Jacek Musiał, Karol Musiał, Michał Musiał
Hipoteza Harsprånget cz. II
Czy zapory wodne i hydroelektrownie zmieniają klimat?
W drugiej części artykułu kontynuujemy temat dramatycznego wpływu sztucznych zbiorników wodnych na klimat i globalne ocieplenie. Wpływ ten jest nieporównanie większy aniżeli wpływ antropogenicznego dwutlenku węgla. Niestety niezwykle trudno nam bronić CO2, gdyż społeczeństwo zostało zindoktrynowana teorią CO2-centryczną globalnego ocieplenia.
Zbiorniki wodne a parowanie
Można przypuszczać, że tworzenie sztucznych zbiorników i nawadnianie odpowiada za antropogeniczne odparowanie rzędu 5 tys. km3 wody rocznie. We wcześniejszych artykułach o spalaniu gazu ziemnego i chłodniach kominowych, z sierpnia i grudnia 2019 oraz ze stycznia 2020 roku, obliczyliśmy, że mogą one dostarczać nawet 1e11 (1011 ) ton pary wodnej rocznie, co odpowiada 100 km3 wody. Spróbowaliśmy oszacować wpływ tej uwolnionej pary wodnej na klimat, i okazał się on druzgocący w porównaniu z dwutlenkiem węgla.
W przedstawionej tym razem „Hipotezie HARSPRÅNGET” z antropogenicznym parowaniem wszystkich sztucznych zbiorników wodnych na poziomie 5000 km3 wody rocznie, czyli 5000% większym od przemysłowego i bytowego, już nie zamieszczamy diagramów porównujących wpływ CO2 i antropogenicznej pary wodnej na globalne ocieplenie, gdyż dwutlenek węgla pozostawiłby tylko niewidoczny punkt na wykresie.
Badania naukowe zmian klimatu związanych z budową zbiorników wodnych
Przez blisko 100 lat od budowy pierwszej hydroelektrowni albo wcale nie było badań, albo były szczątkowe. Jeśli prowadzono obserwacje, to najczęściej dopiero po fakcie. Dostępne dane cechuje brak pełnego opracowania miejscowego klimatu sprzed inwestycji. Jeśli wcześniej zostały zbadane temperatura, opady i ewentualnie siła wiatru, to najczęściej są to dane z krótkiego okresu, niewiele mówiące o klimacie (wymagane minimum 30 lat obserwacji). Prawie zawsze brakuje danych o wilgotności względnej i bezwzględnej sprzed inwestycji, jak i długotrwałych danych o nasłonecznieniu. Brakuje danych o temperaturze wody w rzece za przyszłą zaporą przed i po jej instalacji. Zaledwie od kilkunastu lat badane i szacowane są skutki parowania zbiorników.
Sztuczne zbiorniki wodne a opady deszczu
Dopiero w ostatniej dekadzie naukowcy zajęli się problematyką zmian klimatu i opadami powiązanymi z budową rezerwuarów wodnych (Degu A.M., Hossain F., Niyogi D. et al., The influence of large dams on surrounding climate and precipitation patterns, Advance Earth and Space Science, Geographical Research Letters, Hydrology and Land Surface Studies, 2011 oraz: Pizarro R., Valdes-Pineda R., Garcia-Chevesich P., et al., Latitudinal Analysis of Rainfall Intensity and Mean Annual Precipitation in Chile, „Chilean Journal of Agricultural Research”, 2012). Prawdopodobnie zostali zmotywowani obserwacją, że wielkości opadów wynikające z wcześniejszych obserwacji, a przyjmowane do projektowania zapór, po ich zbudowaniu okazały się znacząco wyższe, stając się przyczyną zagrożenia oraz prawdopodobną przyczyną kilku katastrof. Za najbardziej prawdopodobną przyjęto początkowo sam fakt parowania przez sztuczne zbiorniki. Okazało się jednak, że przyrost intensywności tych opadów potrafi przekraczać spodziewane wartości wynikające z parowania zbiornika. Obszar oddziaływania dużego zbiornika sięga ponad 100 km od niego, czyli najczęściej na jego własną zlewnię.
