Víz a környezetünkben

„Az ember, mérhetetlen gőgjében és hiúságában, hajlandó elhinni, hogy a világ törvényei ellen is élhet, megmásíthatja azokat és büntetlenül lázadhat ellenük. Mintha a vízcsepp ezt mondaná:
Én más vagyok,
mint a tenger.”

(Márai Sándor)

Kevés olyan anyag létezik, melyről annyit beszélnénk a mindennapi életben, melyről annyi jellemzést, megállapítást, mondást ismernénk, mint a víz: A víz, az élet forrása; Víz = élet (Unicef); Létünk alapja a víz; A víz az élet bölcsője stb. És valóban, víz nélkül az élet sem alakult volna ki a Földön, és mi sem léteznénk nélküle. Nyelvünkben több szólás, közmondás is a vízhez kapcsolódik: „Él, mint hal a vízben”, „Vizet hord a Dunába”, „Aki fél a víztől, nem eszik halat”, „Kint van a vízből”, „Késő vizet hordani, amikor már leégett a ház”, „A víz sem mossa le róla” stb.

Az ókorban Arisztotelész (i. e. 384 – i. e. 322) megállapította, hogy világunkat négy őselem építi fel: a föld, a levegő, a tűz és a víz. Utóbbi elnevezése a IUPAC-nómenklatúra szerint ugye víz vagy oxidán, de használják a nem hivatalos dihidrogén-monoxid, hidrogén-hidroxid elnevezéseket is. Képlete: H2O. A természetben a hidrogén- és az oxigénatomnak 3-3 stabil tömegszámú izotópja létezik (1H, 2H, 3H, illetve 16O, 17O és 18O), emiatt a vízmolekula elvileg ezen izotópok kombinációjaként kilenc eltérő molekulatömegű változatban jöhet létre. A legnagyobb mennyiségben 1H216O formában van jelen (könnyű víz), kisebb mértékben 2H216O formában (nehézvíz). A természetes vizekben a 2H216O – 1H216O arány 1/3500 és 1/5500 között változik. Molekulaszerkezete: tipikus poláros kovalens vegyület, a kötésszög, melyet a hidrogénatomok egymással bezárnak 104,45 fokos. Mindezek egyedi, másoktól nagymértékben eltérő fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkező vegyületeket jelentenek.

Fizikai tulajdonságai:

–             szobahőmérsékleten folyadék, olvadáspontja 0 °C, forráspontja 100 °C (0,1 MPa);

–             legnagyobb sűrűsége 3,98 °C-on van;

–             poláros molekula, állandó dipólus momentummal rendelkezik;

–             nagy felületi feszültséget mutat, értéke a higany után a legnagyobb az összes anyag közül;

–             nagy a dielektromos állandója;

–             jó oldószer, főleg az ionos és poláros vegyületeket oldja;

–             nagy a fajhője, az olvadás- és párolgáshője.

Környezeti szempontból ezek a tulajdonságok meghatározóak az élővilág kialakulásában, fejlődésében, és végső soron a mindennapi életünkben. Mivel magas olvadás- és forrásponttal rendelkezik (az analóg vegyületekhez viszonyítva), a Földön mindhárom halmazállapotban előfordul, szabályozva ezzel a globális vízforgalmat. A vízmolekulák folyadék fázisban is rövid ideig fennálló, tetraéderes szerkezetben csoportosulnak, ennek kialakulásához hozzájárul a molekulák közötti gyenge kémiai kötés, az úgynevezett hidrogénkötés fellépte. Fagyáskor a szilárd fázisban a molekulák hexaéderes szimmetriájú rácsban foglalnak helyet, melynek a térfogata a tetraédereshez viszonyítva nagyjából 10%-al nagyobb. Ezzel magyarázható, hogy a jég még a forró víz tetején is úszik. A víz sűrűség, valamint és a víz-jég sűrűség anomáliája következtében télen a felszíni vizeknek csak a legfelső rétege fagy meg (és nem alulról kezdve teljesen), biztosítva ezáltal a vízi élőlények életben maradását. A nagy felületi feszültség a talaj kapillaritásában, a talaj vízháztartásában játszik fontos szerepet. A talajvíz nagy része a kapillárisokban raktározódik, ahonnan a növények a gyökereikkel könnyen hozzáférnek. A permanens dipólusmomentum lehetővé teszi sok szerves és szervetlen anyag vízben való oldódását, beleértve a biológiai fontosságúakat is. A nagy dielektromos állandó erőteljesen „árnyékolja” a szervezetben lévő sok-sok ion hosszú távú kölcsönhatását, lehetővé téve egyes ion-ion kölcsönhatásokra érzékeny molekulák aktivitását.

