Среди ключевых проблем, стоящих перед человечеством в XXI веке, особенно выделяются дефицит энергии и питьевой воды. Любопытно, что этот проблемный «тандем» стихийно осознан и отражён даже в естественном языке: только две жидкости планеты Земля наделены атрибутами драгоценности и метафорически приравнены к «священному металлу» — нефть как «чёрное» и вода как «голубое золото» (второе редко встречается в русском языке, но, например, в английском и испанском — соответственно, blue gold, oro azul — постоянно).
Я не ради красного словца использовал термин «тандем», энергетика и вода действительно парные проблемы: производство энергии требует большого потребления водных ресурсов. Например, у Франции 75% энергии — ядерного происхождения, но в свою очередь для обслуживания реакторов задействуется 60% водных ресурсов страны.
Энергетическая проблема у всех на слуху: о кризисе и конце нефтяной эры, о необходимости новой альтернативной чистой энергетики вещают чуть ли не из каждого утюга. Но вот о второй проблеме, о водной, пока может поведать далеко не каждый кран в ванной.
Двадцатый век стал прорывным с точки зрения гидроинфраструктуры. Достаточно взглянуть на темпы строительства водохранилищ за последние 65 лет: ежедневно за этот промежуток времени вводилось в эксплуатацию два водохранилища, а их общее число увеличилось на планете с пяти тысяч в 1950 году до 55 тысяч в 2014-м. Улучшились технологии добычи, доставки и хранения питьевой воды. Однако нельзя исключать, что во второй половине текущего века в повестку дня встанет проблема масштабного синтеза воды. И мы пока только на подходе к её решению.
«Питьевая бедность», или Не пойте под душем
В последние десятилетия мы наблюдаем торговый ажиотаж вокруг питьевой воды, многие корпорации, особенно связанные с агропроизводством, покушаются на источники пресной воды, стремясь их приватизировать, превратить воду в товар. Особенно это актуально для стран Латинской Америки, где в буквальном смысле слова разворачиваются баталии между простыми местными жителями и корпорациями за право доступа к питьевой воде. В некоторых странах право доступа к источникам воды прописано в Основном законе. Например, в Мексике в 2012 году даже была проведена конституционная реформа, в результате которой право на воду было квалифицировано как общечеловеческое. Всё это происходит на фоне объективного глобального дефицита пресной воды.
В целом глобальная первая десятка стран — обладателей самых значительных (возобновляемых) водных ресурсов такова: 1. Бразилия (8233 км³); 2. Россия (4508 км³); 3. США (3069 км³); 4. Канада (2902 км³); 5. Китай (2840 км³); 6. Колумбия (2132 км³); 7. Индонезия (2019 км³); 8. Перу (1913 км³); 9. Индия (1911 км³); 10. Венесуэла (1320 км³). По другим оценкам, десятое место в топе занимает Республика Конго — 1283 км³.
Взглянем на глобальную «водяную карту». Арифметика тут простая и малоутешительная. Общий объём водных ресурсов планеты составляет примерно 1,4 млрд кубических километров. Из них только 2,5%, то есть около 35 млн км³, — это пресная вода. И это ещё оптимистичная оценка, некоторые исследователи снижают данный показатель до 1%, разумно апеллируя к тому, что он «плавающий», динамичный, зависящий от климата и средней температуры глобального года, интенсивности «мирового дождя» и т. д.
Из этого количества пресной воды почти 70% законсервировано в ледниках и льдах Антарктиды и Арктики и де-факто остаётся недоступным. Треть находится под землёй (так называемая «палеовода» — очень интересный феномен, который мы рассмотрим ниже) и только 0,3% находится в непосредственном наземном доступе (реки, озёра, родники и т. п.). Было бы наивным полагать, что собственно человек как организм с его каждодневной жаждой является главным потребителем пресной воды. Нет, основную массу «потребляет» сельское хозяйство (около 58%), за ним сразу следует «жажда» индустрии (34%), и только чуть менее десятой доли идёт на удовлетворение наших потребностей. Эти 8% текут в кранах, «поят» в бутилированной расфасовке мировую торговлю, идут на муниципальные и городские нужды и т. д. При этом уровень потребления воды постоянно растёт: с 1950-го года общий объём потребления человечеством воды увеличился втрое и достиг 4300 км³ в год, а располагаемый объём водных ресурсов на душу глобального населения сократился за 50 лет с 15 тыс. м³ до пяти тысяч. Таким образом, при более или менее неизменном абсолютном объёме водного компонента Земли имеет место увеличение «ноосферной» нагрузки.