Prawdopodobnie lustro wody nowego zbiornika oddziałuje w pewien sposób na cyrkulację powietrza i wody, ściągając – podkradając – wodę z chmur; można przedstawić kilka hipotez mechanizmu tego zjawiska, co wykracza poza ten artykuł.
Bryza nad sztucznymi zbiornikami
Nad rozległymi sztucznymi zbiornikami wodnymi występuje znane znad morza zjawisko bryzy. Ma ona znaczący wpływ na parowanie wody i transport pary wodnej. W naturalny sposób wilgotność powietrza jest największa nisko nad poziomem morza i wynika to nie tylko z sąsiedztwa akwenu. Wilgotność naturalna gwałtownie spada wraz z wysokością. Człowiek emituje parę wodną ze spalania gazu ziemnego, z chłodni kominowych (w tym także elektrowni atomowych), a przede wszystkim ze sztucznych zbiorników wodnych. Działalność człowieka przyczyniła się do tworzenia zbiorników wodnych nawet setki metrów n.p.m.; inne antropogeniczne źródła pary wodnej też nierzadko zlokalizowane są wysoko. Panująca tam naturalna niska wilgotność umożliwia przyjmowanie znacznych ilości pary wodnej przez suchą atmosferę. Sprzyja temu cyrkulacja powietrza, naturalnie tam występująca bądź wywołana obecnością sztucznego zbiornika wodnego.
Parowanie wody znad dużych zbiorników jest zwykle łatwiejsze aniżeli z terenów zurbanizowanych, gdyż nad samą powierzchnią otwartych akwenów wiatr może osiągać większe prędkości, „zdmuchując” cząsteczki wody posiadające nieco większą energię kinetyczną i pokonujące napięcie powierzchniowe tuż nad samą powierzchnią wody i zmniejszając ciśnienie parcjalne pary wodnej w najbliższym sąsiedztwie powierzchni parującej. Podobnie jak jedno dmuchnięcie nad łyżeczką z herbatą powoduje szybkie jej ostudzenie. Nad niektórymi zbiornikami wodnymi, np. nad Zaporą Trzech Przełomów, obserwowane jest obniżenie temperatury przypowierzchniowej. Przyczyna jest bardziej złożona niż prosta wymiana ciepła pomiędzy powierzchnią wody a atmosferą. Mechanizm nieco przypomina działanie klimatyzatora ewaporacyjnego. Spadek temperatury nad powierzchnią akwenu nie jest chłodzeniem klimatu, gdyż zdmuchnięta przez wiatr para wodna transportowana jest dalej i gdzieś tam oddaje swoje ciepło podczas skraplania. W odróżnieniu od gładkiej powierzchni lustra wody zbiorników, na terenach z obecnością wielopiętrowych budynków lub wyższych drzew niski wiatr nie może się wystarczająco rozpędzić i ciepło zostaje na miejscu (jeden z czynników miejskiej wyspy ciepła).
Ślad wodny
Woda dostarczana roślinom (pomijając straty) podlega wchłanianiu przez glebę i roślinę, część zaś od razu rozpraszana jest w atmosferze. Gleba i roślina oddają dużą część otrzymanej wody w postaci parowania fizycznego (ewaporacja) i czynnego parowania przez naziemne części roślin (transpiracja), które jest procesem fizjologicznym roślin (za Kulig B., Uniwersytet Rolniczy, Kraków, http://matrix.ur.krakow.pl/~bkulig/eto.pdf.). Łącznie obydwa zjawiska określa się mianem ewapotranspiracji i jej wielkość wyrażona w wysokości słupa wody waha się od 300 do 2000 mm w okresie wegetacji. Przez potrzeby wodne roślin rozumiemy ilość litrów wody potrzebnej do wyprodukowania 1 kg suchej masy rośliny. Nazywane to jest współczynnikiem transpiracji. Zależy od nasłonecznienia, temperatury, wilgotności powietrza, siły wiatru, składu gleby i oczywiście rodzaju rośliny. Potrzeby wodne wielu roślin zawierają się w przedziale 150–800 l/kg suchej masy. Dla wyprodukowania jednostki masy konkretnego produktu spożywczego, np. ziarna kukurydzy, pszenicy czy bulw ziemniaka itp., a nie rośliny w całości, używa się wskaźnika wody wirtualnej – w m3 zużytej do wyprodukowania jednostki masy produktu w tonach.