A víz nagy fajhőértéke a kiegyensúlyozott, az élő szervezetek számára előnyös klímafeltételeket teremti meg a Föld felszínén. Gázfázisban a víz (a vízgőz) nagyon hatékony üveghatású gáz, mely esetében az atmoszférában lejátszódó fázisátalakulások során (gáz → folyadék → szilárd) felszabaduló látens hő melegíti a légkört (eltérően a többi üvegházhatású gáztól, amelyek az elektromágneses sugárzást nyelik el). Hozzávetőlegesen 21°C a víz közvetlen üvegházhatásából származik, mely a teljes érték 63,63%-a.

Kémiai tulajdonságai: a víz reakcióképes, amfoter jellegű vegyület. Kis mértékben ionizálódik. Sav-bázis, redoxi- és komplexképződési reakciókban vesz részt. A sav-bázis reakciók (hidrolízis) a természetben a kőzetek mállásában játszanak fontos szerepet, a komplexképződés pedig az ionok biológiai hasznosításában fontosak.

Környezetünk egyik fontos eleme, mely a hidroszférát alkotja a többi környezeti egység mellett (geoszféra, atmoszféra, bioszféra és krioszféra). A Föld életében a víznek nagyon fontos szerepe volt, illetve van: ez pedig bolygónk klímarendszerének és az életnek a kialakítása és fenntartása. A természetben a víz állandó mozgásban van (vízszintes és függőleges irányban egyaránt), a környezeti elemek között pedig intenzív anyag- és energiacsere megy végbe, zárt ciklusokban. Ezt nevezzük a víz körforgásának, mely évi 396 000 km3 mennyiséget jelent, és melynek hajtóereje a Nap. (1. ábra)

A hidroszféra kialakulása 3,8 milliárd évvel ezelőtt történt, magmatikus eredetű. A vulkanikus aktivitás következtében a földfelszínre a magmával nagymennyiségű víz került, és amikor a hőmérséklet 100°C alá csökkent, az ősatmoszférából a vízgőz kondenzálódott. Ez csapdaként szolgál a továbbiakban ahhoz, hogy a felszínre került víz a világűrbe elillanjon. A szakemberek azt is feltételezik, hogy jelentős mennyiségű víz került a Földre a jégaszteroidák révén. A Föld felszínén a legnagyobb mennyiségben jelenlevő vegyület, a bolygó felszínének 70,8%-t (361 126 400 km²) víz borítja, a szárazföldek részesedése csupán 29,2% (148 939 100 km²). A Föld, a „kék bolygó” vízkészlete évmilliók óta állandó, mely összesen 1 384 000 000 km3 víztömeget jelent. A víz nem oszlik el egyenletesen a Földön, a hidroszféra vízkészletének eloszlását és arányát az 1. táblázat szemlélteti.

Látható, hogy a vízkészlet több mint 97%-a sós tengervíz, az édesvíz kevesebb, mint 3%-ot tesz ki, ennek is 87%-a szilárd formában, a gleccserekben, hóban fagyott állapotban van. Így a rendelkezésünkre álló, felhasználható édesvíz mennyisége a Föld teljes vízkészletének csupán 0,5%-a (35 millió km³), az emberiségnek ebből kell gazdálkodnia. A felhasználható édesvíz egy kis része az atmoszférában van jelen felhők, köd, vízgőz formájában. Másik, a nagyobb része, a felszín alatt (talajvíz) található, illetve felszíni vízként tavak, folyók stb. alakjában. A számunkra hasznosítható édesvízkincs igencsak korlátos, és sajnos egyre nagyobb mértékben szennyeződik.

