1.2.1 Caracteristicile principale ale apei

1.2.1.1 Stările apei

Amintim mai întâi că apa este o moleculă compusă dintr-un atom de oxigen si doi atomi de
hidrogen (H2O). Apa are cea mai mare capacitate de a absorbi energia termică a tuturor materialelor cunoscute. Ea absoarbe și eliberează această energie prin transformare și trecând prin mai multe stări: solid (gheață …), lichid (lacuri, râuri, oceane …), gazos (vapori de apă). Temperatura și presiunea atmosferică permit trecerea de la o stare la alta.

4

1.2.1.2 Repartizarea resurselor de apă pe pămînt

Globul pămîntesc conține aproximativ 1 386 milioane km3 de apă. El este acoperit cu apă la aproximativ 70%. Apa este distribuită în patru rezervoare mari:

– Oceanele, care conțin apă sărată și depozitează 97% din apa noastră.
– Apele terestre (dulci), conținute în napele subterane, lacuri, râuri, ghețari și reprezintă aproximativ 2,99% din apa stocată pe pămînt (din care 2% este stocată în ghețari).
– Atmosfera, care stochează aproximativ 0,001% din apa noastră
– Biosfera (plante, animale …) conține 0,0004% din apa noastră

5.png

1.2.1.3 L’accesul la apă

Apa este o resursă abundentă, dar este distribuită în mod inegal pe pământ. Odată cu schimbările climatice, distribuția apei în rezervoare majore tinde să evolueze. Aceste modificări impactă în primul rând apa dulce care este inegal distribuită din punt de vedere geografic și social. Cea mai mare parte din apă dulce este concentrată în Antarctica și Groenlanda. Aceasta din urmă este dificil de utilizat, în condițiile științifice și tehnice actuale9.

Carte ressource en eau douce dans le monde

Această hartă subliniază că accesul la apă dulce este foarte diferit din punct de vedere geografic. Ea se bazează pe indicatorul de stres hidric dezvoltat de Falkenmark și colegii săi. Acest indicator este o estimare a volumului de resurse regenerabile de apă (de suprafață și subterane) pe cap de locuitor în mediu pe an, comparate cu cerințele de apă individuale pentru o țară dezvoltată, într-un climat semi-arid. Pragul de alertă stabilit de Organizația Națiunilor Unite (ONU) este de 1700 de metri cubi de apă disponibili pe cap de locuitor pe an. Constatăm deci că unele țări se confruntă deja situații de deficit sau de stres hidric în timp ce altele sunt într-o situație de abundență.

Acest indicator arată ca apa este disponibilă inegal atît din considerente naturale cît și datorită utilizărilor noastre, creșterii populației, precum și capacităților tehnice și financiare de exploatare a resursei care este disponibilă. Accesul la apă este determinat și de factorul economic. De fapt, persoanele care nu au acces la apă potabilă suferă mai puțin din cauza lipsei de apă decît din lipsa serviciilor legate de accesul la apă.

Apele subterane (pînze freatice) și apele de suprafață10 reprezintă doar 1% din stocurile exploatabile de apă. Pe cînd apele de suprafață sunt mai ușor de exploatat și se reînnoiesc rapid, apele subterane sunt dificil de accesat și necesită tehnici de extracție foarte costisitoare
și poluante. Cu toate acestea, astăzi, apa potabilă provine în mare parte din pînze freatice caci apele de suprafață sunt, în general, de o calitate mai scăzută și necesită tehnici de tratare foarte costisitoare pentru potabilizarea lor. Din păcate, aceste resurse sunt supraexploatate, iar capacitatea lor de reînnoire este foarte lentă. Experții estimează că în 30 la 40 de ani, dacă nu se face nimic, pînze fratice importante vor fi epuizate în Statele Unite, China, Arabia Saudită, India și Iran.

Accesul la apă pentru toți nu este o problemă numai în ceea ce privește cantitatea, ci și calitatea. De aceea indicatorul de stres hidric nu este suficient pentru a judeca situația unei
țări. Originea și calitatea apei pe un teritoriu sunt mai importante decît cantitatea disponibilă.

În cele din urmă, accesul la apă potabilă dictează relațiile dintre țări pentru partajarea și
conservarea resurselor. Așa cum a spus A. Frérot în cartea sa: „In realitate, apa crează relații de reciprocitate: locuitorii unui bazin hidrografic sunt interdependenți în caz de bună utilizare a apei precum și în caz contrariu11.” Apa este o resursă care aparține nu nimănui și care traversează granițele; utilizarea sa într-o țară afectează disponibilitatea și calitatea acesteia în alta. În viitorul apropiat, deficitul de apă va deveni o sursă majoră de îngrijorare și de apariție a conflictelor internaționale. Mai ales ca 270 bazinele hidrografice sunt bazine transfrontaliere și nu mai puțin de 40% din populația lumii trăiește în aceste zone.

