VODA prati čovjeka od rodenja do smrti. Ta veza traje od prvoga kupanja novorođenog djeteta do pranja preminulog prije pogreba, što je običaj mnogih naroda. Riječ vodajedna je od prvih riječi koje dijete nauči izgovarati i zato je na gotovo svim jezicima vrlo kratka, obično dvosložna. No ta jednostavna riječ označava vrlo kompleksan i širok pojam. Uz to što je voda najzastupljenija tvar u građi svih živih bića, pa se može reći da je voda život, voda je i transportni medij, voda je sredstvo za proizvodnju energije, voda je uzgajalište hrane, voda je roba, voda je lijek, voda je prostor za rekreaciju, voda je sportsko borilište, voda je česta granica između država, kultura i religija. voda je trajna inspiracija umjetnicima, vodaje mit, ali voda je i prepreka, voda je opasnost, voda je štetočina, voda je ratište, voda je ubojica, voda je grobnica.

Uz vodu su se razvijale stare civilizacije i gradili grandiozni objekti. Poznato je iz zapisa sa spomenika, „Palermskoga kamena“, da su u doba kralja Škorpiona iz prve dinastije, koji je vladao starim Egiptom oko 3200. godine prije Krista, izgrađeni kanali za navodnjavanje vodom iz Nila. Za vrijeme kralja Menesa, također iz prve egipatske dinastije, izgrađena je brana na Nilu, kako bi njegov glavni grad Memphis bio izgrađen uz plodno tlo nastalo riječnim nanosom. Oko 2850. godine prije naše ere, u doba treće ili četvrte dinastije, izgrađena je, oko 30 km od današnjega Kaira, velika brana Sadd el-Kafara na vadiju Garavva, čiji se ostaci mogu vidjeti i danas. Nevjerojatno velika brana i za naše pojmove izgrađena je oko 1850. godine prije Krista za vladanja faraona Amenemhata III. Bilaje duga čak 36 km, a njezinom izgradnjom je oko 130 km2 močvarnog zemljišta pretvoreno u plodno tlo. I druge stare civilizacije bile su ovisne o vodi. Tako su poznati veliki sustavi za navodnjavanje u Mezopotamiji (Babiloniji). Podzemne galerije (kanati) za zahvaćanje podzemne vode građene su u Perziji (na području današnjeg Irana) i koriste se u gotovo nepromijenjenom obliku već 7000 godina. U drevnoj Kini su, oko 2280. godine prije Krista, za vladanja cara Velikog Yua, na rijeci Huangho izgrađene brane i nasipi za obranu od poplava, a cijeli sustav služio je i za navodnjavanje. Zbog svega toga normalno je da je voda postala i predmetom znanstvenih istraživanja. Europski znanstvenici su tek krajem sedamnaestog stoljeća otkrili podrijetlo vode i kruženje vode u prirodi (hidrološki ciklus). Prema mišljenjima iz toga doba prirodni kružni tok vode sastoji se od tri komponente: 1. mora i u vrlo maloj mjeri vegetacije (zbog evaporacije i evapotranspiracije), 2. oblaka (zbog transfera, kondenzacije i oborina) i 3. kopnenih površinskih i podzemnih voda koje, s iznimkom fosilnih voda, zatvaraju ciklus ulijevajući se u more.

Prva znanstvena hidrološka knjiga u zapadnjačkoj civilizaciji bila je „De l’origine des fontaines“ (Nastanak izvora); napisao ju je Pierre Perrault, a izdao Pierre Le Petit 1674. godine u Parizu. U knjizi je prikazana bilanca vode za gornji tok rijeke Seine. Engleski znanstvenik Edmond Hally je 1687. godine proračunao evaporaciju Sredozemnog mora i usporedio dobivene rezultate s veličinom dototka vode rijekama. Francuski matematičar de la Hire je izgradio tri lizimetra, tj. uredaja za mjerenje evapotranspiracije biljaka. No, izvan Europe o vodi se mnogo prije razmišljalo na znanstveni način. Tako postoje kineski zapisi o kružnom kretanju vode u prirodi koji su nastali oko 500 godina prije nove ere. U Indiji je Kautillya, ministar u dinastiji Maurya, koja je vladala od 321. do 185. godine prije Krista, mjerio količinu kiše vjedrom smještenim ispred seoskoga skladišta.

