Voda strategická surovina. Viliam Novák Ústav hydrológie Slovenská akadémia vied Bratislava

Transcript

1 Voda strategická surovina Viliam Novák Ústav hydrológie Slovenská akadémia vied Bratislava

2

3 Hydrosféra: Čo to je? Hydrosféra je povrchová vrstva Zeme; jej hrúbka je približne 20 km (10 km pod úrovňou povrchu Zeme a približne 10 km atmosféry). Všetka voda na Zemi by ju pokryla vrstvou vody 2800 m hrubou Pre získanie predstavy o hrúbke biosféry, nech je Zem reprezentovaná guľou o priemere 1000 mm (1 m), potom vrstva vody by bola hrubá 0.2 mm. Celá hydrosféra len jej časť môže byť označená ako biosféra (približne polovica)-, je reprezentovaná vrstvou hrubou 0.1 mm. Hrúbka atmosféry má približne rovnakú hĺbku. Biosféra je teda veľmi malý a citlivý priestor.

4 Sladká, alebo slaná voda? Pitná voda: obsah rozpustených minerálnych látok menej ako 0,5 g/liter (spravidla menej ako 0,3 g/l) Brakická voda: 0,5 3 g/liter Minerálna voda (podľa ČSN) 1g/liter (Fatra 4.5 g/l, piešťanská voda 1.7 g/liter) Morská voda g/l ; priemerne 35 g/l; hustota g/l Mŕtve more (Dead Sea) 335 g/l; hustota g/l

5 Salinita oceánov a morí (v gramoch na liter)

6 Keňa

7 India

8 Západné Tatry, Parichvost

9 Kalifornia, USA, All American canal, Colorado- Imperial Valley

10 California, USA prevencia proti výparu

11 Vlastnosti vody Voda je jediná prirodzená látka, ktorá sa súčasne vyskytuje v troch skupenstvách Pevnom (ľad) Kvapalnom (to čo pijeme) Plynnom (vodná para)

12 Basic properties of liquid water Water T L.10-6 c o C kg m -3 kg s -2 kg m -1 s -1 J kg -1 J kg -1 K -1 J m -1 s -1 K

13

14 Basic properties of ice Ice T v 10 3 L t 10-6 L s 10-6 i c i C kg m -3 J kg -1 J kg -1 W m -1 K -1 J kg -1 K

15

16 Voda: anomálna tekutina? Látka Molekulárna hmotnosť Teplota varu C Teplota bodu mrazu, C H 2 T H 2 Se H 2 S H 2 O (100 C) -90 (0 C)

17 Voda: anomálna tekutina? Látka Kvapalná voda (T=0 C) 998 Ľad (T=0 C) 917 Hustota kg/m 3 Vodná para (T=0 C) Etyl (T=0 C) 790 Vzduch (T=0 C) 1.29

18 w.10 3 [kg.m -3 ] Voda: anomálna tekutina? Hustota vody v závislosti na teplote T [ C]

19 .10-3 [kg.m -1 s -1 ] Voda: anomálna tekutina? 3 Dynamická viskozita vody v závislosti na teplote T [ C]

20 Voda: anomálna tekutina? Merná tepelná kapacita vody v závislosti na teplote cw [J.kg -1.K -1 ] T [ C]

21 Voda: anomálna tekutina? 0.64 Súčiniteľ tepelnej vodivosti vody v závislosti na teplote λw [J m -1 s -1 K -1 ] T [ C]

22 w.10 3 [kg.m -3 ] Ortuť Hustota ortute v závislosti na teplote T [ C]

23 Voda: anomálna tekutina? Molekula vody je polárna a malá

24

25 Zásoby vody na Zemi Zdroj vody Podieľ, % Hrúbka vrstvy vody, m Oceány, moria Sladkovodné jazerá, nádrže, mokrade Vodné toky Podpovrchové vody (pôdne, podzemné) Pôdna voda Podzemná voda Voda v atmosfére Polárny ľad, ladovce

26

27

28 Energetická náročnosť výparu Na vyparenie 1 kg vody je potrebná energia, rovná skupenskému teplu vyparovania L= J kg -1 (alebo 2.45 MJ kg); pre názornosť, je to príkon energie 680 W, dodávanej počas jednej hodiny. Na zohriatie 1 kg vody o 100 C (teda z 0 C na 100 C) je potrebná energia M J, čo je približne 5 krát menej, ako tá potrebná na vyparovanie. Z tejto skutočnosti vyplýva význam procesu vyparovania pre tvorbu klímy Zeme.