Некоторые страны стремятся проводить политику водной экономии с целью уменьшения потребления воды. Иногда дело доходит до курьёзных случаев. Несколько лет назад, когда ещё был жив венесуэльский президент Уго Чавес, латиноамериканские СМИ, да и не только они, несколько недель «обсасывали» новость о том, как он однажды обратился в своей еженедельной речи к жителям Каракаса с просьбой поменьше петь во время принятия душа. Хотя Венесуэла и входит в десятку стран с самыми большими запасами пресной воды, её столица, как многие мегаполисы, испытывает колоссальный дефицит пресной воды. Социологи провели исследование и выяснили, что у многих венесуэльцев есть привычка — петь во время мытья, что увеличивает расход воды. Чавес, сочтя такое расточительство недопустимым, призвал граждан постараться исключить из практики повседневных водных процедур эту «культурную составляющую» [1].
В Арабских Эмиратах, где дефицит воды также постоянно увеличивается и, буквально, каждая капля на счету, тоже придумали любопытный способ экономии драгоценной влаги. Два бизнесмена-изобретателя создали фирму по мойке машин и назвали её WaterWise. Их инновация заключается в том, что на WaterWise автомобили моют без использования воды. Вместо традиционной жидкости на мойках применяют экстракт сока деревьев. Многие автовладельцы отказываются от такого способа мытья, пугаясь, что биофермент с моющим эффектом, содержащийся в экстракте, может разрушительно воздействовать на металлический корпус машины. Но проект функционирует уже два года, а его создатели сейчас работают над расширением внедрения своей технологии, переключившись с автомобилей на помывку небоскрёбов.
В прессе, да и не только, зачастую можно встретить любопытный термин — питьевая бедность или гидробедность. Мы привыкли ассоциировать бедность с голодом, но это только часть проблемы. Бедность — это ещё и жажда, точнее, её неутолимость.
ООН разработала и активно использует Индекс питьевой бедности (как часть «Многомерного индекса бедности» или «Индекса многомерной депривации»; см. http://www.un.org/ru/development/hdr/2010/hdr_2010_technotes.pdf). По данным ЮНЕСКО, в мире 1,2 млрд людей проживает в зонах с ограниченным доступом к воде, а более 800 миллионов испытывают хроническую жажду. От недостатка воды в наибольшей степени страдают засушливые регионы, в частности, страны Ближнего Востока и Северной Африки, Север Китая, западные штаты США, часть Мексики и Центральной Америки и др. Имеют место и глобальные диспропорции. Например, в индустриально развитых странах норма индивидуального потребления пресной воды варьируется от 100 до 176 галлонов (галлон равен примерно 4 литрам в зависимости от государства), а в африканских странах — только 2—3 галлона. Где-нибудь в Найроби потребитель платит в десять раз больше за литр воды, чем, допустим, в Нью-Йорке. Говоря поэтическим языком, одни пьют собственные слезы, а другие принимают ванны с их питьевой водой… Но это лирика. Статистика куда жёстче и прагматичней. Отсутствие или недостаток питьевой воды в мире становится причиной гибели большего числа людей, чем войны и локальные вооружённые конфликты. Каждый год из-за жажды умирает около двух миллионов людей… По оценкам агентства Bloomberg, опубликованным в 2013 году, к концу первой четверти нынешнего века две трети человечества, а это составит по прогнозам 5,3 млрд человек, окажутся в ситуации нехватки воды. Нас ждут уже войны не за чёрное, а за голубое «золото»?
Круг водных проблем привлекает внимание мировой общественности. C 1997 года регулярно, с промежутком в три года, проводится так называемый «Всемирный Водный Форум». Недавно, в октябре 2015 года, в чилийском городе Вальпараисо прошёл форум «Наш океан». Выступили официальные лица, сделали доклады… Но, по большому счету, все эти международные конференции остаются гласом вопиющего в пустыне…
Альтернативные гидроисточники: желаемое versus действительное
Сейчас модно много говорить об альтернативных источниках энергии. И не только говорить — альтернативная энергетика на самом деле достаточно активно развивается. А вот можно ли говорить об альтернативных источниках воды? Это большой и насущный вопрос. Помимо добычи воды в мире массово используются два направления — опреснение и реутилизация (очищение уже использованной воды). Первый путь очень энергоёмкий и достаточно дорогой. Например, Саудовская Аравия находится на водном самообеспечении путём опреснения. Но сколько для получения «голубого золота» она тратит «чёрного»? Вопрос не риторический, а вполне конкретный: ежедневно саудовцы производят 5,5 млн кубометров питьевой воды и расходуют на эту роскошь 350 тысяч баррелей нефти… Допустим, Саудовская Аравия может это себе позволить. Но в целом по миру с помощью опреснения производится полтора процента питьевой воды. И даже несмотря на то, что за последние пятнадцать лет издержки производства сократились вдвое при таком же росте производительности, эту роскошь себе могут позволить далеко не все страны.
