W poprzednim tekście skupiłem się na dwóch składowych obiegu wody: opady i parowanie – Wysychająca Polska – zmiana bilansu opad-parowanie. Jak słusznie zauważyła część Czytelników opady to jedno, ale niszczenie zdolności retencyjnej zlewni to też ważny aspekt, który pogłębia skutki naturalnego zjawiska jakim jest susza, ale także i powódź. Przekształcony krajobraz zlewni powoduje, że nawet jak pada, to znacznie mniej wody ma szasnę zatrzymać się gdzieś w krajobrazie tam gdzie spadnie na ziemię, a nie w najniższym punkcie zlewni jakim są rzeki lub zbiorniki (wody powierzchniowe).

W pierwszym tekście z cyklu Akademia Wodna z Veolią pokazywałem dwa schematy obiegu wody – jeden najprostszy, którego uczymy się w szkołach, drugi bardziej rozbudowany uwzględniający działalność człowieka. Największym grzechem tego uproszczonego schematu jest brak pokazania bezpośredniego wpływu naszej działalności na obieg wody. Pośredni wpływ na charakter opadów i szybkość parowania omawiałem wcześniej – ale z uwagi na naturalną zmienność, wpływ człowieka na te dwa elementy obiegu nie jest tak łatwo zauważalny i dopiero dokładniejsza analiza danych pokazuje, ile w nich naturalnej cykliczności, a ile udziału człowieka poprzez wpływ na zmianę klimatu.

Abbott i współautorzy [1] przeanalizowali 464 schematy obiegu wody z całego świata. Jakikolwiek ślad człowieka jest pokazany tylko w 23% z nich. Sam do tej pory jakoś nie zwracałem uwagi na to, że na tych uproszczonych schematach nie ma człowieka i jego wytworów: miast, dróg i innej infrastruktury, terenów rolniczych, kopalni, sztucznych zbiorników, uregulowanych rzek i wielu innych. Na tych najprostszych schematach (poniżej) mamy najczęściej las, rzekę, góry, ocean, przepływ podziemny, chmury – ale nie ma w krajobrazie ani jednego śladu człowieka. Czy to nie jest jedna z podstawowych przyczyn naszego oderwania od otaczającej nas rzeczywistości? Przecież mamy już spore portfolio przykładów jak człowiek wpłynął na naturalnych cykl hydrologiczny i doprowadził do mniejszych bądź większych katastrof. Abbott i in. wskazują, że wpływ człowieka na obieg wody został pokazany tylko w 15% przeanalizowanych przez nich schematów. Najwięcej to korzystanie przez człowieka z wody powierzchniowej lub podziemnej. Wpływ człowieka na jakość wody (zanieczyszczenia) pokazano tylko na 2% schematów – czyli 9 na 464 schematy…

Schemat pokazujący obieg wody – bez jakiegokolwiek śladu ludzkiej działalności.

Największy wpływ na zmianę w powyższym obiegu wody ma rolnictwo – wylesianie dużych powierzchni pod uprawy oraz szukanie wody do nawadniania upraw powoduje, że woda krąży inaczej.

W krajach strefy suchej nawodnienia upraw z wód powierzchniowych lub podziemnych doprowadziły do katastrof na większą lub mniejszą skalę. Najbardziej znanym przykładem jest jezioro Aralskie. W latach 60 XX wieku było czwartym co do powierzchni jeziorem na świecie. Jednak działalność człowieka spowodowała, że zostały z niego cztery „małe kałuże”. A wszystko przez pomysł nawadniania upraw bawełny wodą z rzek (Amu-daria i Syr-daria), które wcześniej zasilały w wodę to jezioro. Bawełna, która za czasów ZSRR (dzisiejszy Kazachstan, Uzbekistan i Turkmenistan) miała stać się „białym złotem” (podstawą rozwoju ekonomicznego tych republik) – do dziś jest nim dla Uzbekistanu – stała się motorem napędowym zmian w obiegu wody. Kanały nawadniające zbudowane przez człowieka, przecinające pustynię, dostarczały wodę na pola bawełny. Na skutek tych działań 30-70% wody było bezpowrotnie zabierane z rzek – wsiąkało w pustynną glebę kanałów lub parowało, nie docierając ani do upraw ani do jeziora. W ten sposób od 1960 roku zaczęto obserwować zanik jeziora (poniższa animacja). W efekcie niektóre miasta leżące nad jego pierwotnym brzegiem znalazły się daleko od jego obecnych brzegów, przez co ludność musiała znaleźć inne źródła wody i pożywienia (ryby były podstawą dla wielu lokalnych społeczności) lub emigrować w inne regiony.

