Vanduo užima apie tris ketvirtadalius Žemės paviršiaus. Žemę supančiame apvalkale, kuris dar vadinamas hidrosfera, yra apie 1,4 milijardai kubinių kilometrų vandens. Deja, gėlo vandens, kurį daugiausiai naudojame, yra tik 35 mln. km3 ir tai sudaro vos 2,5 % bendro vandens kiekio (1 lentelė). Likęs vanduo yra sūrus. Be to, apie 70 % gėlo vandens sukoncentruota poliariniuose ir kalnų ledynuose. Taigi, tinkamo naudojimui vandens lieka ne tiek ir daug (apie 16 500 km3).
1 lentelė. Hidrosferos sudėtis.
Vandens šaltinis | Vandens tūris, km3 | % nuo bendro vandens kiekio | % nuo gėlo vandens kiekio | |
Visas vanduo | 1386000000 | – | – | |
Požeminis vanduo | 23400000 | 1.7% | – | |
Gėlas požeminis vanduo | 10530000 | 0.8% | 30.1% | |
Ledynai, sniegynai, pastovi sniego danga | 24064000 | 1.7% | 68.7% | |
Visas gėlas vanduo | 35030000 | 2.5% | – | |
Ežerai, pelkės | 102500 | 0.29% | 0.008% | |
Upės | 2120 | 0.006% | 0.0002% |
Lengviausiai pasiekiamas ir seniausiai naudojamas yra paviršinis vanduo. Tačiau dėl didėjančios taršos dažnai pasirenkami kiti šaltiniai. Iš visų gėlo vandens šaltinių svarbiausias yra požeminis vanduo. Didžiausias privalumas naudojant požeminį vandenį yra tai, kad jis geriau apsaugotas nuo teršimo. Hidrosferoje požeminis vanduo sudaro tik 1.7 %. Gėlo požeminio vandens yra dar mažiau. Jis paplitęs tik paviršinėje žemės plutos dalyje iki 150-500 m gylio. Giliau slūgso daugiau ar mažiau mineralizuotas vanduo, kurio mineralizacija gali keistis nuo 2-3 g/L iki 100 g/L ir net daugiau.
Vanduo žemėje visą laiką juda ir vandens ciklas, dar vadinamas hidrologiniu ciklu, geriausiai iliustruoja nepertraukiamą vandens judėjimą virš žemės ir po žeme.
Įvairiose šio ciklo vietose vanduo keičia savo formą tarp skystos, garų ir kietos (ledo, sniego). Kai kurie šių pasikeitimų trunka vos kelias akimirkas, kiti tęsiasi šimtus, tūkstančius ir daugiau metų.
Judėdamas požemyje vanduo atlieka milžinišką darbą: jis tirpina gamtinius mineralus ir uolienas, įvairias druskas ir organines medžiagas, pats dalyvaudamas reakcijose su šiomis medžiagomis ir tuo pat metu būdamas ta terpe, kurioje tarpusavyje reaguoja kitos ištirpusios jame medžiagos. Vanduo taip pat aktyviai dalyvauja daugelyje žemės paviršiuje vykstančių cheminių procesų. Gyvybė Žemėje atsirado tik po to, kai joje atsirado vanduo, kadangi būtent vandenyje pirmiausiai atsirado gyvybė. Nereikia pamiršti, kad tiek paviršinis, tiek ir požeminis vanduo yra įvairių mikroorganizmų gyvenamoji terpė ir šie mikroorganizmai labai aktyviai dalyvauja gamtinių vandenų cheminės sudėties formavime.
Gryno (švaraus, be priemaišų) vandens gamtoje nėra. Gamtinis vanduo – tai įvairių druskų, organinių medžiagų ir dujų tirpalas. Švariausias yra kritulių vanduo nors ir jame yra nemažai ištirpusių medžiagų. (1 litre kritulių vandens vidutiniškai būna ištirpę apie 30 mg įvairių medžiagų). Patekęs į gruntą vanduo toliau tirpina savo kelyje sutiktas įvairias medžiagas. Kiek ir kokių cheminių medžiagų yra vandenyje priklauso visų pirma nuo uolienų, su kuriomis vanduo kontaktuoja, cheminės sudėties.
Tad, kas vis dėlto yra vanduo? Ar pakankami Žemėje esantys vandens rezervai, kad jie galėtų patenkinti nuolat didėjančius poreikius? Kokia turi būti vandens kokybė, kad jis nekenktų žmogaus sveikatai? Šiais ir kitais klausimais nuolat diskutuojama pasaulinėje mokslinėje literatūroje, konferencijose ir simpoziumuose.