Другой источник — повторное использование сточных вод. Эта технология была разработана и начала активно применяться рядом стран начиная с 1997-го года. Ранее существовали технологии частичной очистки воды, но потенциала очищения до уровня питьевой прогресс достиг только к рубежу веков. До этого степени очистки хватало для удовлетворения нужд сельского хозяйства и лесоводства. Самый мощный в мире комбинат гидроочистки был установлен в 2008 году в Калифорнии, регулярно страдающей от хронической засухи. Мощности установки вполне хватает на то, чтобы производить 265 млн литров питьевой воды в день и обеспечивать ею полмиллиона человек. [2] Но вот стоимость такого проекта говорит, что называется, сама за себя. В пересчёте на евро его строительство обошлось в 384 миллиона, а годовое обслуживание составляет 21 миллион. Потянут ли такую финансовую нагрузку даже небольшие страны? А вот это уже риторический вопрос. Мировым лидером по очистке воды является Израиль. Здесь очищается 70% грязных вод, а в Тель-Авиве и все сто. Но вот идут эти воды на муниципальные и сельскохозяйственные нужды, а не в домашние краны, хотя по санитарным нормам вода пригодна для питья. У этой проблемы есть немаловажный психологический аспект. Так, не все готовы пить ранее использовавшуюся воду. Например, в 2004 году жители небольшого австралийского городка Тувумба провели референдум и решили отказаться использования очищенной воды в качестве питьевой…
Исследования общественного мнения в той же Калифорнии по поводу питья очищенной воды, которое оказалось в общем нелицеприятным, навело американского биоэтика Артура Каплана из Пенсильванского университета на открытие одного психологического феномена, а именно «фу-фактора» (по-английски — «yuck factor», по-испански — «factor puaj»). По его мнению, «фу-фактор» обозначает феномен, когда сложившиеся культурные и ментальные стереотипы и рефлексы мешают принять и использовать новые научные достижения и технологии. Все исследования показывали, что вода пригодна для питья, но люди отказывались её пить из-за того, что она переработана. Так культурная инерция встала на пути прогресса…
Да что там «фу-фактор»… На пути фильтрации воды встаёт простой финансовый фактор. Ещё семь лет назад средние издержки обработки сточных вод составляли 0,35 евро за 1 м³. В настоящее время себестоимость технологии несколько снижена, но по-прежнему остаётся дорогостоящей. Хотя в абсолютном выражении прогресс фильтрации грязных вод налицо. Если в 2005 году мировые мощности по очистке сточных вод составляли примерно 20 млн м³ в день, то спустя десять лет они достигли объёма 55 миллионов кубометров ежедневно.
Другие альтернативные технологии развиваются, например, в Чили. Здесь используют ресурс влажности воздуха и собирают конденсат тумана. В пустыне устанавливают специальные водосборники. Им дали поэтичное название «Ловители влаги». С 2013 года подобную технологию использует, например, Эквадор. К северу от столицы Кито установлены шесть таких водосборников, каждая панель площадью 12 квадратных метров. Это, конечно, интересный метод, но вряд ли он поможет решить проблему в глобальном масштабе… Ведь каждая такая установка способна «улавливать» от 120 до 160 литров воды в день. Для небольшой деревни вполне подойдёт, но в масштабах мегаполиса, как говорится, капля в море.
В другой латиноамериканской стране — Мексике — изобретена «твёрдая вода», которая может разрешить проблему засухи. Изобретение исследователя Национального Политехнического института Серхио Рико (Sergio Jesus Rico) может произвести переворот в мелиорации. Он изобрёл полимер, гранулы которого, будучи закопанными в землю, при контакте с водой (дождём) трансформируются в гель, задерживающий жидкость. По замыслу мексиканца, этот полимер можно использовать для питания растений в засушливых районах. Когда воды нет долгое время, гель вновь превращается в гранулы с выделением воды. Цикл превращений может длиться до 10 лет. Продукт не загрязняет почву и, возможно, мог бы стать источником влаги для тысяч гектаров посевов в маловлажных местах. В 2012 году Рико был номинирован на Мировую Премию Воды Международным Институтом Воды в Стокгольме. Но это, конечно, скорее сельскохозяйственное изобретение, и выход на решение проблемы дефицита питьевой воды придётся ещё поискать.