În ultimii ani, termeni ca „războiul pentru apă” sau „aurul albastru” descriu conflictele legate de apă în interiorul țărilor între populațiile locale sau între țări din Africa de Nord și Africa de Sud, Orientul Mijlociu, America Centrală, Canada și SUA. De exemplu, Nilul, cel mai lung fluviu din lume, traversează zece țări. Egiptul, care depinde în totalitate de Nil pentru resursele sale de apă, trebuie să negocieze cu toate statele din bazinul Nilului, inclusiv cu țări cum ar fi Sudanul sau Etiopia. De fapt, conflictele legate de apă există de mult în istoria omenirii. În cazul în care este necesar să se găsească un acord comun cu privire la această resursă, apa este uneori un vector formidabil de înțelegere și cooperare. De exemplu, în ciuda războaielor succesive din Kashmir între India și Pakistan, cooperarea  e Indus nu s-a oprit12. Acordurile internaționale privind utilizarea în comun a resurselor de apă sunt utile, dar în contextul schimbărilor climatice, noi acorduri pentru conservarea ei sunt necesare. Din păcate există puține acorduri există în vederea reducerii poluării și bunului management al acestei resurse vitale.

1.2.1.4 Disponibilitatea resurselor

Pentru a înțelege distribuția și accesul la apă pe continentul nostru, se folosește unitatea de
bazin hidrografic. Acesta este definit ca „suprafața topografică pe care precipitațiile se scurg spre o priză comună. (…) În general, se disting bazine închise fără scurgere către mare, care acoperă 11% din suprafața terestră, și bazine deschise cu scurgere la mare. Forma bazinelor hidrografice, poziția lor în raport cu fluxul de precipitații, vegetația și geologia sunt toate elementele-cheie care determină prezența apei în sol13. „

Fiecare bazin hidrografic este caracterizat de un anumit regim hidrologic, care se determină precipitațiile și compoziția morfologică a solului. Caracterizarea regimului hidrologic se bazează pe observații pe termen lung în mai multe puncte ale bazinului hidrografic. Regimul hidrologic este în general reprezentat de fluxurile medii lunare pe parcursul unui an.

Graficul regimului hidrologic al unor râuri din lume

figure9

 

© Laboratoire d’Ecohydrologie ECHO 14

Regimurile hidrogeologice sunt diferite în diferite bazine hidrografice. Ele sunt rezultatul unor fenomene sezoniere condiționate de către de zonele bioclimatice. De exemplu, descoperim că disponibilitatea apei în fluviul Sena este mai importantă toamna si iarna. Regimul hidrologic al bazinului Paris este determinat de clima temperat oceanică.

La ora actuală se constată că regimurile hidrologice ale râurilor sunt din ce în ce mai variabile. Această variabilitate este un dezechilibru al fenomenelor sezoniere și este atribuită schimbărilor climatice antropice (de exemplu decalajul sezonului ploios, topirea prematură a ghețarilor…).

1.2.2 Circuitul apei în natură

În acest capitol vom aborda circuitul apei în natură din punctul de vedere al hidrologului slovac M.Kravcik, prezentat în lucrarea colectivă Apa pentru restabilirea climei – O nouă paradigmă. Această nouă viziune pune accentul pe impactul activităților umane asupra circuitului apei în natură. Această paradigmă este inovatoare, în sensul că managementul uman al resurselor acvatice este prezentat ca fiind una dintre cauzele schimbărilor climatice. Ea deschide noi perspective cu privire la modul de acțiune în atenuarea și adaptarea la schimbările climatice.