Przykładowo do wyprodukowania tony ryżu łuskanego trzeba zużyć 2975 m3 wody – jest to 2 razy tyle, co dla wyprodukowania tej samej ilości pszenicy lub 3 razy tyle, co dla wyprodukowania tejże ilości kukurydzy. Dla wyprodukowania kilograma wieprzowiny trzeba zużyć ponad dwa razy tyle wody, co dla wyprodukowania kilograma ryżu.
(Wirtualna woda, tabela: Zawartość wirtualnej wody w wybranych produktach, Wikipedia 2020 oraz Burszta-Adamiak E., Racjonalizacja wykorzystania zasobów wodnych na terenach zurbanizowanych – Poradnik dla gmin. Możliwości zastosowania wskaźnika śladu wodnego w praktyce, Kraków 2019). W okolicznościach, gdy teoria CO2-centryczna staje się coraz mniej wiarygodna, a wprowadzenie spekulacyjnego podatku pod nazwą świadectw emisyjnych CO2 pod pretekstem globalnego ocieplenia nabiera coraz bardziej cechy perfidnego oszustwa, może warto rozważyć innego rodzaju podatek ekologiczny – od śladu wodnego. Na przykład od zbóż (w tym ryżu) importowanych z krajów, gdzie do irygacji pól wykorzystuje się sztuczne rezerwuary powodujące globalne ocieplenie, jak również śladu wodnego powstającego w procesach produkcji wyrobów energochłonnych powstających z wykorzystaniem energii z hydroelektrowni powiązanych z antropogenicznymi zbiornikami wodnymi.
Zasolenie i jałowienie gleb nawadnianych
Intensywne nawadnianie pól w cieplejszym klimacie wiąże się z intensywniejszym parowaniem gleb i transpiracji roślin uprawnych. Pomimo, że nawadniania prowadzi się wodami słodkimi, śladowa zawartość w nich rozpuszczonych soli prowadzi do jej wytrącania, a następnie kumulacji, tym większej, im mniej opadów atmosferycznych mogących ją wymywać z pól.
Nadmierne nawadnianie prowadzi do szybszej kumulacji soli. Gleby zasolone stają się mniej przydatne do upraw i ostatecznie są porzucane przez rolników.
To nie globalne ocieplenie jest przyczyną porzucania pól, lecz wieloletnie intensywne, a może zbyt intensywne ich nawadnianie z antropogenicznych zbiorników wodnych. Sztuczne zapory w ciepłej strefie klimatycznej przyniosły rolnikom obfitość wody, obfitość plonów… lecz na krótko.
Biedni stają się jeszcze biedniejsi
Budowa dużych sztucznych zbiorników wodnych zawsze odbywa się pod hasłem poprawy warunków życia społeczeństwa i w biedniejszych krajach – na kredyt. Inwestycje już na etapie budowy średnio przekroczyły planowane wcześniej koszty o 56%, a nierzadko o ponad 100% (dane World Commision on Dams), przez co państwa stały się zakładnikami banków udzielających kredyty. Po ukończeniu inwestycji koszty eksploatacji okazały się wielokrotnie wyższe od przewidywanych. Państwa biedne, które zainwestowały w duże hydroelektrownie, pozostały biednymi. Oczekiwane zyski nie zostały przeznaczone dla rozwoju społecznego i ekonomicznego.
Sztuczne zbiorniki wodne a poważne choroby infekcyjne
Wody stagnujące, jako skrajny rodzaj sztucznych zbiorników wodnych, to wody o małej ruchliwości lub wymianie, o zmniejszonej zawartości tlenu, o szczególnym, zwykle ubogim życiu biologicznym, ale mogą być źródłem niebezpiecznych dla życia patogenów bakteryjnych i pasożytniczych.
Sztuczne zbiorniki wodne są doskonałym siedliskiem dla komarów i innych muchówek. Największym chyba problemem strefy subtropikalnej jest malaria.