Другой интересный опыт, родственный чилийскому и эквадорскому экспериментам, практикуют в Австралии: учёный Макс Уиссон (Max Whisson) решил создать аппарат, вырабатывающий воду… из воздуха и даже из ветра. Когда в 2007 году в прессу попала информация о подобном устройстве, как только журналисты не изощрялись в придумывании броских заголовков: «Теперь в вашем душе польётся вода, сделанная из воздуха», «Вода из ничего», «Влага из пустоты» и др. Уиссон исходил из гипотезы, что в воздухе «растворено» огромное количество воды, «транспортируемой» ветром. Нужно только придумать специальное устройство, схожее с распространёнными в мире «ветряками» для выработки электроэнергии. Примечательна универсальность этого потенциального источника воды. Австралиец, опираясь на факт, что вода, поднимаясь с поверхности океана, неравномерно распределяется в воздухе на высоте до 100 километров, решил, что искать её можно было бы как в небесах над Сахарой, так и над тропическими зонами, принципиальной разницы нет. Принцип же действия аналогичен сбору конденсата под кондиционером или в поддоне холодильника — охлаждение воздуха. Уиссон представлял себе ветряную мельницу с аэродинамическими лопастями и эолийскими турбинами, которые собирали бы воздух и охлаждали его на себе, а вода сцеживалась бы в установленные внизу водосборники. Инновационность конструкторского замысла австралийца состояла и в том, что это «чистая» технология без использования электричества. На функционирование устройства вполне хватало бы энергии ветра. Более того, такое устройство могло бы работать в режиме «два в одном», то есть, помимо выработки воды, использоваться как традиционный ветряк-электрогенератор. Но это всё в теории. Что же получилось на практике? Первый черновой вариант мельницы «Ветер—Вода» был создан в 1997 году. Его мощность составляла 70—120 литров в день. Уиссон натолкнулся на волну скептицизма, но не сложил руки. В 2010 году он создал более мощный прототип, способный генерировать до тысячи литров в день. Но до сих пор это изобретение существует только в формате образца и не запущено в промышленное производство.
К сожалению, пока можно констатировать, что поиск инновационных способов экономии и добычи воды не в состоянии решить проблему растущей глобальной жажды человечества. Это всё меры локального применения и в целом ограниченного эффекта. Как будут развиваться эти направления, пока сказать сложно. Поэтому логично перейти к тому, что мы имеем сейчас.
Почём бутылочка «палеоводы»?
Задумывались ли вы, покупая знойным летним днём в супермаркете легко потеющую на жаре бутылочку газировки, о происхождении её содержимого? Вовсе не исключаю того, что если бы Роспотребнадзор ввёл соответствующую норму, то на этикетке было бы написано: «Палеовода». Что такое «палеовода»? Это невозобновляемые подземные источники воды, возникшие в древнейших климатических условиях. Когда мы произносим словосочетание «полезные ископаемые», у среднестатистического человека в мозгу возникают образы редких металлов, драгоценных и не только камней, газа и нефти. Но, возможно, самым полезным ископаемым является простая питьевая вода. Термин палеовода — самый экзотический из имеющихся для обозначения этого природного явления. Чаще употребляют термины «водоносные горизонты», «пласты», «линзы», «грунтовые воды», «жилы», «аквиферы». Из-за того, что льды полюсов Земли не используются в качестве источника пресной воды и вдобавок имеют непростой международный правовой статус, «палеовода» оказывается доминирующим открытым и доступным источником воды на Земле.
В подземных водоносных пластах содержится 96% доступной пресной воды на нашей планете. Остальная часть приходится на наземные источники — реки, озера и др. Таким образом, и правда, покупая в магазине бутылку газировки, вы «рискуете» с большой вероятностью удовлетворить жажду «палеоводой». Она на 70% покрывает нужды в животворной влаге Евросоюза, а зависимость многих стран, особенно в засушливых регионах, таких как Испания, ЮАР, Тунис, Индия, от подземных вод колеблется в диапазоне от 80 до 90%. В настоящее время в мире разведано около трёхсот подобных подземных источников и по сей день продолжается их разведка.
Самым богатым регионом по количеству подземных водных линз является Европа, здесь их порядка ста пятидесяти, далее следуют две Америки (68 «горизонтов»), в Африке их обнаружено 38, а в Азии пока только двенадцать. Есть в проблеме добычи палеоводы и политический аспект: подавляющее большинство подземных бассейнов расположено на территории сразу нескольких стран, из-за чего ведутся непрерывные межгосударственные споры. Есть даже гипотеза, что одним из мотивов, так называемой, «арабской весны» стало перераспределение прав на добычу «голубого золота» из Нубийского песчаника, большая часть которого расположена на территории Ливии и Египта.
