Краткое содержание
Запасы пресной воды находятся под угрозой из-за неустойчивого использования ресурсов и постоянного увеличения потребления. Изменение климата усугубляет проблему, негативно воздействуя на спрос, количество, качество и доступность пресной воды, которое будет постепенно усиливаться по мере интенсификации процесса глобального потепления. Из этого информационного бюллетеня Вы поймете связь между пресной водой и изменением климата, прямое и косвенное воздействие изменения климата на запасы пресной воды и о взаимосвязи с водным стрессом.
Для получения дополнительной информации об этом модуле, пожалуйста, посмотрите следующее видео (английская версия).
Самостоятельная оценка знаний
Прежде чем начать, задайте себе несколько вопросов:
- Что для вас означает изменение климата?
- Как изменение климата влияет на ваш регион? Как это изменение влияет на запасы пресной воды в вашем регионе?
- Почему изменение климата и водный стресс тесно взаимосвязаны друг с другом?
Запасы прессной воды на земле
Пресная вода жизненно необходима человеку. Пресная вода нужна не только человеческому организму для поддержания жизни, она также необходима для производства продуктов питания. Без воды нет роста, нет еды и нет жизни на земле (ЮНИСЕФ, 2017).
Нерациональное использование водных ресурсов является основной причиной водного стресса. Определенные виды деятельности человека оказывают значительное воздействие на запасы пресной воды, такие как землепользование, изменение морфологии рек и подземных вод, строительство и эксплуатация гидроэлектростанций, строительство плотин и осушение водно-болотных угодий и ирригация. Изменение климата ещё больше усугубляет истощение запасов прессной воды, оказывая воздействие на круговорот воды. (МГЭИК, 2019 г.).
Круговорот воды
Круговорот воды — это система, с помощью которой вода переходит из одной формы в другую, включая газообразное состояние, жидкое состояние и твердое состояние. Он играет ключевую роль в возобновляемом характере запасов пресной воды, поскольку он контролирует движение воды на суше, и следовательно, количество воды, которое в конечном итоге попадает в пресноводные хранилища. (Геологическая служба США, s.d.a; ЮНЕСКО, 2012 г.).
Изменение климата, глобальное потепление и водные ресурсы
Естественные механизмы улавливания парниковых выбросов (ПГ), такие как растения, почва и океаны, не в состоянии поддерживать климатическое равновесие на Земле из-за увеличения концентрации ПГ в атмосфере. В то же время данные указывают на потепление планеты, а также на увеличение частоты возникновения экстремальных погодных явлений. МГЭИК подтверждает влияние антропогенной деятельности на колебания климата (МГЭИК, 2018).
Глобальное потепление выражается в повышении средней температуры воздуха и океана, таянии снега и льда и повышении уровня моря (МГЭИК, 2019). Эти климатические изменения увеличивают частоту и интенсивность экстремальных погодных явлений, что приводит к стихийным бедствиям. Не менее 90 процентов стихийных бедствий связаны с водой, 43 процента из них - наводнения и 5 процентов - засухи. Оба явления оказывают воздействие на ресурсы пресной воды, что приводит к значительным экономическим и социальным издержкам (ЮНЕСКО, 2019a).
Каждый год последствия глобального потепления ввергают в нищету более 26 миллионов человек. К сожалению, развивающиеся страны, которые выбрасывают мало ПГ, первыми ощущают последствия изменения климата из-за своего географического положения, экономической хрупкости и зависимости от экосистемных услуг (Всемирный Банк, 2019a; МГЭИК, 2014a). Экосистемные услуги - это блага, которые человек получает от природы, такие как пресная вода, опыление и продовольствие (Всемирный экономический форум [ВЭФ], 2019). Их экономическая стоимость оценивается в 125 триллионов долларов США в год (Costanza et al., 2014).
Более подробную информацию об изменении климата и глобальном потеплении см. здесь.
Воздействие глобального потепления на круговорот воды
МГЭИК утверждает, что связь между глобальным потеплением и воздействием на запасы пресной воды является прямой (МГЭИК, 2018). Климатические факторы, оказывающие наибольшее влияние на ресурсы пресной воды, - это осадки, температура и эвапотранспирация. Их изменение ускоряет круговорот воды в нескольких регионах мира, что влияет, в частности, на частоту и интенсивность осадков, таяние снега и льда, увеличение испарения и водяного пара в атмосфере, изменение влажности почвы и инфильтрации воды, а также на сток. (МГЭИК, 2013).
Отметим, что на пресноводные ресурсы влияют и другие факторы, такие как природные колебания и последствия деятельности человека. (МГЭИК, 2013).