Jest to choroba pasożytnicza m.in. człowieka, roznoszona przez komary. Warunkiem rozwoju gatunków roznoszących malarię jest obecność stojącej wody, podniesiona wilgotność powietrza i odpowiednia temperatura, które to warunki doskonale zapewniają sztuczne zbiorniki, szczególnie w klimacie cieplejszym. Inne choroby roznoszone przez komary w ciepłym klimacie to żółta febra, denga, tularemia, filarioza, zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych. Znaną muchówką roznoszącą chorobę pasożytniczą o nazwie śpiączka afrykańska jest także mucha tse-tse (malarię też zresztą może roznosić).
Schistosomatoza, poważna choroba powodowana przez przywry i ściśle związana ze środowiskiem wodnym, dotyka już ponad 200 milionów ludzi na świecie, przy czym np. w Ghanie w pobliżu zbiornika Wolta (8500 km2) choruje 90% ludności.
Znane Polakom kleszcze, roznoszące m.in. boreliozę, też preferują tereny o zwiększonej wilgotności i prawdopodobnie antropogeniczne emisje pary wodnej są przyczyną obserwowanego wzrostu populacji tego pajęczaka.
W niektórych krajach stosuje się otwarte opryski insektycydami lub dodawanie ich do zbiorników wodnych, za wiadomą cenę szkód środowiskowych.
Choroby zakaźne, nieznane dotąd w Europie, wchodzą do niej właśnie wielkimi krokami. Przyczyną nie są imigranci. Nie jest to też skutkiem prostego wzrostu średniej temperatury kontynentu o ułamek stopnia Celsjusza, lecz przede wszystkim powstaniem niezliczonych sztucznych zbiorników wodnych, zwiększonej wilgotności spowodowanej spalaniem gazu ziemnego, emisjami chłodni kominowych elektrowni atomowych i parowaniem powierzchni sztucznych zbiorników oraz kilkustopniowym lokalnym wzrostem średniej temperatury w licznych miejskich wyspach ciepła. Jesteśmy świadkami, jak w ten oto sposób powstają wspaniałe warunki dla rozwoju muchówek – wektora przenoszenia tych infekcji.
Eksmisje ludności spowodowane budową zapór wodnych
Według danych International Rivers, budowa sztucznych zbiorników wodnych spowodowała przemieszczenie przynajmniej 40–80 milionów ludzi. Sztuczne zbiorniki wpłynęły negatywnie na warunki życia – najskromniej licząc – pół miliarda ludzi zamieszkujących tereny poniżej zapór, poprzez jałowienie gleb i postępujące zasolenie gleb wskutek nawadniania. Stały się drugą przyczyną masowych emigracji (poza wojnami).
Zbrodnie związane z budową zapór wodnych
Budowa sztucznych zbiorników często wiązała się z pogwałceniem praw człowieka. Podczas największej masakry przy budowie zapory w Gwatemali zginęło przynajmniej 440 rdzennych mieszkańców. Lista osób, których śmierć została powiązana z działalnością na rzecz ochrony środowiska, jest bardzo długa. Global Witness podaje, że przykładowo w 2015 roku znanych jest 185 przypadków, choć liczba ta obejmuje tych, co oddali swoje życie w obronie naturalnych rzek (ponad 100) i innych środowisk naturalnych lub sprzeciwili się deweloperom. Są kraje, skąd informacje o zbrodniach nawet nie miały szans się przedostać do organizacji praw człowieka lub udało się upozorować samobójstwa lub śmierć z innych przyczyn.
Wpływ zapór na bioróżnorodność i masowe wymieranie gatunków
77% rzek w Ameryce Północnej, Europie i na obszarze byłego ZSRR jest dotkniętych skutkami postawionych zapór wodnych. Organizmy zamieszkujące rzeki ewoluowały do środowiska każdej z nich przez miliony lat.
Nagle, z dnia na dzień człowiek przegrodził możliwość naturalnych migracji w ich obszarze. Zmienił temperaturę wody, jej skład chemiczny i natlenowanie. Odgrodzone zostały miejsca tarła i miejsca żerowania wielu gatunków. Spowodowało to ginięcie licznych gatunków organizmów na masową skalę.