1.2.2.1 Le grand cycle de l’eau

Definiție: Circuitul apei în natură (denumit uneori și ciclul hidrologic sau ciclul apei) este procesul de circulație continuă a apei în cadrul hidrosferei Pământului. Acest proces este pus în mișcare de radiația solară și de gravitație. În cursul parcurgerii acestui circuit, apa își schimbă starea de agregare fiind succesiv în stare solidă, lichidă sau gazoasă. Apa se mișcă dintr-un element component al circuitului în altul, de exemplu dintr-un râu într-un ocean, prin diferite procese fizice, dintre care cele mai însemnate sunt evaporația, transpirația, infiltrația și scurgerea.. Wilkipedia

Circuitul apei descrie existenta și mișcarea continuă a apei pe Pămînt. Apa este mereu în mișcare si iși schimbă mereu starea de agregare: din lichid, în vapori, în gheața. Circuitul apei se produce de miliarde de ani și viața pe Pămînt depinde de el; fără acest circuit al apei
Pămîntul ar deveni un loc arid, fără viață. Pentru a intelege etapele acestui ciclu, este necesar să se analizeze circuliația apei și timpul de înmagazinare a apei în rezervoarele mari.

Prezentarea schematică a elementelor ce compun circuitul apei în natură

6.png

Mișcarea apei în natură

– Sub influiența energiei solare, o parte din apa de mare sau terestră se evaporă și formează norii. Evaporarea este măsurată prin diferența dintre precipitații și fluxul de apă în aceeași zonă. Aproximativ 550.000 de km3de apă se evaporă în fiecare an, echivalentul apei din Marea Neagră. 86% din vapori provin din oceane. Vaporii de apă sunt principalul element
responsabil de producerea efectului de seră. Ei reprezintă 70% din gazele prezente în atmosferă.

Condensarea este procesul prin care vaporii de apa din aer sunt transformați din apă în stare lichidă. Condensarea este importantă pentru circutul apei deoarece formează norii. Aceștia pot produce precipitații, care reprezintă principalul mod de întoarcere a apei pe Pamînt. Condensarea este opusul evaporării. 73% din apa evaporată cade pe continente.

Mase uriașe de apă sunt transferate de la un rezervor la altul pe întreaga planetă. Acest transfer arată că apa este o resursă în mișcare continuă sub influiența energiei termice și eoliană. Ea urmează o mișcare naturală perpetuă și cantitatea ei este conconstantă. Această
mișcare perpetuă a apei evidențiază, de asemenea natura ei regenerabilă.

Timpul de staționare: apa – o resursă cu greu regenerabilă

Molecula de apă are nevoie mai mult sau mai puțin de timp pentru a reintegra ciclul mare al apei, în funcție de rezervorul în care se află.

– Aproximativ 60% din apa precipitată se întoarce rapid de pe pământ în atmosferă. Acest
fenomen este legat de evaporarea din rîuri și lacuri, și de transpirația plantelor și animalelor. Noi vorbim în acest caz de evapotranspirație. Aproximativ 90% din apa din atmosferă provine din evaporație și numai 10% din evapotranspirație.

– O altă parte din apa precipitată va ajunge în râuri, ape subterane, mări și oceane. Acest fenomen este numit scurgere. Aproximativ 40% din apa precipitată ajunge la rîuri și numai o foarte mică parte ajunge la pînza freatică (acest fenomen este numit infiltrare). Apa din pînza freatică parcurge foarte încet drumul spre oceane și mări.

În cadrul mișcării ei, apa este în general menținută anumite perioade de timp în anumite elemente ale mediului natural, numite generic rezervoare. Aceste rezervoare și cantitățile de apă înmagazinate în medie în fiecare dintre ele sunt prezentate în tabelul de mai jos. Durata de înmagazinare reprezintă timpul mediu pe care o moleculă de apă îl petrece într-un anumit rezervor în cadrul circuitului din momentul în care intră în rezervorul respectiv până când îl părăsește.

Timpul efectiv de înmagazinare al moleculelor de apă variază în limite foarte largi, unele molecule petrec în rezervor un timp mult mai scurt și altele un timp considerabil mai lung.
De exemplu, timpul de staționare poate varia de la câteva mii de ani (oceane, ghetari, etc.), la câteva ore (celule vii).

7.png

Viteza de regenerare a apei depinde de tipul de rezervor în care se află. Natura regenerabilă a apei nu este instantanee. Molecula de apă se va reînnoi în râu în 16 de zile, în timp ce în pînza freatică masele de apă se vor reănnoi în 1400 de ani. Apa din pînza freatică este cel mai frecvent utilizată pentru necesitățile umane. Având în vedere timpul său de reînnoire, înțelegem că utilizarea apei dulci din pînza freatică este o problemă majoră pentru societatea noastră.

În Moldova, la ora actuală cea mai importantă sursă de alimentare cu apă o reprezintă apele de suprafaţă, în special din fluviul Nistru, care constituie circa 83%, din rîul Prut – 1,8% şi din alte surse de apă de suprafaţă – 0,2%. Sursele de ape subterane captate din sondele arteziene, fîntînile de mină şi izvoare constituie circa 15% din necesarul de consum.