A természetes vizek megőrzésének fontosságára hívta fel a figyelmet több nemzetközi szervezet és konferencia. Az 1992. évi Rio de Janeiró-i Környezetvédelmi Konferencián a küldöttek négy átfogó problémát fogalmaztak meg: 1. A megújuló készletek hiánya; 2. A készletek egyenlőtlen megoszlása; 3. A korlátlan gát- és tározóépítések következményei; 4. A vízminőség, a vízszennyezési kérdések és ezek következményei. Ugyanakkor javasolták a víz világnapjának bevezetését is, melynek megtartásáról ENSZ-közgyűlés még abban az évben döntött. Így 1993-tól március 22. hivatalosan a Víz Világnapja, 2017-ben a világnap szlogenje: „Szennyvizek? Tiszta vizet!” Az ENSZ Közgyűlése a 2005–2015-ös időszakot a „Víz az életért” cselekvés nemzetközi évtizedének nyilvánította, célul tűzve ki, hogy a tiszta vizet nélkülözők több mint fele rendes ivóvízhez juthasson, a 2013-as év pedig a vízügyi együttműködés nemzetközi éve volt.

Az édesvizet a mindennapi életünkben széles körben használjuk: ivóvízként, a háztartásban, a mezőgazdaságban az élelmiszerek előállítására, az iparban stb. A különböző gazdasági szektorok vízigénye eltérő: világviszonylatos átlagban az édesvíz 10%-t a lakosság, 30%-t az ipar, 70%-t a mezőgazdaság használja fel. Az EU-ban a következő arányok érvényesülnek: 44% az energiatermelésre; 24% a mezőgazdaságra; 17% a lakossági vízellátásra; 15% az iparra esik. Természetesen országonként, zónánként, a gazdasági fejlettség függvényében a globális átlaghoz viszonyítva lényeges eltérések mutatkoznak: pl. a skandináv országokban a mezőgazdasági öntözésre a vízkészlet 15%-a esik, addig Görögországban ez az érték nagyjából 75%. A vízfogyasztás jellemzésére felhasználhatjuk az egy személy által közvetlenül elfogyasztott vízmennyiséget (ivásra, tisztálkodásra, táplálkozásra stb.). Ez az érték viszont nem fedi az élelmiszerek, az ipari cikkek stb. előállítására felhasznált édesvíz mennyiségét. Erre vezették be az ökológiai lábnyom analógiájára a vízlábnyom (water footprint = WFP) fogalmát Ashok. K. Chapagain és Arjen Y. Hoekstra javaslatára. Ez az egyén, a közösség vagy egy üzletág által használt tárgyak előállításához és az általuk igénybevett szolgáltatásokhoz szükséges, térfogatban kifejezett vízmennyiséget jelenti, és az ember a vízrendszerre gyakorolt hatásához kapcsolódik a fogyasztást illetően. Egy főre eső napi vízfogyasztás átlagban kb. 135 liter (ivás, tisztálkodás, főzés, mosás, mosogatás), ami évi átlagos 625 m3-t jelent. A vízlábnyom figyelembevételével az ENSZ statisztikái szerint egy ember átlagfogyasztása 1240 m3 édesvíz évente (UN Water, 2009). A közvetett vízfogyasztás jelentős mértékben növeli vízlábnyomunkat. Például a következő termékek előállításhoz: 1 csészényi kávé – 140 l, 1 kg marhahús – 16000 l, 1 családi autó – 83000 l, 1 egy szelet kenyér – 40 l, 1 darab tojás – 135 l, 1 darab hamburger – 2400 l, 1 pár bőrcipő – 8000 l, 1 farmernadrág – 8000 l, 1 darab mikrochip – 32 l, 1 kg rizs – 3000 l, 1 kg búza – 1500 l, 1 kg kukorica – 1000 l édesvízvíz szükséges. (Összehasonlításként: egy teli fürdőkádnyi víz 140 liter). A szükséges édesvizet leggyakrabban a felszíni (folyók, tavak) és a felszín alatti vizek (rétegvizek, talajban raktározódott esővíz, talajnedvesség) kitermelésével nyerik.