- Осадки и эвапотранспирация
Повышение атмосферной температуры приводит к увеличению влагоудерживающей способности атмосферы, однако мало влияет на уровень относительной влажности. Это увеличивает скорость испарения на значительной части водных поверхностей. Со своей стороны, существует очень высокая вероятность того, что испарение на поверхности Земли увеличится в более теплом климате. Испарение влияет на влажность почвы, сток, количество воды в водохранилищах и уровень солености водоносных горизонтов. (МГЭИК, 2014b).
Это может оказать значительное влияние на вариации осадков, наблюдаемые во всем мире, которые играют важную роль в доступности пресноводных ресурсов. Более того, вероятность возникновения и интенсивность сильных осадков будет расти по мере повышения температуры, в основном в средних широтах и влажных тропических регионах, таких как Канада, Россия, Восточная Африка, север Центральной Азии и Амазония. Эти явления характеризуются экстремальными осадками, вызывающими высокий сток, перемежающийся с сухими периодами с высокой скоростью эвапотранспирации. Однако увеличение количества экстремальных осадков не означает увеличения общего годового количества осадков. (МГЭИК, 2014a).
Увеличение числа засух связано с уменьшением количества осадков и увеличением эвапотранспирации, которые изменяют характеристики почвы (МГЭИК, 2018). Основным следствием изменения количества осадков является опустынивание, главным образом в засушливых, полузасушливых и сухих субгумидных регионах. Опустынивание вызвано недостатком воды в некоторых регионах, в результате чего почвы высыхают и теряют свои свойства. (Водная Коалиция, 2014) Как ни странно, увеличение количества экстремальных осадков и наводнений связано с повышением риска засух (МГЭИК, 2014b).
- Криосфера
Криосфера представляет собой большой резерв пресной воды на Земле, составляющий почти 70% от общего количества пресной воды в запасах на поверхности суши. Она включает в себя запасы пресной воды в вечной мерзлоте, снеге, наземном льду, ледниках и ледяных шапках. Более 15% населения зависит от пресноводных бассейнов, питающихся за счет таяния снега и наземного льда, как от основного ресурса пресной воды. (Водная Коалиция, 2014) Криосфера чувствительна к климатическим изменениям, таким как температура и осадки.
Имеющиеся данные показывают, что объем криосферы в целом уменьшился за последнее десятилетие. Большинство климатических сценариев с большой вероятностью предсказывают, что темпы повышения уровня моря в течение 21 века ускорятся, причем неравномерно по всему миру из-за ускоренного таяния криосферы. Это повышение уровня моря скажется как на потере береговых линий, так и на затоплении территорий, главным образом в низменностях, дельтах и на низколежащих островах. (МГЭИК, 2018; МГЭИК, 2019).
- Сток и речной поток воды
Изменения в количестве и форме осадков, количестве воды в твердой форме в криосфере и скорости испарения влияют на сток и речной поток. В целом, изменения в количестве осадков соответствуют изменениям в речном стоке. Это предсказывает изменение среднего стока большого количества рек по всему миру в связи с изменением климата. (МГЭИК, 2019)
Вначале прогнозируется временное увеличение стока. Это увеличение стока будет полезным только в том случае, если регионы будут должным образом оборудованы для улавливания и хранения этой дополнительной пресной воды. В противном случае дополнительная вода в конечном итоге присоединится к соленым водоемам. Еще одной проблемой будет адаптация к временным колебаниям стока в связи со сменой сезонов. Исследования показывают, что увеличение стока будет постепенно уменьшаться в течение следующего столетия по мере таяния ледников. Данные свидетельствуют о том, что реки, питаемые ледниками, в некоторых регионах уже пережили пик стока. (МГЭИК, 2019).
Изменение климата
«Изменение климата — это долгосрочное изменение средних погодных условий, которые определяют местный, региональный и глобальный климат Земли. (…) Это относится как к антропогенному, так и к естественному потеплению, а также к его воздействие на нашу планету». (НАСА, 2021 г.)
Глобальное потепление
"Глобальное потепление - это долгосрочный нагрев климатической системы Земли, наблюдаемый с доиндустриального периода (между 1850 и 1900 годами) вследствие деятельности человека, в первую очередь сжигания ископаемого топлива, что приводит к повышению уровня теплоулавливающих парниковых газов в атмосфере Земли". (НАСА, 2021) Она измеряется как повышение средней температуры на глобальной поверхности Земли (МГЭИК, 2018).