Korejanci su započeli sa sustavnim mjerenjem oborinajoš 1441. godine, a ono neprekidno traje do danas! Zanimljivje i podatak da je u Kini još 1574. godine organizirana dojavna služba čija je zadaća bila obavještavanje stanovništva o opasnosti od poplava Žute rijeke, a obavljali su je konjanici koji su mogli jahati brže od kretanja vodnoga vala. Zbog svoje važnosti, voda i njezino korištenje postali su i predmetom zakonodavstva. Već je Hamurabi oko 1700. godine prije Krista, zakonom uredio navodnjavanje, izgradnju kanala i ostale aktivnosti vezane uz korištenje vode. Kao i na većinu drugih pravnih normi, i na zakone koji se bave vodama temeljni je utjecaj imalo rimsko pravo. Iz njega je u javne i građanske pravne sustave preneseno načelo koje kaže da je vlasnik zemljišta ujedno vlasnik i svega iznad i ispod toga zemljišta (usque ad sidera, usque ad inferos). Kao posljedica toga, ako je zemljište zajedničko, tj. opće vlasništvo, voda je javno dobro, a ako je zemljište privatno, i voda je privatna. Takvi zakoni primjenjivali su se tijekom najvećega dijela povijesti u Europi, a preko Španjolske preneseni su i u Latinsku Ameriku. U islamskim zakonima, prvenstveno zbog klimatskih uvjeta, odnosno stalne oskudice vode u zemljama gdje su se oni primjenjivali, podzemnoj vodi posvećena je znatno veća pažnja. Po tim zakonima nitko nema pravo vlasništva nad vodama i one čine opće dobro. Priznaje se međutim vlasništvo nad zdencima (hafirima), koje daje vlasniku ekskluzivno pravo ili mu osigurava prioritet korištenja. Također su vrlo detaljno propisana prava i redoslijed uzimanja vode od strane drugih korisnika. Osim toga, zbog zaštite vodonosnika od prevelike eksploatacije, primjenjuje se i „pravilo harema“ (nedodirljivog područja) prema kojemu vlasnik zdenca ima nepovredivo pravo kontrole određene zone oko zdenca u kojoj je zabranjeno kopanje novih zdenaca. Promjena odnosa prema vodi u Europi datira iz vremena Napoleona, kada se u zakone uvodi pravo korištenja i uživanja, te pojam zloporabe (utendi, fruendi et abutendi).

Već je iz ovoga letimičnog pregleda jasno da nije moguće napisati knjigu koja bi obuhvatila sva iznesena, ali vjerojatno i brojna nespomenuta, značenja VODE. Stoga je prvenstveni cilj ove knjige da opiše i prikaže vodu kao prirodni fenomen i dio planeta Zemlje poznat pod nazivom HIDROSFERA, te vodu kao nezaobilazni sastavni dio svakidašnjega života i nužan uvjet za opstanak čovječanstva.
Knjiga je, naravno, nastala na temelju brojnih knjiga i tekstova koje sam pročitao tijekom studija geologije i gotovo 35 godina rada kao sveučilišni nastavnik iz hidrogeologije i zaštite podzemnih voda. Služio sam se i brojnim informacijama i aktualnim podacima koji se mogu naći na Internetu. No u knjigu su ugrađena i osobna iskustva i dojmovi koje sam stekao za mnogih putovanja i terenskog rada. Naime, imao sam sreću biti na Bajkalskom jezeru u Sibiru, okupati se u Mrtvom moru u Izraelu, vidjeti spajanje Bijelog i Plavog Nila kod Kartuma i posjetiti tri od šest katarakta (brzaka) „divljeg“ Nila u sjevernom Sudanu, ali i šetati potpuno uređenim i urbaniziranim obalama Seine u Parizu, Temze u Londonu i Rajne u Kolnu. Doživio sam tropske pljuskove u brdima Malezije, ali i osjetio koliko voda znači za život u pustinjama Sudana, Egipta, Sirije, Katara i Ujedinjenih Arapskih Emirata. Fascinirala me je briga o vodi i sustav gospodarenja vodom u Izraelu. Voda mi je pružila i velika osobna zadovoljstva. Nikada neću zaboraviti rafting i užitak potpunog uranjanja u zapjenjenu Dobru, kao ni brojna svitanja, sutone, ali i bure, juga i nevere koje sam doživio tijekom više od četrdeset godina jedrenja Jadranom.