29 Rivers in Europe Slovakia

30 Mapa Slovenska s 11 hlavnými povodiami Tabuľka s percentuálnym vyjadrením plochy povodia Dunaj Váh Nitra Hron Ipeľ Povodie Morava km 2 Plocha % 4,7 2,3 29,1 9,2 11,1 7,4 Slaná Hornád Bodva Povodie Poprad Bodrog Slovensko km Plocha % 6,6 4,0 9,0 1,8 14,8 100,0

31

32 Voda a Slovensko Plocha Slovenska je km 2 ; leží na rozvodnici (alebo aj streche) Európy. 95% územia patrí do úmoria Čierneho mora, len 5% plochy (riekou Poprad) odteká do Baltického mora. Cez územie Slovenska nepreteká ani jedna rieka; ale zato tri významné toky (Dunaj, Tisa a Morava) tvoria časť hraníc Slovenska. Priemerný odtok všetkých riek z územia Slovenska je približne 400 m 3 s -1 ; ale len priemerný prietok rieky Dunaj je 2000 m 3 s -1. čo naznačuje význam Dunaja pre Slovensko. Spotreba vody Slovenskom (celková, t.zn. komunálna aj ostatná) je približne 30 m 3 s -1, teda Slovensko má ešte značné rezervy v zdrojoch vody. Problémom však je nerovnomernosť v plošnom rozložení množstva a kvality vody na území Slovenska (suchá a povodne).

33 Priebeh spotreby vody na Slovensku

34 Cena pitnej vody za 1000 litrov v USD (2009) Kodaň (Dánsko) 3.43 Berlín (Nemecko) 2.52 PV Glasgow (UK) 2.50 Povrchová v. Sydney (Austrália) 1.61 PV Bratislava (SK) 1.0 PV Dubai (UAE) 0.82 ODS New York (USA) 0.80 Povrchová v. Tokyo (Japonsko) 0.74 Povrchová v Las Vegas (USA) 0.70 Povrchová v Moskva (Ruská Federácia) 0.33 PV+P Nairobi (Keňa) 0.20

35 mm Zrážky na Slovensku Ročný priebeh mesačných úhrnov atmosferických zrážok na území Slovenska XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X

36 m3.s-1 Odtok z územia Slovenska Priemerné mesačné odtoky riek zo Slovenska" v m3.s XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X

37 Ročný priebeh priemerných mesačných teplôt vzduchu na Slovensku v C XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X

38 Ročný priebeh priemernej mesačnej potenciálnejevapotranspiráciaena Slovensku v mm XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X

39 Voda a fotosyntéza Najdôležitejším fyziologickým procesom v rastlinách je fotosyntéza. Je to proces syntézy organických látok (hlavne glukózy) z oxidu uhličitého a vody, s využitím energie Slnka. Fotosyntéza môže byť opísaná rovnicou 6CO 2 +6H 2 O + energia C 6 H 12 O 6 + 6O 2

40 Voda a fotosyntéza Rozklad syntetizovanej glukózy, ktorou sa získava energia pre rast rastlín sa deje v koreňovej sústave a nazýva sa dýchaním (respiráciou): C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + energia Rastlina je spotrebiteľom CO 2 a producentom kyslíka, spotreba kyslíka na dýchanie je v porovnaní s jeho produkciou malá (asi 0.2, alebo 20%).