Воздействие на ресурсы пресной воды
В предыдущих разделах была показана уязвимость пресноводных ресурсов перед лицом изменения климата в связи с его воздействием на водный цикл. Однако, несмотря на различные прогнозы, степень воздействия изменения климата на пресноводные ресурсы остается неопределенной, поскольку она зависит от нескольких переменных, которые сами по себе являются неопределенными, таких как гидрологическая модель, осадки, выбросы ПГ, уязвимость климата или населения, а также степень и успех принятых мер по адаптации. Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО) считает, что последствия изменения климата, такие как количество имеющейся пресной воды, ее качество, а также доступность ресурсов, могут усилить уже существующий водный кризис и социальное неравенство (ЮНЕСКО, 2019a).
Теперь давайте посмотрим, как изменения в круговороте воды влияют на ресурсы пресной воды:
Потребность в пресной воде
Колебания температуры и количества осадков способствуют усугублению водного кризиса. Эти факторы влияют на спрос на воду и усиливают конкуренцию между различными потребительскими секторами за доступ к ресурсам пресной воды (МГЭИК, 2014b).
Качество пресной воды
Общее повышение температуры воды, вызванное глобальным потеплением, приводит к снижению общего качества доступной пресной воды, в частности, вызывая увеличение количества патогенных микроорганизмов, присутствующих в воде, и способствуя распространению бактерий и других загрязняющих веществ с большей скоростью. Это имеет катастрофические последствия для здоровья людей, главным образом в тех районах, где доступ к воде и санитарии отсутствует или недостаточен. Кроме того, засухи и наводнения часто приводят к загрязнению запасов пресной воды. (МГЭИК, 2018; ЮНИСЕФ, 2015b).
Усиление ливневых дождей также будет играть важную роль в быстром распространении патогенных микроорганизмов, фекальных колиформных бактерий и загрязняющих веществ, как в поверхностные, так и в подземные воды. Увеличение стока усиливает нагрузку питательных веществ, солей, тяжелых металлов и патогенов в водохранилищах, а увеличение речного потока ухудшает скорость переноса этих загрязнителей. Исследования также показывают увеличение присутствия загрязняющих веществ и фекальных колиформных бактерий в грунтовых водах после эпизодов сильных дождей. Снижение речного стока также приведет к увеличению солености озер, рек и эстуариев. Соленость воды также будет иметь тенденцию к увеличению в неглубоких запасах подземных вод, особенно в полузасушливых и засушливых регионах, где испарение выше. (МГЭИК, 2014b) Наводнения соленой водой, вызванные повышением уровня моря или штормами, также будут загрязнять грунтовые воды в прибрежных районах, если эти районы не будут должным образом оборудованы для эффективного отвода и эвакуации воды из затопленных районов. Поэтому пресная вода станет слишком соленой для использования, для которого она предназначена. (ЮНИСЕФ, 2015a; ВЭФ, 2019).
Количество пресной воды
На количество доступной пресной воды влияют несколько факторов: температура, осадки, сток, инфильтрация и состояние подземных запасов. Осадки обеспечивают источники пресной воды за счет стока и инфильтрации воды в почву. Изменения в круговороте воды, которые приводят к изменению количества осадков, оказывают прямое влияние на способность к возобновлению и доступность пресноводных ресурсов. (МГЭИК, 2014b) На речной поток и сток влияют количество и форма осадков, а также таяние льда и снега (МГЭИК, 2014b). Изменения объема воды в твердой форме в криосфере оказывают негативное влияние на водоснабжение населения, обычно пользующегося этим ресурсом. Изменение формы осадков и ускоренное таяние снега и льда увеличивают речной сток и водоотток зимой и уменьшают его летом (МГЭИК, 2019). С одной стороны, уменьшение речного стока летом приводит к усилению засух (МГЭИК, 2014b). С другой стороны, увеличение речного стока может привести к наводнениям, поскольку инфраструктура не позволяет собирать и хранить пресную воду, образующуюся в результате ускоренного таяния ледников. Это приводит к уменьшению запасов пресной воды, поскольку часть этой пресной воды попадает в океаны и моря и превращается в соленую воду, что также приводит к повышению уровня моря. В долгосрочной перспективе, когда речной поток достигнет своей наивысшей точки, количество доступной воды ниже по течению от ледника будет уменьшаться. Изменения в состоянии криосферы также влияют на сток. (МГЭИК, 2019) Изменения стока повлияют на уровень запасов пресной воды. В частности, наблюдается увеличение поверхностных вод озер в Монголии и Китае. Это объясняется ускоренным таянием криосферы, а также изменением формы осадков. С другой стороны, во многих поверхностных пресноводных бассейнах наблюдается сокращение запасов из-за повышения температуры, засух и деятельности человека. Изменение речного стока окажет влияние не только на потребление человека, но и на производство гидроэнергии. (МГЭИК, 2014a).