Dakle, građe nije nedostajalo i stoga sam gotovo bez razmišljanja pristao na prijedlog izdavača da se prihvatim pisanja knjige o vodi. Pri tome sam se odmah susreo s dva ograničenja: raspoloživo vrijeme za pisanje knjige bilo je svega nekoliko mjeseci, a sve što se željelo napisati trebalo je sažeti na nekih 150 stranica. Pri tome je trebalo sadržaj iznijeti što jednostavnije kako bi bio pristupačan širokom krugu čitatelja, nastojati knjigu napisati što zanimljivije, ali iznesene podatke, činjenice, teze i teorije prikazati točno i primjereno suvremenim znanstvenim dostignućima. Zbog toga će za razumijevanje nekih dijelova knjige biti nužno elementarno znanje iz kemije, fizke i zemljopisa, pa se za to čitateljima unaprijed ispričavam. Uz to knjiga ima sigurno i drugih manjkavosti, no ako bude barem nekoga potaknula na razmišljanje o vodi i možda promijenila odnos prema vodi, koji je danas često zaprepašćujuće nepromišljen, smatrat ću da sam uspio.

Sadržaj

Uvod

I. VODA U PRIRODI

1. ŠTO JE VODA
2. PODRIJETLO VODE
3. KOLIČINA VODE NAZEMLJI, HIDROLOŠKI CIKLUS I KVALITETA VODE
4. POJAVNI OBLICI VODE NA ZEMLJII
4.1. Mora
4.2. Oborine
4.3. Površine pod vječitim ledom i snijegom
4.4. Rijeke
4.5. Jezera
4.6. Podzemne vode
4.6.1. Voda u kršu
4.6.2. Voda na otocima
4.6.3. Voda u pustinji

II. KORIŠTENJE VODE, POTROŠNJA VODE I UGROŽENOST RASPOLOŽIVIH ZALIHA

5. POTREBE ZA VODOM
5.1. Vodoopskrba
5.1.1. Vodozahvati
5.2. Navodnjavanje
5.3. Voda kao energent
5.4. Voda kao lijek
5.5. Religijsko korištenje vode
6. RASPOLOŽIVE ZALIHE I POTROŠNJA VODE
7. UGROŽENOST ZALIHA VODE
7.1. Onečišćenje voda
8. POSLJEDICE POVEĆANJA POTROŠNJE

III ONEČIŠĆENJA VODE

Literatura

2. Podrijetlo vode

Prvi dan vladala je tama tama i tišina. Bog je stvorio nebo i zemlju.

Njegov se duh kretaše nad tamom i preko voda i Bog reče: Neka bude svjetlo… Drugi dan Bog je stvorio nebeski svod. U njega je smjestio oblake da zadržavaju vlagu. I taj svod Bog prozva nebom.

Treći dan Bog je skupio sve vode pod nebom. Nazvao ih je morima, a suhu zemlju kopnom… Peti dan Bog pogleda na kopno i na mora, te reče: “Neka u vodi nastane život“.

(Knjiga postanka, 1:1-2,9-10)