Zanik jeziora Aralskiego w latach 1960-2014 na skutek zabrania wody z rzek do nawodnień pól bawełny (źródło: Wikipedia – licencja CC By_SA 3.0)

Jezioro Aralskie jest najlepiej widocznym i najczęściej przytaczanym przykładem. Trzeba jednak pamiętać, że każdy bezpowrotny pobór wód powierzchniowych i podziemnych prowadzi do takich zmian, a ich skala i tempo zależne są od bilansu pobór-zasilanie. Innym przykładem są zapadliska z Turcji. Obniżanie się poziomu wód podziemnych w wyniku suszy i zwiększonego poboru wody przez rolników do nawodnień spowodowały, że liczba zapadlisk zwiększyła się w kwietniu 2021 roku do około 600, w porównaniu do około 350 rok wcześniej. Poniżej film pokazujący jedno z takich zapadlisk. Oczywiście w Polsce tego typu zapadliska są mniej prawdopodobne, bo mamy inne warstwy podziemne, co oczywiście nie oznacza, że poziom wody się nie obniża.

Oprócz wody potrzebnej do nawodnień, rolnictwo potrzebuje też przestrzeni, żeby wykarmić rosnącą populację. W tym celu wycięło się i dalej wycina duże powierzchnie lasów. A lasy to podniebne rzeki cyklu hydrologicznego. Tereny zadrzewione biorą udział w tzw. małym obiegu wody – pokazane jest to na schematach w tekście Krajobraz retencyjny w portugalskiej Tamerze. W większej skali pomagają docierać opadom w głąb lądu. Szerzej opisano to na portalu Nauka o klimacie:

Nauka o klimacie „Podniebne rzeki: jak wylesianie wpływa na globalny cykl hydrologiczny.„:

Przyzwyczailiśmy się, by myśleć o opadach jako końcowym rezultacie parowania wody z oceanów. Na wybrzeżach zasadniczo tak właśnie się dzieje. Okazuje się jednak, że większość opadów w głębi kontynentów pochodzi często z wody, która wielokrotnie spadła na ziemię i odparowała, tworząc „łańcuch” opadów przemieszczający się zgodnie z kierunkiem wiatru. Im dalej w głąb lądu, tym większe znaczenie ma ten „recykling” wody. Jego częścią jest bezpośrednie parowanie z jezior, rzek i wilgotnej gleby, większość zaś to wynik przyspieszania krążenia wody przez rośliny, głównie drzewa, których korzenie pozyskują wilgoć z głębi gleby.

Inny przykładem zmieniającym obieg wody jest budowa sztucznych zbiorników. Zmiany nie są dobrze widoczne gołym okiem, ale każde spiętrzenie wody na rzece to spowolnienie jej przepływu i zwiększenie temperatury, przez co zwiększa się parowanie. W wielu regionach świata budowa takich zbiorników na rzekach przepływających przez kilka państw, powoduje napięcia międzynarodowe – nie bez powodu zapowiadano, że ten wiek będzie wiekiem wojen o wodę. Jednym z takich regionów jest Azja, gdzie Chiny budują liczne zbiorniki stwarzając ryzyko niedoborów wody w krajach położonych na południe od Chin – zobaczcie mapy z poniższego materiału.

W Polsce najbardziej widocznym skutkiem zmiany obiegu wody przez człowieka jest pojezierze gnieźnieńskie. Istniejące w tym obszarze kopalnie węgla brunatnego zasysały wodę podziemną z otaczających je terenów. Podobnie jak w przypadku wód powierzchniowych, tak i wody podziemne mają naturalne granice, które oddzielają jedną zlewnię od drugiej. Jednak w wyniku długiego odwadniania tych kopalni odkrywkowych, w trakcie którego na powierzchnię wyciągnięto bardzo duże ilości wody, przerwano tą podziemną granicę, co doprowadziło do szybkiego wysychania jezior w regionie. Poniższe schematy z publikacji Przybyłka [2] dobrze obrazują to zjawisko. Więcej o tym polskim przykładzie zaburzenia cyklu hydrologicznego przeczytacie w dwóch wcześniejszych tekstach:

Kopalnie odkrywkowe, a wysychające jeziora pojezierza gnieźnieńskiego.