Экстремальные осадки часто не способствуют увеличению запасов пресной воды. На самом деле, в результате обильных осадков почва часто достигает своей инфильтрационной способности, поскольку она насыщена. Та же проблема касается и резервуаров, которые не имеют возможности хранить такое большое количество воды. Сильные дожди повышают риск наводнений, а также разрушают экосистемы, подвергают опасности жизнь и здоровье людей, повреждают и разрушают инфраструктуру, в том числе инфраструктуру, обеспечивающую доступ к пресной воде. (ЮНЕСКО, 2012).
Глобальная тенденция заключается в сокращении запасов подземных вод. В одном из последних докладов МГЭИК с высокой степенью уверенности пришла к выводу, что изменение климата окажет значительное влияние на истощение запасов пресной воды почти во всех сухих субтропических регионах. (МГЭИК, 2019).
В некоторых случаях это снижение связано с изменениями в круговороте воды, которые вызывают уменьшение поступления подземных вод за счет поверхностных вод и инфильтрации. Однако в большинстве случаев сокращение запасов пресной воды в значительной степени связано с использованием ее человеком сверх естественной способности источника к пополнению. (МГЭИК, 2014b) Пресноводные ресурсы находятся под первоначальным давлением чрезмерной эксплуатации запасов пресной воды для удовлетворения растущего спроса на нее. Подземные воды часто рассматриваются как аварийный источник воды в случае нехватки пресной поверхностной воды. Изменение климата создает дополнительное давление на запасы пресной воды за счет повышения средних температур, что увеличивает спрос на пресную воду и, следовательно, приводит к чрезмерной эксплуатации ресурсов подземных вод. (Wada et al., 2017) Обычно резервуары подземных вод заполняются водой из осадков, которая просачивается в почву и питает запасы поверхностных и подземных вод. Однако с уменьшением количества осадков и сокращением доступной поверхностной пресной воды возобновляемость резервуаров подземных вод находится под угрозой. (ЮНЕСКО, 2012) Исследование четырех водоносных горизонтов в Испании показывает взаимодействие между уменьшением запасов подземных вод, снижением количества осадков и увеличением испаряемости (Агилера и Мурильо, 2009 г.).
Доступность пресной воды
Во многих ситуациях проблема становится очевидной, когда затрудняется доступ к качественной пресной воде. Снижение количества и качества доступной пресной воды затрудняет доступ к качественной пресной воде из-за дорогостоящей инфраструктуры, необходимой для доступа к ней.
Кроме того, колебания в частоте и интенсивности наводнений и засух сделают существующую инфраструктуру неадекватной для решения новых задач управления водными ресурсами. Стихийные бедствия усугубляют проблему доступности воды, повреждая или разрушая местную инфраструктуру. Например, наводнения, вызванные проливными дождями (помимо прочего), наносят ущерб инфраструктуре и ставят под угрозу доступ населения к чистой пресной воде. (ЮНИСЕФ, 2015a) Комплексное управление водопользованием и землепользованием позволит адаптироваться к новой ситуации с ресурсами пресной воды. Такие изменения потребуют изменения поведения и значительных инвестиций (ФАО, 2018b).
Водный стресс — это концепция используемая для оценки уровня подверженности территории риску нехватки пресной воды. По данным Организации Объединенных Наций, «[он] определяется как доля забора воды всеми секторами деятельности по отношению к имеющимся водным ресурсам». (ФАО, 2018a) Водный стресс можно рассчитать с точки зрения экономического дефицита воды или с точки зрения физического дефицита воды:
Экономический водный стресс относится к количеству доступной воды, а также к социально-экономическому росту региона. Этот тип измерения более полезен в развивающихся регионах, где спрос на воду, вероятно, значительно увеличится в связи с ростом страны. Как правило, ситуация экономического водного стресса возникает тогда, когда отсутствует инфраструктура, необходимая для эксплуатации пресноводных ресурсов, или когда имеет место плохое управление ресурсами. Так обстоит дело в Африке к югу от Сахары - регионе, где пресноводные ресурсы недоступны по экономическим причинам. (ЮНЕСКО, 2012)
Физический водный стресс относится к общему количеству забираемой пресной воды, включая количество воды, необходимое для удовлетворения водных потребностей окружающей среды, по отношению к общему количеству доступной возобновляемой пресной воды. Некоторые методы расчета включают количество воды из альтернативных источников, таких как переработанная вода и опресненная вода (ФАО, 2018a).