41 Virtuálne toky vody; Čo to znamená? Približne 80% všetkej spotrebovanej vody na Zemi sa využíva na zavlažovanie poľnohospodárskych plodín Približne 20% polí je zavlažovaných; tieto produkujú 40% vypestovanej biomasy Biomasa obsahuje približne 80% vody Ale, menej ako 1% vody, prechádzajúce cez pletivá rastlín je ich súčasťou; t.j. viac ako 99% vody, ktorú odoberie rastlina cez ňu len prechádza a transpiruje sa cez prieduchy listov do atmosféry Pomer medzi množstvom vytranspirovanej vody rastlinou a hmotnosťou suchej biomasy vyprodukovanej touto rastlinou sa nazýva transpiračným koeficientom Voda potrebná na produkciu 1kg suchej biomasy je hypoteticky exportovaná suchou biomasou; tento virtuálny tok vody ktorý prechádza cez hranice štátov je obrovský.

42 Spotreba vody na tvorbu kilogramu suchého organického materiálu. V prípade plodín, produkt je vztiahnutý k suchej hmotnosti používateľnej časti produktu. (National Geographic, Special Issue, April, 2010). Produkt W i, liter/kg Produkt W i, liter/kg Produkt W i, liter/kg Hovädzie Slivky * Džínsy mäso Bravčové Jablká 700 Košeľa mäso (Bavlna) Párky Hrozno 650 Hamburger Syr Kukurica 900 Pohár mlieka 450 Hydina Fazuľa 360 Pohár kávy 300 Vajcia Zemiaky 260 Pohár vína 270 Pohár piva 170 Pohár čaju 70

43 Virtual water fluxes across the world

44 Virtual water fluxes across the world: blue are exporters

45

46 Je na Zemi dosť vody pre všetkých? Priemerný prietok všetkých riek sveta na jedného obyvateľa pri súčasnom počte obyvatelov ( ) je 15 m 3 / človeka /deň (Rieka Amazonka samotná napája Atlantický oceán 1460 l / človeka/deň. Teda samotná pokrýva spotrebu svetovej populácie.) Teda: Vody je dosť pre všetkých, ale nie vždy je tam, kde je potrebná a v čase keď je potrebná.

47 Je na Slovensku dosť vody pre všetkých? Slovensko Priemerný prietok riek Slovenska je 400 m 3 s -1, t.j. 7.2 m 3 / človeka/deň, (teda približne polovica toho, čo pripadá na hlavu populácie sveta) Ale, samotný Dunaj má priemerný prietok 2000 m 3 s -1, (Bratislava), t.j. päťnásobok prietoku všetkých slovenských riek; 35 m 3 / človeka/deň. Priemerná spotreba vody na hlavu na Slovensku (komunálna a priemyselná) je 180 l/ človeka/deň, z toho komunálna je nižšia ako 100 l/ človeka/deň Odhadnutá kapacita zdrojov vody na Slovensku je l. s -1, čo je približne trojnásobok súčasnej spotreby. Máme teda značné rezervy.

48 Voda vo vesmíre Poslednou správou o vode vo vesmíre (podľa The Astrophysical J. Letters) je objav veľkého množstva vody v oblasti kvazaru (zdroja rádiového žiarenia) APM , vzdialeného približne 12 miliárd svetelných rokov od Zeme. Kvazar obsahuje čiernu dieru s hmotnosťou asi 20 miliárd hmotností Slnka, ktorá pohlcuje hmotu (prach) z okolia. (Čierna diera je názov pre koncentráciu hmoty skoro s nekonečnou hustotou a jej gravitačné pole bráni úniku akýchkoľvek častíc (až na špecifický mechanizmus prenosu). Pretože z nej neunikne ani svetlo, tak teda čierna diera.) V blízkosti kvazaru sa nachádza veľké množstvo vodnej pary. Je to asi 140 bilión násobok vody pozemských oceánoch asi násobok hmotností Slnka. Priemer oblasti, v ktorej sa oblak vodnej pary nachádza je rádu stoviek miliónov svetelných rokov. Jej koncentrácia v porovnaní s vodnou parou na zemi je veľmi nízka.

49 Voda na Marse?

50 Ďakujem za pozornosť