Annak függvényében, hogy az édesvizet honnan nyerik, megkülönböztetünk kékvíz-lábnyomot – a kék vízkészlet fogyasztását (felszíni és felszín alatti vizek); zöldvíz-lábnyomot, amely a zöld vízkészlet fogyasztását (talajban raktározódott esővíz, talajnedvesség) jelenti; illetve a szürkevíz-lábnyomot – ez szennyezésre utal (szükséges édesvíz mennyisége a telített szennyezők feldolgozásához). Ennek tükrében a fogyasztást úgy definiálhatjuk, mint a vízgyűjtő területekből a felszíni és felszín alatti víztestek vízvesztesége (a víz párolgása, visszatérés egy másik vízgyűjtőterületre, beépülés egy termékbe). Az adott víztestben a víz, mint a megújuló készlet, a hidrológiai körforgás eredményeként pótlódik. Hosszú távon a fenntartható fejlődés akkor valósítható meg, ha a vízkitermelés mértéke (I) nem haladja meg a rendelkezésre álló víz mennyiségét. Pontosabban, az édesvízkészlet kitermelésének korlátját a viszonylag gyors vízkörforgásban évről évre megújuló, dinamikus készlet (Q) határozza meg, nem pedig a lényegesen nagyobb statikus (a víztest térfogata). Amennyiben a készletek kihasználtsági foka (I/Q arány) nem haladja meg a 40%-t, a helyzet stresszmentes, nem beszélhetünk vízhiányról. Ha ez az arány a 70% -t eléri, súlyos vízhiány esete áll fenn, 100% felett a víztartalékok kimerítéséről, kizsákmányolásáról beszélhetünk. (2. ábra)

Az édesvíz hiánya, ezen belül az ivóvízé egyre nagyobb méreteket ölt a Földön. Mára már világméretű jelenségnek tekinthetjük, mivel az emberi társadalom édesvízigénye meghaladja a rendelkezésre álló mennyiséget. Jelenleg körülbelül 50 ország küzd vízhiánnyal. 1960 óta a vízfelhasználás megduplázódott a Földön, a vízprobléma fő kérdése pedig nem elsősorban lakossági vízellátás, hanem az annak sokszorosát igénylő táplálkozás biztonsága. Ennek előfeltétele a vízbiztonság.

Korlátozó tényező, hogy az édesvízkészletek nem oszlanak el egyenletesen a bolygón, pl. az arab világban a Föld népességének 5%-ára a készletek 1%-a jut, míg Kanada,ó a másik véglet, ahol a globális vízkészletek 20%-ához a népesség csupán 0,2%-a tartozik. Egy másik markáns redukáló tényezőkként jelentkeznek a vízrajzi, hidrológiai, szennyezési és ökológiai okok:

– a megújuló készletek mintegy 20%-a távoli, „eldugott” területen található, és aligha hozzáférhető (ilyen az Amazonas óriási készlete);

– a fennmaradó fele a vízfolyás méretétől függően árvizekkel és monszunnal érkezik, gyorsan lefolyik, és csak egy kis része hasznosítható tározók építése révén;

– a készletek jelentős, de pontosan nem ismert hányada (legalább 30%-a) kiiktatódik az ökológiai vízigény és a legkülönbözőbb szennyezések következtében. Így globális szinten a kihasználtság 50% körüli, a ténylegesen hasznosítható készlet csupán mintegy kétszerese az igényeknek.

A vízhiánynak több kiváltó oka van, a legfontosabbak: a népesség növekedése, a pazarló vízhasználat, az urbanizáció, környezetszennyezés, valamint a klímaváltozás.

A globális népesség az utóbbi 100 évben exponenciálisan növekedett: míg 1960-ban 3 milliárd ember volt, addig 2045-re 9 milliárd embert prognosztizálnak. Emiatt a mai fajlagos vízkészlet mintegy 27000 m³/fő/év, a 8,5 milliárd lakossal számolva 2035 körül 4700 m³/fő/év-re lecsökkenhet. Tehát nem a készlet, hanem annak egy főre jutó hányada csökken a népesség növekedése miatt, mégpedig vészesen. A népességnövekedés hozzájárulása a további vízhiány kialakulásához 70-80%, míg az éghajlatváltozásé 20−30%.

