Увеличение запасов пресной воды для устойчивого решения глобальной водной безопасности в масштабе

Dec 07, 2023

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 20262 (2022) Цитировать эту статью

14 тысяч доступов

537 Альтметрика

Подробности о метриках

Хотя значительная часть земного шара уже сталкивается со значительной нехваткой пресной воды, прогнозируется, что потребность в большем количестве пресной воды будет возрастать, чтобы поддержать растущее население планеты и экономический рост, а также адаптироваться к изменению климата. Современные подходы к решению этой проблемы, которая может привести к катастрофическим последствиям для потребительских потребностей и экономического роста, основаны на повышении эффективности использования существующих ресурсов. Однако доступность ресурсов пресной воды быстро снижается из-за чрезмерной эксплуатации и изменения климата и, следовательно, вряд ли сможет устойчиво удовлетворить будущие потребности, что требует переосмысления наших решений и связанных с ними инвестиций. Здесь мы представляем смелый отход от существующих подходов, устанавливая жизнеспособность значительного увеличения пресной воды за счет захвата влажного воздуха над океанами. Мы показываем, что атмосфера над океанами, расположенными ближе к суше, может давать значительное количество пресной воды, достаточное для поддержания крупных населенных пунктов по всему миру, при использовании соответствующим образом спроектированных структур. Благодаря практически безграничному запасу водяного пара из океанов, этот подход является устойчивым в условиях изменения климата и может изменить нашу способность решать нынешние и будущие проблемы водной безопасности. Предполагается, что этот подход будет преобразовательным в создании экономически жизнеспособного механизма устойчивого обеспечения безопасности пресной воды для нынешнего и будущих поколений.

Отсутствие адекватного доступа к пресной воде в обширных регионах земного шара1,2 представляет собой серьезную проблему нашего времени, которая требует смелого и немедленного решения. Существующие подходы к решению этой проблемы, в первую очередь путем сокращения и управления спросом, оказываются неадекватными3, поскольку рост населения и экономический рост быстро поглощают любой потенциал, созданный с помощью этих мер4,5,6,7. Переработка и повторное использование воды добились заметных успехов8, но по своей сути имеют ограниченную масштабируемость, поскольку они фундаментально ограничены имеющимися запасами9,10. Эффективные решения по увеличению предложения в настоящее время ограничены или практически отсутствуют, поскольку все ресурсы эксплуатируются сверх устойчивого потенциала или быстро истощаются из-за изменения климата. Например, объемы добычи подземных вод выходят далеко за рамки возобновляемых источников, а уровень грунтовых вод падает тревожными темпами в регионах, где пресная вода необходима больше всего11. Снежный покров и ледники, служащие водонапорными башнями, истончаются или отступают из-за изменения климата, а таяние снегов весной происходит раньше, чем раньше12. Регионы, которые уже испытывают дефицит воды, становятся все более ограниченными, поскольку изменения, вызванные климатом, создают еще больший дефицит воды из-за уменьшения количества осадков, увеличения испарения или того и другого13. Варианты удовлетворения этой возросшей потребности за счет транспортировки из отдаленных районов также становятся все менее жизнеспособными из-за снижения доступности воды в регионах-источниках. Юго-запад США является убедительным примером этих проблем, где уровень воды в водохранилищах реки Колорадо снижался в течение последнего десятилетия, достигнув критически низкого уровня летом 2021 года, угрожая как водным ресурсам, так и энергосистемам14,15. Во всем мире существует множество примеров такого каскадного влияния16,17,18,19.

Потенциальным решением радикального увеличения запасов пресной воды является использование практически безграничных океанических источников. Хотя опреснение предлагает такую ​​технологию, она столкнулась с серьезными экологическими проблемами и, как следствие, не была принята в качестве масштабируемого решения для решения глобальных проблем водной безопасности, хотя ее роль в удовлетворении потребностей большого количества населения в ряде критически важных регионов земного шара нельзя недооценивать20,21. Опреснение не только энергозатратно; он также создает концентрированный рассол и другие побочные продукты, которые создают серьезные экологические проблемы, связанные с затратами на утилизацию22,23. Здесь мы устанавливаем возможность альтернативного подхода к использованию океанических источников воды экономически целесообразным и экологически безопасным способом. Мы показываем, что предлагаемый метод масштабируем, поскольку его можно реализовать для удовлетворения потребностей сколь угодно большого населения, и он практичен в будущих климатических сценариях, поскольку он делает больше воды доступной в более теплом климате, тем самым предоставляя важный инструмент для развитие устойчивости к изменению климата.