Tako je podrijetlo vode objašnjeno u Bibliji. No znanstveni pokušaj tumačenja podrijetla vode neminovno nas dovodi do teorija o nastanku svemira. lako ima velikih razlika u objašnjenjima o postanku svemira, većina modernih kozmoloških teorija slaže se u tome da je sve počelo prije nekih 10 do 18 milijardi godina tzv. “velikim praskom”. Naime, tada je nešto goleme gustoće, sastavljeno od najsitnijih elementarnih čestica i komprimiranoga neutronskog plina, eksplodiralo. U času je nastala silno visoka temperatura i došlo je do širenja materije i energije čestica i fotona. Već u prvom trenutku, u neshvatljivo kratkom vremenu od samo 10-43 sekunde svemir se “ohladio” na temperaturu od 1032 K°. Kad je temperatura pala na 104 K°, došlo je do odvajanja zračenja i materije. Gustoća materije postala je zbog hlađenja veća od gustoće zračenja, pa čestice preuzimaju glavnu ulogu u daljnjem razvitku ekspandirajućega svemira. Kako se razorni utjecaj zračenja postupno smanjivao, stvorili su se uvjeti za trajnije spajanje čestica, koje su se u tzv. ranom svemiru sastojale najvećim dijelom od jezgara vodika 1H (protona) i jezgara 4He (helija), u veće čestice pa svemir ulazi u fazu nastajanja zvijezda. Svemir se nastavio širiti i hladiti, no mjestimično je, navodno slučajno, došlo do zgušnjavanja tvari i početka nastajanja svemirskih tijela. U tim dijelovima svemira pojačalo se djelovanje privlačne sile gravitacije, što je pospješilo proces zgušnjavanja materije, a to je još više pojačalo gravitaciju. Cijeli proces zbivao se simultano, pa je na nekim mjestima gustoća svemira narasla na približno 105 kgrrr3 i nastala je zvijezda. Pri tome je gravitacijska energija prešla u toplinsku pa je temperatura zvijezde narasla na 106do 108 K°. Pri tim temperaturama kinetička energija protona (jezgara vodika) postala je veća od sile međusobnog odbijanja pa je došlo do procesa nuklearne fuzije. Najprije su nastale jezgre teškog vodika-deuterija 2H, a njihovom fuzijom jezgre helija. Kako se pri nuklearnoj fuziji razvija visoka temperatura, cijeli proces se ubrzava i dolazi do neke vrste lančane reakcije. Nakon što se sav vodik u središnjem dijelu zvijezde pretvorio u helij, u tom dijelu zvijezde više nema novog oslobađanja energije, ali se nastavljalo gravitacijsko stezanje nastalog helija i konačno je došlo do tzv. gravitacijskoga kolapsa poradi kojega je gustoća narasla na oko 108 kgm-3, a temperatura se podigla na više od 108 K°. U tim uvjetima došlo je do “izgaranja” helija, odnosno spajanja jezgara helija i stvaranja jezgara ugljika, berilija i kisika. Time su stvoreni preduvjeti za nastanak vode.

Još se uvijek ne može sa sigurnošću utvrditi je li se sve odigralo baš na opisani način ili su u igri bile neke druge sile i procesi, ali činjenica jest da je spektralnim analizama i metodama radioastronomije nepobitno dokazano da u svemiru, odnosno međugalaktičkim prostorima, uz ione vodika i hidroksilne skupine, molekula ugljiksumpornih, cijanidnih, cijanamidnih i rodanidnih spojeva, te dušikov monoksid, dikarbon, acetilen, metilformijat, metilmerkaptan i druge spojeve, postoje i molekule vode. Štoviše, utvrđeno je da su molekule vode treće po zastupljenosti u svemiru i da ih ima najviše nakon molekula H2 i CO.

O podrijetlu vode na Zemlji postoje sigurniji podaci. Opće je poznato da je Zemlja jedan od devet planeta našega Sunčeva sustava koji je nastao prije oko 6 milijardi godina gravitacijskim privlačenjem, kondenzacijom i agregacijom atoma, molekula, kozmičke prašine i krhotina međuzvjezdane tvari. Tamo gdje se nakupio najveći dio te mase nastalo je Sunce, dok je ostatak čestica formirao rotirajući disk. U Suncu se nastavilo gravitacijsko stezanje, rasla je temperatura i kad je prešla vrijednost od 107 K°, započeo je proces nuklearne fuzije. Time je Sunce postalo isijavajuća zvijezda. U rotirajućem disku ukupna masa čestica bila je premalena da bi došlo do znatnijeg djelovanja gravitacijskih sila, stezanja i nuklearnih reakcija, već se nastavilo njegovo hlađenje. Kad je u dijelu diska, koji je bio udaljen od Sunca od 0,7 do 1,0 astronomskih jedinica (a.j. udaljenost Zemlje od Sunca = 1,49599 x 108 km), temperatura iznosila oko 1500 K°, došlo je do tzv. akracije “odzračivanja” velikog dijela plinovite faze prema periferiji diska. Daljnjim hlađenjem nastupilo je odvajanje ili tzv. disipacija kondenzacija, pa skrutnjavanje i nastajanje protoplaneta, koje se nastavilo formiranjem stjenovitih planeta terestičke skupine i planeta Jupiterove grupe koji se pretežito sastoje od hlapivih spojeva i sleđenih tvari. Što se tiče Zemlje, taj proces se zbio prije približno 4,6 milijardi godina, a do zadržavanja vode procesom kondenzacije, odnosno do smanjivanja njezine migracije u okolni prostor, došlo je kad je temperatura pala na manju od 470 K°.