O pojezierzu gnieźnieńskim część II. Opad vs parowanie. Lej depresyjny.

Rozwój leja depresyjnego kopalni węgla brunatnego w regionie pojezierza gnieźnieńskiego (źródło: Przybyłek, 2018 [2], licencja CC BY-NC-ND 3.0)

Powyższe przykłady pokazują głównie wpływ człowieka na pogłębienie niedoborów wody i skutków suszy. Są też przykłady związane z nadmiarem wody i tu już mamy wystarczająco dużo przykładów z kraju – wystarczy prześledzić doniesienia medialne z ostatnich lat, jak betonoza wpływa na powodzie miejskie. Miast są jednym z najbardziej skrajnych przykładów zmiany w lokalnym obiegu wody. Uszczelnienie powierzchni powoduje, że więcej wody odpływa powierzchniowo do najniżej położnych miejsc i deszcz ucieka z miejsca na które spadł. Woda nie gromadzi się w glebie i głębszych zasobach wód podziemnych, co pogłębia skutki suszy i niedoborów wody. Natomiast ten szybszy, skumulowany odpływ powierzchniowy zwiększa ryzyko powodzi albo w mieście, albo gdzieś dalej wzdłuż rzeki.

Blum ze współautorami [3] przeanalizowali jak uszczelnienie powierzchni wpływa na ryzyko powodzi. Z ich badań wynika, że zwiększenie uszczelnienia powierzchni zlewni o 1% zwiększa ryzyko powodzi średnio o 3,3 % (95% przedział ufności daje zakres 1,9-4,7%). Oznacza to na przykład, że jeśli w gminie Tarnowskie Góry uszczelnimy kolejne 10% powierzchni zlewni rzeki Stoły (całkowita zlewnia to 237 km2 – czyli zabetonujemy kolejne 23,7 km2), to ryzyko powodzi w Tworogu, przez który Sztoła później przepływa, wzrośnie o około 33% (zakres od 19 do 47%).

Jak widzicie na podstawie poprzedniego i obecnego tekstu jako ludzie zmieniliśmy wiele elementów obiegu wody. Oczywiście nie pozostaje to bez konsekwencji, czego skutkiem są intensywniejsze susze i powodzie. W tekście tym nie poruszałem aspektu jakości wody – bo to kolejny obszerny temat, a tegoroczna katastrofa na Odrze dobitnie pokazała jak ważna jest jakość, o której w debacie często zapominamy. No, ale tak jak wskazują Abbott i inni [1] – wpływ działalności człowieka na jakość wód jest pokazywany tylko w 2% schematów dotyczących cyklu hydrologicznego. Jeżeli chcecie poszerzyć swoją wiedzę w zakresie jakości wody to polecam śledzić teksty bloga – szczególnie kategorię Jakość wód.

Tekst powstał w ramach współpracy z Fundacją Veolia Polska przy programie Akademia Wodna.

Więcej o programie na stronie https://countryfundacja.veolia.acsitefactory.com/aktualnosci/akademia-wodna

Spis literatury

[1] Abbott, B.W., Bishop, K., Zarnetske, J.P. et al. Human domination of the global water cycle absent from depictions and perceptions. Nat. Geosci. 12, 533–540 (2019). https://doi.org/10.1038/s41561-019-0374-y

[2] Przybyłek J. 2018. Aktualne problemy odwadniania złóż węgla brunatnego w Wielkopolsce. Górnictwo Odkrywkowe nr 2.

[3] Blum, A.G., Ferraro, P.J., Archfield, S.A., Ryberg, K.R. 2020. Causal Effect of Impervious Cover on Annual Flood Magnitude for the United States. Geophysical Research Letters, 47 (5), e2019GL086480, https://doi.org/10.1029/2019GL086480