Lietuva – turtingas vandens ištekliais kraštas; turime daug upių, ežerų, tvenkinių, daugelyje vietų iš Žemės gelmių čiurlena (trykšta, fontanuoja) šaltiniai. Šių vandenų cheminė sudėtis ir kokybė yra skirtinga. Taip jau istoriškai susiklostė, kad pagrindinis gėlo geriamojo vandens šaltinis Lietuvoje yra požeminis vanduo, kuris slūgso ir formuojasi labai įvairiomis sąlygomis. Šie požeminio vandens telkiniai labai nevienodai yra apsaugoti nuo antropogeninės taršos, todėl Lietuvos gyventojai aprūpinami (ar apsirūpina) nevienodos kokybės geriamuoju vandeniu. Nemažą įtaką vandens kokybei turi ir vandens tiekimo sistemų būklė. Didesnė Lietuvos gyventojų dalis geriamąjį vandenį gauna iš centralizuoto vandentiekio tinklo. Tačiau nemaža dalis žmonių, daugiausiai kaimų ir priemiesčių teritorijų gyventojų, geriamuoju vandeniu apsirūpina individualiai iš palyginti negilių šachtinių šulinių arba vienokio ar kitokio gylio gręžinių. Šio vandens kokybė gerokai skiriasi nuo centralizuotai tiekiamo vandens kokybės ir pagal vieną ar kelis higienos normos rodiklius dažnai neatitinka geriamajam vandeniui keliamų reikalavimų. Šachtinių šulinių vandenyje dažnokai viršijamos leidžiamos nitratų koncentracijos (50 mg/L). Be to, šis vanduo neretai turi padidintą mikrobinę taršą.
Pasaulio sveikatos organizacijos (PSO) duomenimis, su geriamuoju vandeniu į žmogaus organizmą patenka nuo 1 iki 10% visų kenksmingų medžiagų. Kita dalis teršalų į organizmą patenka su įkvepiamu oru ir kitais maisto produktais. Tačiau nei vienam kitam maisto produktui pasaulyje nėra nustatyta tokių griežtų standartų kaip geriamajam vandeniui. Taip yra todėl, kad žmogus vandenį vartoja visą savo amžių ir jo kokybė dažnai lemia žmogaus savijautą ir sveikatą. Nereikia pamiršti, kad mikrobiologiškai užterštas vanduo gali tapti užkrečiamų ligų ir netgi epidemijų šaltiniu.
Apskritai, jūrų, vandenynų, upių ir ežerų, o taip pat požemio vanduo gerokai skiriasi savo sudėtimi.
Jūrų ir vandenynų vanduo tiek tarpusavyje, o taip pat nuo gėlo požeminio vandens skiriasi, visų pirma, didele mineralizacija (t.y. ištirpusių jame medžiagų kiekiu), kuri taip pat gali gerokai svyruoti (2-3. lentelės).
2 lentelė. Kai kurių jūrų ir vandenynų vidutinė mineralizacija
Šaltinis | Mineralizacija, g/L |
Baltijos jūra | 17 |
Atlanto ir Ramusis vandenynai | 32-35 |
Viduržemio jūra | 38-40 |
Raudonoji jūra | 43-45 |
Mirties jūra | 270-450 |
3 lentelė. Vidutiniai jūros vandens cheminės analizės rezultatai (pH = 8,2 – 8,3)
Anijonai | mg/L | mekv/L | Katijonai | mg/L | mekv/L |
Chloridai, Cl– | 19880 | 560 | Natris, Na+ | 11040 | 480 |
Sulfatai, SO42– | 2740 | 57 | Magnis, Mg2+ | 1315 | 108 |
Nitratai, NO3– | – | – | Kalcis, Ca2+ | 440 | 22 |
Hidrokarbonatai,HCO3– | 183 | 3 | Kalis, K+ | 390 | 10 |
Bromidai, Br – | 68 | 0,9 | Stroncis, Sr2+ | 1,3 | 0,3 |
Suma: | 22871 | 620,9 | Suma: | 13186,3 | 620,3 |
Matome, kad jūrų vandenyje vyrauja Cl– ir Na+ jonai, t.y. jūrų vandenyje daugiausiai yra valgomosios druskos (NaCl). Jūrų vandenyje esantiems jonams pagal jų koncentracijas galioja maždaug tokia seka: Cl– > Na+ > SO42– > Mg2+> Ca2+ > HCO3– , t.y. jame daugiausiai yra chloridų (Cl–), po to natrio (Na+), sulfato (SO42–) jonų ir t.t., o mažiausiai-hidrokarbonato (HCO3–) jonų. Gėlam vandeniui ši seka yra praktiškai priešinga: HCO3– > Ca2+> Mg2+ > SO42– > Na+>Cl–. Vadinasi, gėluose vandenyse vyrauja kalcio ir magnio druskos ir dažniausiai tai būna kalcio ir magnio hidrokarbonatai.
Šiuo metu iš jūros vandens ekonomiškai apsimoka išskirti tris komponentus: Mg, Br ir NaCl. Jų rezervai jūrose praktiškai neišsemiami. Artimiausiu metu gali būti sukurtos technologijos, kurių pagalba bus ekonomiškai tikslinga iš jūros išgauti K, J2, F2, Sr ir B.
Ypač smarkiai vandens savybės ir jo sudėtis svyruoja barjerinėse zonose, ten, kur susiduria gėlas didelių upių ir sūrus jūrų vanduo. Tokią barjerinę zoną mes turime Klaipėdoje, kur susitinka Nemuno su intakais ir Kuršių marių vanduo su Baltijos jūros vandeniu. Pučiant stipriam vakarų ar šiaurės vakarų vėjui, sūrus Baltijos jūros vanduo pasiekia Juodkrantę ir kartais netgi Nidą.