6278d2D04ED161065608993C6A0D273EE988+תמונה_טיני+תמונה_זעין.png — איור\(\PageIndex{1}\). מאגרי המים של כדור הארץ. תרשים עמודות התפלגות המים של כדור הארץ כולל מים גלובליים, מים מתוקים ומים עיליים ומים מתוקים אחרים ותרשים עוגה מים שמישים על ידי בני אדם ומקורות מים שמישים. מקור: הסקר הגיאוגרפי של ארצות הברית איגור סקיקלומנוב פרק "משאבי מים מתוקים עולמיים" בפיטר ה 'גליק (עורך), 1993, מים במשבר: מדריך למשאבי המים המתוקים בעולם

מחזור המים (או ההידרולוגי) (שכוסה בפרק 3.2) מראה את תנועת המים דרך מאגרים שונים, הכוללים אוקיינוסים, אטמוספירה, קרחונים, מי תהום, אגמים, נהרות וביוספרה. אנרגיה סולארית וכוח המשיכה מניעים את תנועת המים במחזור המים. במילים פשוטות, מחזור המים כולל מים העוברים מאוקיינוסים, נהרות ואגמים לאטמוספירה על ידי אידוי ויוצרים עננים. מעננים הוא נופל כמשקעים (גשם ושלג) על מים ויבשה כאחד. המים ביבשה יכולים לחזור לאוקיינוס על ידי נגר עילי, נהרות, קרחונים וזרימת מי תהום תת קרקעיים, או לחזור לאטמוספירה על ידי אידוי או טרנספירציה (אובדן מים על ידי צמחים לאטמוספירה).

F-D_7173416E87אדFB307D53C1C5F71באA7268FC2EAFC86F16ב23EE1FD15+תמונה_טיני+תמונה_טיני.png — איור\(\PageIndex{2}\). מחזור המים. חיצים מתארים תנועת מים למאגרים שונים הממוקמים מעל, ב ומתחת לפני כדור הארץ. מקור: הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית

חלק חשוב ממחזור המים הוא האופן שבו המים משתנים במליחות, שהיא שפע היונים המומסים במים. מי המלח באוקיינוסים מלוחים מאוד, עם כ -35,000 מ"ג יונים מומסים לליטר מי ים. אידוי (שבו מים משתנים מנוזל לגז בטמפרטורות הסביבה) הוא תהליך זיקוק המייצר מים כמעט טהורים כמעט ללא יונים מומסים. כאשר המים מתאדים, הם משאירים את היונים המומסים בשלב הנוזל המקורי. בסופו של דבר, עיבוי (שבו מים משתנים מגז לנוזל) יוצר עננים ולעיתים משקעים (גשם ושלג). לאחר נפילת מי גשמים על היבשה, הם ממיסים מינרלים בסלע ובאדמה, מה שמגביר את מליחותם. לרוב האגמים, הנהרות ומי התהום הקרובים לפני השטח יש מליחות נמוכה יחסית והם נקראים מים מתוקים. הסעיפים הבאים דנים בחלקים חשובים של מחזור המים ביחס למשאבי מים מתוקים.

מקורות מים מתוקים ראשוניים: משקעים

רמות המשקעים מופצות באופן לא אחיד ברחבי העולם, ומשפיעות על זמינות המים המתוקים (איור\(\PageIndex{3}\)). יותר משקעים יורדים ליד קו המשווה, בעוד שפחות משקעים נוטים לרדת ליד קו רוחב 30 מעלות צפון ודרום, שם נמצאים המדבריות הגדולים בעולם. דפוסי גשמים ואקלים אלה קשורים לתאי זרימת הרוח העולמיים. אור השמש העז בקו המשווה מחמם אוויר וגורם לו לעלות ולהתקרר, מה שמקטין את יכולת מסת האוויר להחזיק אדי מים ומביא לסופות גשם תכופות. בסביבות 30 מעלות רוחב צפון ודרום, תנאי אוויר יורדים מייצרים אוויר חם יותר, מה שמגביר את יכולתו להחזיק אדי מים ומביא לתנאי יובש. גם תנאי האוויר היבשים וגם הטמפרטורות החמות של חגורות קו רוחב אלה מעדיפים אידוי. משקעים ודפוסי אקלים עולמיים מושפעים גם מגודל היבשות, זרמי האוקיאנוס העיקריים וההרים.

משאבי מים עיליים: נהרות, אגמים, קרחונים

מים זורמים מגשם ושלג מומס ביבשה נכנסים לתעלות הנהר על ידי נגר עילי (איור\(\PageIndex{4}\)) וחלחול מי תהום (איור). \(\PageIndex{5}\) פריקת נהר מתארת את נפח המים הנעים בערוץ נהר לאורך זמן (איור\(\PageIndex{6}\)). התרומות היחסיות של נגר עילי לעומת חלחול מי תהום להזרמת הנהר תלויות בדפוסי משקעים, צמחייה, טופוגרפיה, שימוש בקרקע ומאפייני קרקע. זמן קצר לאחר סופת גשמים כבדה, פריקת הנהר גוברת עקב נגר עילי. הזרימה הרגילה היציבה של מי הנהר היא בעיקר ממי תהום המשתחררים לנהר. כוח המשיכה מושך את מי הנהר במורד לכיוון האוקיאנוס. לאורך הדרך המים הנעים של נהר יכולים לשחוק חלקיקי אדמה ולהמיס מינרלים. מי תהום תורמים גם כמות גדולה של המינרלים המומסים במי הנהר. האזור הגיאוגרפי המנקז על ידי נהר ויובליו נקרא אגן ניקוז או קו פרשת מים. אגן הניקוז של נהר המיסיסיפי כולל כ -40% מארה"ב, מדד הכולל את אגני הניקוז הקטנים יותר, כגון נהר אוהיו ונהר מיזורי המסייעים להרכיבו. נהרות הם משאב מים חשוב להשקיית אדמות יבולים ומי שתייה עבור ערים רבות ברחבי העולם. נהרות שהיו להם מחלוקות בינלאומיות בנוגע לאספקת מים כוללים את קולורדו (מקסיקו, דרום מערב ארה"ב), הנילוס (מצרים, אתיופיה, סודן), הפרת (עיראק, סוריה, טורקיה), גנגס (בנגלדש, הודו) וירדן (ישראל, ירדן, סוריה).