Pazarló vízhasználat: a vízfelhasználás kétszer gyorsabb ütemben nőtt az elmúlt száz évben, mint a Föld népessége, az igény növekedését egyelőre nem sikerült visszafogni. Egyes országok, melyek nem szenvednek vízhiányban, pazarolnak (pl. ilyen ország az Amerikai Egyesült Államok). A legnagyobb fogyasztó az ipar és a mezőgazdaság, amelyek a teljes vízhasználat 70%-át jelentik. Megfelelő törvények hiányában nincs lehetőség a pazarlás visszaszorítására. Az ENSZ jelentése szerint a legfontosabb lépést a vízhasználati díjak drasztikus emelése jelentené.

Az urbanizáció: a népesség növekedése globális szinten ma már a városokra koncentrálódik, ami együtt jár az átláthatatlan vízi infrastruktúrák kialakulásával. Nincs megoldva a biztonságos ivóvízellátás és a szennyezéselhelyezés, ami a fejlődő világban 1,1, illetve 2,6 milliárd embert érint, és a fejlesztések messze nem követik a terveket.

A klímaváltozás hatásai és következményei a vízkészletekre, a vízgazdálkodásra, a víz mennyiségi eloszlásának megváltozására a Földön egy többszörösen összetett probléma. Közvetlen hatások: csapadékviszonyok megváltozása sok területen, a kiszáradás és az elsivatagosodás kiterjedése (eltűnő vizek, kiszáradt tavak); a boreális területek összezsugorodása, a hó- és jégtakarók olvadása; a sós, óceáni vizek a földalatti édesvízkészletekkel való keveredése; a hőmérséklet esetében az anomáliaértékek területi eloszlásának sokkal szélsőségesebb értékei stb. A globális hőmérséklet növekedése és a szárazság együttesen megduplázhatja a mezőgazdaság vízigényét.

Környezetszennyezés: miközben a gazdag országok a szennyvíz nagyjából 70 százalékát tisztítják, világszerte átlagosan a szennyvíz 80%-a kezeletlenül kerül a környezetbe, néhány országban pedig több mint 90%-os ez az arány. A legnagyobb mértékben a palagáz-kitermelés, a hagyományos bányászat és számos más ipari tevékenység szennyezi a vizet, valamint a talajvízbe szivárgó szennyvíz, vegyi anyagok stb.

A gazdasági növekedés jelentősen megnöveli a vízszükségletet. A víz egyes országokban a gazdasági teljesítmény meghatározója lehet – ilyen például Kína és India.

A vízforrások iránti kereslet folyamatosan nő világszerte. A készletek kifogyóban, a társadalmakban pedig évről évre egyre nagyobb feszültségeket okoz a vízhiány, ami akár háborúskodásba is torkollhat (hidrológiai hadviselés – hydrological warfare), amelyben a folyók, tavak és víztározók nemzetbiztonsági-katonai célpontokká válnak). Napjaink vallási köntösbe burkolt regionális háborúi valóságban nagyrészt az édesvízforrások birtoklásáért, a vízkincsekért folyó küzdelem, ilyen pl. az iraki–szíriai konfliktus, Izrael, valamint Palesztina, Libanon, Szíria közötti úgynevezett hatnapos háború, Egyiptom és Etiópia küzdelme a Nílus vizéért, India és Pakisztán konfliktusai stb.

Merre haladjunk? Melyek a legégetőbb, leggyorsabban megoldandó problémák?

„Először: a készletek és az igények kapcsolatának újragondolása a termékek és szolgáltatások biztosítása szempontjából.

Másodszor: a nagytérségi, zárt körforgások kialakítása (a kaszkád elv alkalmazása).

Harmadszor: a készleteket az azokhoz legjobban illeszkedő igények kielégítése (alkalmazkodó mezőgazdaság).

Negyedszer: a globalizációval növekvő virtuális vízkereskedés szabályozása.

Ötödször: vizeink jobb védelme a szennyeződésektől.

Hatodszor: az éghajlatváltozást szem előtt tartva, vizeinkkel a jövő klímájának megfelelő gazdálkodás.

És végezetül: minden terv az intézményi rendszeren keresztül valósuljon meg.

Új gondolkodásmódra van szükség. Az édesvíz korlátos, semmivel sem helyettesíthető, értékes erőforrás. Használatát a fenntarthatóság, a megfontoltság és az átgondolt tervezés kell, hogy jellemezze. Késésben vagyunk.” (Somlyódy László, A világ vízdilemmája, Magyar Tudomány, 2011/12., 1411.)