1.2.2.2 Circuitul local al apei – ciclul mic

Vom numi ciclul local al apei circuitul apei la nivenul unui bazin hidrografic. El funcționează după aceleași principii ca și ciclul mare: cantitatea de apă evaporată dintr-un bazin se întoarce în același bazin sub formă de precipitații. Procedeele de evaporare, precipitare și infiltrare asociate cu acest ciclu depind de mediul natural al bazinelor hidrografice. Bazinul hidrologic asociat reflectă o parte a dinamicii ciclului mic de apă, deoarece aceasta reprezintă cantitatea de apă care curge în râuri timp de un an. Circuitul local al apei este implicat în formarea microclimelor locale. Cercetatorii slovaci (Apa pentru restabilirea climei – O nouă paradigmă) estimează că precipitațiile locale sunt datorate între 50% și 65% ciclurilor mici. Aceste cicluri joacă deci un rol important în funcționarea ecosistemelor cum ar fi pădurile, zonele umede …

9.pngPrelevările masive și accelerarea scurgerii spre mare sau ocean (din cauză urbanizării) au tendința de a perturba ciclurile mici și prin urmare climele locale. În cazul în care scurgerile de apă sunt favorizate într-un bazin, acest fenomen se desfășoară în detrimentul evaporării. În consecință, volumul de apă în micul ciclu local scade treptat.

1.2.2.3 Rolul vegetației

Vegetația joacă un rol major în procesul de evaporare. Plantele favorizează infiltrarea apei în sol prin rădăcinile lor. Ele au, de asemenea, capacitatea de a absorbi apa pentru a se dezvolta. Acest fenomen se numește captare. Apa absorbită de plantă îi permite să se mențină o temperatură constantă. Acest fenomen se numește termoreglare. Plantele, transpiră prin porii de pe suprafața frunzelor. Acest fenomen se numește evapotranspirație. În zona temperată, acest fenomen a fost măsurat: o suprafata verde de 1 m2 va elibera circa 3 litri de apă pe zi. Rolul vegetației este major in ciclul apei, deoarece ea are capacitatea de a reține apa, de a o infiltra în pământ și de a o restitui sub forma de evapotranspirație. Vegetația facilitează schimbul de apă între rewervoarele de acumulare și contribuie în mod pozitiv la menținerea ciclurilor apei.15

Datorită plantelor energia solară este transformată în căldură latentă (căldură care va servi la evaporarea apei, va produce reîmprospătarea aerolului și va reduce temperatura aerului). Pe de altă parte, cu cît mai solul conține mai puține plantate, cu atît mai multă energie solară este transformată în căldură sensibilă (ceea ce contribuie la încălzirea globală). Umiditatea reținută de sol de către plante scade și moderează temperaturile extreme: solul uscat convertește până la 60% din radiația solară în căldură sensibilă, iar într-o zonă saturată în apă, până la 80% radiații pot fi transformate în căldură latentă și doar o mică parte din radiația solară devine căldură sensibilă.

8.png

Pe lîngă faptul de a reține și de a favoriza infiltrarea apei în sol, vegetația temperează efectele termice și prin urmare atenuează încălziria globală. În cazul în care solul este acoperit cu o vegetație densă, el va conține mai multă apă de ploaie, deoarece plantele absorb și rețin apa. Temperatura este regulată căci energia solară consumă apa reținută de plante, care nu numai crează umbră, ci, de asemenea, transformă energia în căldură latentă. Ca rezultat, creșterea plantelor favorizează menținerea ciclului mic local al apei.


8 http://sciencejunior.fr/chimie/les-trois-etats-de-leau

9 Blanchon D. (2013) Atlas mondial de l’eau, Défendre et partager notre bien commun, Paris, Autrement

10 Spre deosebire de pânza freatică, apa de suprafață este apa care este localizată pe suprafața solului: oceanele, râurile, lacurile, izvoarele;
11 Frérot A. (2009), L’eau pour une culture de la responsabilité, Paris, Autrement Frontières
12 Frérot A. (2009), L’eau pour une culture de la responsabilité, Paris, Autrement Frontières

13 Blanchon D. (2013), Atlas mondial de l’eau, Défendre et partager notre bien commun, Paris, Autrement
14 http://echo2.epfl.ch/e-drologie/chapitres/chapitre9/chapitre9.html

15 Timpul de staționare a unei molecule de apă în biosferă este de mai puțin de o săptămână

Reclame