Особое место среди подземных резервуаров палеоводы занимают четыре крупнейших: Большой Артезианский бассейн в Австралии, водоносный пласт Гуарани в Южной Америке, Западно-Сибирский артезианский бассейн в России и тот самый африканский Нубийский песчаник. Меньше всего на русском языке написано про латиноамериканскую водоносную линзу, потому ниже мы чуть подробнее напишем о ней.
Аквифер Гуарани
Водоносный горизонт Гуарани относится к классу трансграничных и расположен на территории четырёх южноамериканских государств — Бразилии, Аргентины, Парагвая и Уругвая.
Споров по поводу эксплуатации подземных вод между этими государствами практически нет, ведь все четыре страны объединены в Южноамериканский общий рынок (MERCOSUR), юридические документы которого достаточно эффективно регулируют права и ответственность каждого из государств, в том числе и в плане вододобычи (в отличие от того же Нубийского песчаника, об общей политике использования которого странам Северной Африки пока так и не удалось договориться). Название водоносного горизонта происходит от группы индейских народов гуарани, проживающих на территории вышеназванных государств, преимущественно в Парагвае. Объём водоносной жилы Гуарани огромен — 45 тыс. км³. По оценкам, этой воды хватит, чтобы поить человечество в течение двухсот лет даже с учётом демографического роста. Площадь водоносного пласта столь же впечатляюща — около 1180 тыс. км², большая часть расположена на территории Бразилии (840 тыс. км²), остальная площадь распределена между Аргентиной (225 тыс. км²), Парагваем (70 тыс. км²) и Уругваем (45 тыс. км²). На территории этого глобального «рудника голубого золота» проживает чуть более 30 млн человек: 25 миллионов бразильцев, почти три миллиона аргентинцев, два миллиона парагвайцев и чуть более пятисот тысяч уругвайцев. Глубина Гуарани колеблется в диапазоне от 70 до 1140 метров (минимум и максимум зарегистрированы на территории Бразилии). Южноамериканская линза сформировалась, по оценкам геологов, приблизительно 144 миллиона лет назад. Львиная доля потребления приходится, естественно, на Бразилию, где водами Гуарани пользуются жители, примерно, пятисот городов и сельских населённых пунктов. В Уругвае функционирует порядка 130 колодцев и скважин, а в Парагвае около двухсот. Все они находятся в государственной или муниципальной собственности, и любые попытки их приватизировать встречают горячий отпор со стороны местного населения. Такой же горячий, как и сама вода Гуарани. При добыче её температура может достигать 65 градусов по Цельсию. Таков в общих чертах портрет палеоводы в Южной Америке.
Всё кончается. Но не для всех сразу
Общие запасы подземных вод — порядка 60 млн км³. Это около 2% всей воды на Земле. Изрядная их часть — в пресных водоносных горизонтах. И если один только водоносный пласт Гуарани может питать человечество водой 200 лет, казалось бы, не о чем беспокоиться. Однако не всё радужно. Во-первых, вода залегает на разной глубине, и по мере исчерпания поверхностных горизонтов, её добыча будет становиться сложнее и дороже. Во-вторых, сама по себе добыча имеет своим последствием ухудшение качества подземных аквиферов. Уровень воды в них постепенно снижается. Из-за этого до неё со временем станет труднее добуриться, но это не самое плохое: когда уровень воды падает в прибрежных подземных линзах, в них просачивается океанская солёная вода, делая палеоводу непригодной для питья. Наконец, пусть и в весьма отдалённой перспективе, даже эти запасы — объективно исчерпаемы. А значит, рано или поздно человечество будет вынуждено перейти либо к использованию полярных льдов, либо к опреснению вод океана, либо же вплотную столкнётся с проблемой синтеза питьевой воды. Когда это произойдёт — вопрос открытый. Одно можно сказать точно: при существующей мировой политической и экономической системе превращение такого жизненно необходимого ресурса как вода в остродефицитный, добыча или производство которого потребуют немалых вложений и продвинутых технологий, — когда бы это ни случилось, — поставит менее развитые страны в ещё большую зависимость от более развитых, чем это наблюдается сегодня, а многие густонаселённые ныне пространства — превратит в безжизненную пустыню.
Примечания
1. Похожим образом в начале 1980-х годов советский сатирический журнал «Крокодил» потешался над тем, как в Израиле то ли природоохранные организации, то ли кто-то из официальных лиц однажды призвали супругов принимать душ вдвоём — с целью, опять же, экономии пресной воды.
2. В настоящее время в Калифорнии планируют построить ещё более производительный комплекс очистки сточных вод, см. об этом — https://22century.ru/resurrection/18060.