U sljedećem koraku formiranja Zemlje važnu ulogu odigrali su procesi kemijskoga frakcioniranja (diferenciranja), do kojih je došlo otplinjavanjem plinova izvan sfere rane Zemlje, i redoks-procesima zbog razlike redoks-potencijala pojedinih elemenata u odnosu na željezo. Zbog još uvijek visokih temperatura, otplinile su se i teže molekule, pa je prvotna atmosfera Zemlje sadržavala uz H2, N2, H20 i plemenite plinove i molekule CO, C02, NH3, CH4 i H2S. Lakši plinovi su postupno napuštali atmosferu, a u Zemljinu korpusu ostali su elementi s izraženom tendencijom stvaranja spojeva s kisikom koji imaju visoko vrelište. Tijekom procesa hlađenja i skrućivanja ZemIje lakši oksidi i sulfidi nakupljali su se u vanjskim slojevima Zemlje, a teži bliže njezinu središtu. Tako je tijekom prve milijarde godina stvoren planet zonarne građe na kojemu se jasno razlikuju jezgra, omotač i kora.

Sl. 10. Razvitak Zemlje od homogenog tijela u ranom stadiju (a), preko stadija diferencijacije (b) do današnje zonarne građe (c) (prema Press&Siever, 2002.)

Izostavljeno iz prikaza

Jezgra se dijeli u dva bitno različita dijela. Unutrašnji, čvrsti dio sastavIjen je pretežno od željeza s nešto nikla gustoće oko 16 do 14 g/cm3 i proteže se od središta Zemlje na dubini od 6370 km pa do dubine od oko 5100 km. Slijedi vanjski, tekući dio sastavljen od taljevine željeza i nikla, te vjerojatno nešto kisika i sumpora, koji se nalazi na dubini između 5100 i 2900 km, a gustoća mu se mijenja od 14 g/cm3 u donjem dijelu do 9,7 g/cm3 na gornjem kraju.

Omotač slijedi iznad gornjega dijela jezgre, a sastoji se od tri različite zone. Donji dio ili mezosfera proteže se od približne dubine od 2900 km do negdje 900 km ispod površine Zemlje. Sastoji se pretežno od krute stijenske mase koju čine minerali sastavljeni od oksida i silikata magnezija i željeza, a gustoća mu se kreće od 5,7 do oko 4,5 g/cm3. Slijedi srednji dio ili astenosfera koji zauzima dubinu između 900 km i 400 km ispod Zemljine površine. Sastoji se od peridotitske magme, dakle u žitkom je stanju, a gustoća mu je od oko 4,0 do 3,3 g/cm3. Sasvim gornji dio omotača zauzima prostor od 400 km do približno 40 km dubine. Sastoji se od čvrstih, jako bazičnih stijena u čijem sastavu prevladavaju minerali sastavljeni od silikata željeza i magnezija gustoće 3,3 do 2,9 g/cm3.

Kora zajedno s gornjim dijelom omotača čini čvrstu stjenovitu cjelinu litosferu. Kora je na području kontinenata debela četrdesetak kilometara, a ispod oceana samo 10 do 12 kilometara. Kontinentalna kora sastoji se od tzv. kiselih alumosilikatnih stijena, tj. različitih tipova granita gustoće oko 2,7 g/cm3. Oceanska kora čini čvrstu podlogu oceana, a sastoji se pretežno od tzv. bazičnih magnezijskosilikatnih stijena, tj. različitih tipova bazalta gustoće oko 2,8 g/cm3. U prvoj fazi nastanka litosfera je bila tanka i nestabilna i vrlo često je pucala. Kroz pukotine su na površinu izbijali lako hlapivi spojevi iz unutrašnjosti Zemlje plinovi i vodena para i izlijevala se lava. Zbog gravitacije, plinovite tvari zadržavale su se oko Zemlje i tako je nastala atmosfera.