Zapory zmniejszyły populacje organizmów o ¾. Za to mikroklimat w otoczeniu zapór wodnych, wynikający ze zwiększenia wilgotności powietrza, zmniejszenia wahań temperatury i średniego, zwykle (bo niekoniecznie, co ma związek z lokalizacją zbiornika i zjawiskami fizyki) nieznacznego podniesienia temperatury, może prowadzić do wzrostu plonów. Sztuczne zbiorniki wodne przyczyniają się jednak do zwiększenia populacji muchówek, o czym w części dotyczącej chorób. Zwierzęta, głównie ryby, które przechodzą wraz z wodą przez turbiny hydroelektrowni, w ponad 95% giną. Do gatunków, które bezpowrotnie wyginęły z powodu antropogenicznych zapór, należy np. wiosłonos chiński. Kilkadziesiąt razy zmniejszyła się w blokowanych amerykańskich rzekach liczba łososi, a w Jeziorze Kaspijskim – jesiotra. Liczba gatunków w przekształconej ludzką ręką rzece Missisipi jest 3 razy mniejsza niż w rzece Mekong. Czy wiele pomoże, że na temat organizmów w Missisipi napisano kilkanaście tysięcy prac naukowych?
Ciąg dalszy w kolejnym „Kurierze WNET”.
W opracowaniu programu Aquastat (Kohli A., Frenken K., Evaporation from artificial lakes and reservoirs, Aquastat Reports, FAO of UN, 2015) wzięto pod uwagę 14200 większych akwenów o całkowitej objętości ok. 6700 km3, chociaż i tak nie wszystkie dane były dla autorów dostępne. W kalkulacjach użyto i wzorów, i współczynników empirycznych. Przeprowadzona analiza pozwoliła zgrubnie oszacować parowanie tych zbiorników na 346 km3 do 865 km3 rocznie. Jest to mniej niż objętość wody użytej do nawadniania pól w ilości 3,5 tys. km3, z której na polach i tak większa część wyparuje. Gdyby uwzględnić mniejsze zbiorniki i te zbudowane już po ogłoszeniu rzeczonego opracowania, które składają się na 800 tys. sztucznych zbiorników wodnych, prawdopodobne parowanie wszystkich jest przynajmniej dwukrotnie większe, czyli od 0,7 do 1,7 tys. km3. W innej pracy: Sadek M.,F., Shahin M., M., Stigter C.J., Evaporation from the reservoir of the High Aswan Dam, Egypt: A new comparison of relevant methods with limited data, Theor Appl Climatol 56, 57–66 (1997), autorzy obliczyli, że roczne parowanie ze zbiornika asuańskiego o powierzchni 5250 km2 i pojemności 157 km3, a stanowiącego zaledwie ok. 1% powierzchni i 2% objętości wszystkich sztucznych akwenów, zawiera się w zakresie pomiędzy 8,9 i 15 km3, co uwiarygadnia także nasze szacunki.
Artykuł Jacka, Karola i Michała Musiałów pt. „Hipoteza Harsprånget (II). Czy zapory wodne i hydroelektrownie zmieniają klimat?” znajduje się na s. 3 listopadowego „Śląskiego Kuriera WNET” nr 77/2020.
- Z przykrością zawiadamiamy, że z powodu ograniczeń związanych z pandemią ten numer „Kuriera WNET” można nabyć wyłącznie w wersji elektronicznej (wydanie ogólnopolskie, śląskie i wielkopolskie wspólnie) w cenie 7,9 zł pod adresem: egazety.pl, nexto.pl lub e-kiosk.pl.
- Czytelnicy gazety za granicą mogą zapłacić za nią PayPalem lub kartą kredytową na serwisie gumroad.com.
- Prenumerata 12-miesięczna wersji elektronicznej: 87,8 zł.
- Wydania archiwalne „Kuriera WNET” udostępniamy gratis na www.issuu.com/radiownet.
- Od lipca 2020 r. cena wydania papierowego „Kuriera WNET” wynosi 9 zł.