בנוסף לנהרות, אגמים יכולים גם להוות מקור מצוין למים מתוקים לשימוש אנושי. בדרך כלל הם מקבלים מים מנגר עילי ומהזרמת מי תהום. הם נוטים להיות קצרי מועד בקנה מידה גיאולוגי מכיוון שהם מתמלאים כל הזמן במשקעים המסופקים על ידי נהרות. אגמים נוצרים במגוון דרכים כולל קרחון, התרוממות טקטונית אחרונה (למשל, אגם טנגניקה, אפריקה) והתפרצויות געשיות (למשל, אגם המכתש, אורגון). אנשים גם יוצרים אגמים מלאכותיים (מאגרים) על ידי סתימת נהרות. שינויים גדולים באקלים יכולים לגרום לשינויים גדולים בגודל האגם. כאשר כדור הארץ יצא מתקופת הקרח האחרונה לפני כ -15,000 שנה, האקלים במערב ארה"ב השתנה קריר ולח לחום וצחיח, מה שגרם ליותר ממאה אגמים גדולים להיעלם. אגם המלח הגדול ביוטה הוא שריד לאגם גדול בהרבה בשם אגם בונוויל.

משאבי מי תהום

למרות שרוב האנשים בעולם משתמשים במים עיליים, מי תהום הם מאגר גדול בהרבה של מים מתוקים שמישים, המכילים יותר מפי 30 יותר מים מאשר נהרות ואגמים יחד. מי תהום הם משאב חשוב במיוחד באקלים צחיח, שבו מים עיליים עשויים להיות נדירים. בנוסף, מי תהום הם מקור המים העיקרי לבעלי בתים כפריים, המספקים 98% מביקוש המים בארה"ב. מי תהום הם מים הממוקמים בחללים קטנים, הנקראים חלל נקבוביות, בין גרגירים מינרליים לשברים בחומרי אדמה תת קרקעיים (סלע או משקעים). מרבית מי התהום מקורם בגשם או בהתכת שלג, החודרים לקרקע ונעים כלפי מטה עד שהם מגיעים לאזור הרווי (שם מי תהום ממלאים לחלוטין חללי נקבוביות בחומרי אדמה).

מקורות אחרים של מי תהום כוללים חלחול ממים עיליים (אגמים, נהרות, מאגרים וביצות), מים עיליים הנשאבים בכוונה לקרקע, השקיה ומערכות טיפול בשפכים תת קרקעיים (מיכלי ספיגה). אזורי טעינה הם מיקומים שבהם מים עיליים חודרים לקרקע במקום לרוץ לנהרות או להתנדף. שטחי ביצות, למשל, הם אזורי טעינה מצוינים. שטח גדול של סלע נקבובי תת-קרקעי המחזיק מים הוא אקוויפר. אקוויפרים נקדחים בדרך כלל, ובארות מותקנות, כדי לספק מים לחקלאות ולשימוש אישי.

שימוש במים בארצות הברית ובעולם

אנשים זקוקים למים, לעתים קרובות כמויות גדולות, כדי לייצר את המזון, האנרגיה ומשאבי המינרלים שהם משתמשים בהם. קחו למשל את דרישות המים המשוערות הללו לדברים מסוימים שאנשים בעולם המפותח משתמשים בהם מדי יום: עגבנייה אחת = 3 ליטרים; קילוואט שעה של חשמל מתחנת כוח תרמו-אלקטרית = 21 גלונים; כיכר לחם אחת = 150 גלונים; קילו בקר אחד = 1,600 גלונים; וטון פלדה = 63,000 גלונים. בני אדם דורשים רק ליטר אחד ליום כדי לשרוד, אך אדם טיפוסי במשק בית בארה"ב משתמש בכ- 100 ליטר ליום, הכולל בישול, שטיפת כלים ובגדים, שטיפת שירותים ורחצה. דרישת המים של אזור היא פונקציה של האוכלוסייה ושימושים אחרים במים.

השימוש הכולל במים העולמי גדל בהתמדה בקצב גדול מגידול אוכלוסיית העולם (איור\(\PageIndex{10}\)). במהלך המאה ה -20 אוכלוסיית העולם שילשה את עצמה והביקוש למים גדל בפקטור של שישה. הגידול בביקוש העולמי למים מעבר לקצב גידול האוכלוסייה נובע משיפור ברמת החיים ללא קיזוז על ידי חיסכון במים. ייצור מוגבר של סחורות ואנרגיה כרוך בגידול גדול בביקוש למים. השימושים העיקריים במים בעולם הם השקיה (68%), היצע ציבורי (21%) ותעשייה (11%).

תורמים וייחוסים

יסודות מדעי הסביבה מאת קמלה דורשנר מורשה תחת CC BY 4.0. שונה מהמקור על ידי מתיו ר 'פישר.