Pod pojmom atmosfere obično se podrazumijeva sloj zraka, odnosno plinski omotač koji okružuje Zemlju. U prvoj fazi, tj. u prvih tri milijarde godina od nastanka Zemlje atmosfera je bila sastavljena pretežno od H2, vodene pare i CO s nešto CO2, N2 i H2S. I ona se dijeli po visini u nekoliko slojeva koji se međusobno razlikuju po sastavu i temperaturama, a odvojeni su međuslojevima ili tzv. pauzama. Najniži sloj atmosfere je troposfera. Zauzima prostor do 8 km visine iznad Zemljinih polova i 18 km visine iznad ekvatora. Troposfera je najgušći dio atmosfere i čini gotovo 80% njezine mase. Danas troposfera ima složeniji kemijski sastav i ono što nazivamo zrakom sadrži, uz dušik i kisik, još pedesetak različitih kemijskih elemenata ili spojeva. Udio najvažnijih sastojaka troposfere prikazan je u tablici 1.

Sl. 11. Litosfera, hidrosfera i atmosfera čine cjelinu

Izostavljeno iz prikaza

U troposferi temperatura opada s visinom na samo 220 K°. Iznad troposfere slijedi stratosfera koja je od troposfere odijeljena tzv. tropopauzom. Stratosfera doseže visinu od oko 50 do 55 km iznad površine Zemlje. Temperatura stratosfere je oko 270 K°. Nakon tzv. stratopauze dolazi mezosfera koja zauzima sljedećih tridesetak kilometara atmosfere. U njoj je temperatura znatno niža i spušta se do 180 K°. Na visini od 80 do 85 km nalazi se mezopauza, a iznad nje termosfera. U tom dijelu atmosfere temperatura postupno raste s visinom i na njezinu vanjskom rubu doseže i 2000 K°.

Gotovo sva voda nalazi se u troposferi, no nejednoliko je raspoređena. Tako u dijelu troposfere iznad ekvatora sadržaj vodene pare u zraku doseže i 3%, dok iznad Antarfika ne prelazi 2×10″5 %. U stratosferi vode ima manje od 2×10‘6 %, a njezina koncentracija opada s visinom.

Vjerojatno se i u ranom stadiju formiranja Zemlje najveći dio vodene pare zadržavao u nižim dijelovima ondašnje atmosfere. Daljnjim hlađenjem cijeloga Zemljinog sustava došlo je do kondenzacije vodene pare u Zemljinoj atmosferi i pale su prve kiše. Kako je površina litosfere bila još uvijek vruća, kiša koja je pala na tlo odmah je isparila, ali je dodatno ohladila Zemlju. S vremenom je isparavanje vode sa Zemljine površine postajalo sve manje i sporije, voda se počela zadržavati na površini, odnosno teći prema nižim predjelima, pa su nastali prvi potoci i rijeke. One su tekle prema najnižim dijelovima litosfere. Tu se voda nakupljala i nastala su mora, odnosno formirana je hidrosfera. Proces formiranja hidrosfere zbio se vrlo rano. Sigurno je utvrđeno da na Zemlji postoje sedimentne stijene koje su nastale taloženjem u vodi još prije više od četiri milijarde godina. No, i o postanku hidrosfere danas ima različitih mišljena. Naime, dio znanstvenika uvjeren je da se sve odigralo na upravo opisani način. Drugi pak smatraju da procesima kondenzacije i hidratacije nije moglo nastati toliko vode koliko danas postoji na Zemlji, pa nastanak dijela hidrosfere pripisuju brojnim ledenim kometima koji su dolazili iz udaljenijih dijelova međuplanetarnog prostora i bombardirali Zemlju u ranoj fazi njezina nastanka. Bilo kako bilo, hidrosfera postoji i čini dio našeg planeta bez kojega ne bi bilo života, pa ćemo se njome baviti u nastavku ove knjige.