ВВЕДЕНИЕ
Вода - самое распространенное на нашей планете вещество. Океаны, моря и реки, ледники и вода атмосферы- - вот далеко не полный список «хранилищ» воды на Земле. Даже в недрах нашей планеты есть вода, а что уж говорить об обитающих на ее поверхности живых организмах! Не существует ни одной живой клетки, в состав которой не входила бы вода. Организм человека, к примеру, состоит из воды более чем на 70 %.
Жизнь на Земле является совокупностью многочисленных сложных процессов, основное место среди которых занимает круговорот тепла, влаги и веществ. Главную роль в этом играет вода - прародительница жизни на Земле.
Но случайно ли то, что наша жизнь неотделима от воды, и каковы основания этого?
В отличие от обычных людей, которые привыкли считать воду чем-то настолько обыйденным и привычным, что не стоит долгих размышлений, а тем более удивления, ученые считают эту жидкость самой загадочной и удивительной. Например, многие свойства воды аномальны, то есть существенно отличаются от соответствующих свойств соединений аналогичного строения. Как ни странно, но именно аномальные свойства воды дали этой жидкости возможность стать самоглавной на Земле.
ВОДА В ПРИРОДЕ
В свободном состоянии на Земле содержится колоссальное количество воды - около полутора миллиардов кубических километров. Почти столько же воды находится в физически и химически связанном состоянии в составе кристаллических и осадочных пород.
Большая часть природных вод представляет собой растворы, содержание растворенных веществ в которых колеблется от 0,01 % (в пресных водах) до 3.5 % (в морской воде).
На долю пресной воды приходится только около 3 % всего запаса воды на планете (приблизительно 35 млн км3). Человек на свои нужды может непосредственно использовать только 0,006 % пресной воды - это та ее часть, которая содержится в руслах всех рек и в озерах. Остальная часть пресных вод труднодоступна - 70 % представляют собой ледниковые покровы полярных районов или горные ледники, 30 % - подземные водоносные слои.
Без преувеличения можно сказать, что наша планета пропитана водой. Именно, благодаря этому на Земле стало возможным развитие тех форм жизни, которые мы видим вокруг себя.
СВОЙСТВА ВОДЫ,
СПОСОБСТВОВАВШИЕ ПОЯВЛЕНИЮ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
Сравнивая свойства воды со свойствами соединений-аналогов, приходим к выводу, что многие характеристики воды имеют аномальные значения. Как будет сказано ниже, именно эта аномальность свойств сыграет важнейшую для зарождения и существования жизни на Земле.
Температура темпер кипения
Рассмотрим тимпературы кипения соединений ряда Н2Эл, где Эл - элемент главной подгруппы VI группы.
Соединение H 2 0 H 2 S H 2 Se Н 2 Те
t°с кип. +100 -60 -41 -2
Как видно, температура кипения воды резко отличается от температуры кипения соединений элементов-аналогов и имеет аномально высокое значение. Установлено, что подобная аномалия наблюдается для всех соединений типа Н 2 Эл, где Эл - сильно электроотрицательный неметалл (О, N и т. д.).
Если в ряду H 2 Te-H 2 Se-H 2 S температура кипения понижается равномерно, то от H 2 S к Н 2 0 она скачкообразно возрастает. То же наблюдается для ряда HI -HBr-HCl-HF и H 3 Sb-H 3 As-H 3 P-H 3 N. Предположили, а впоследствии и доказали, что между молекулами Н 2 0 существуют специфические связи, на разрыв которых и расходуется энергия нагревания. Эти же связи затрудняют отрыв молекул HF и H 3 N. Такой вид связи получил название водородной связи, смотрим его механизм.
Элементы Н и О имеют большое различие в значениях электроотрицательности (ЭО(Н) = 2,1; ЭО(О) = 3,5), поэтому химическая связь Н-О сильно ризована. Электронная плотность смещается в сторону кислорода, в резул чего атом водорода приобретает эффективный положительный заряд, а кислорода - эффективный отрицательный заряд. Водородная связь образ, в результате электростатического притяжения между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом кислорода другой молекулы:
Способность воды образовывать водородные связи имеет важное биохимическое значение.
Плотность
Для всех веществ характерно увеличение плотности при снижении температуры. Однако вода в этом случае ведет себя несколько необычно.
Минимальная температура, при которой вода может находиться, не замерзая, равна 0 "С. Было бы логично предположить, что наибольшая плотность воды также соответствует этой температуре. Однако экспериментально было доказано, что плотность жидкой воды максимальна при 4 °С.
Этот факт имеет колоссальное значение. Представим себе, что вода подчиняется закономерностям, характерным для всех других жидкостей. Тогда изменение ее плотности происходило бы, как у других жидкостей. В окружающем нас мире это привело бы к катастрофе: с приближением зимы и повсеместным похолоданием верхние слои жидкости в водоемах остывали бы и опускались на дно. Поднявшиеся на их место более теплые слои жидкости также охлаждались бы до 0 °С и опускались. Это продолжалось бы до тех пор, пока вся вода не охладилась до О °С. Далее вода, начиная с верхних слоев, начала бы замерзать. Будучи более плотным, лед опускался бы на дно, замерзание продолжалось бы до тех пор, пока вся вода природных водоемов не промерзла до дна. Понятно, что в таких условиях флора и фауна природных водоемов существовать не могла бы.
Другая аномалия плотности воды состоит в том, что плотность льда ниже, чем плотность воды, т. е. вода при замерзании не сжимается, как все другие жидкости, а наоборот - расширяется.
С точки зрения законов физики это абсурд, ведь более упорядоченное состояние молекул (лед) не может занимать больший объем, чем менее упорядоченное (жидкая вода) при условии,что количество молекул в обоих состояниях одинаково.
Как уже было сказано, в жидкой воде молекулы Н 2 0 связаны между собой водородными связями. Образование кристаллов льда сопровождается образованием новых водородных связей, в результате чего молекулы воды образуют слои. Связь между слоями также осуществляется за счет водородных связей. Полученная структура (т. н. структура льда) относится к наименее плотным - пустоты, имеющиеся между молекулами в кристалле льда, превышают по величине молекулы воды. Поэтому плотность воды имеет большее значение, чем плотность льда.
Поверхностное натяжение
Как правило, под поверхностным натяжением жидкости понимают силу, действующую на единицу длины контура поверхности раздела фаз и стремящуюся сократить эту поверхность до минимума. Величина поверхностного натяжения для воды имеет аномально высокое значение - 7,3 .10 -2 Н/м при 20 0 С (из всех жидкостей более высокое значение имеет только ртуть - 51 10 -2 Н/м).
Высокое значение поверхностного натяжения воды проявляется в том, что она стремится сократить свою поверхность до минимальной. Можно сказать, что под действием этой силы молекулы внешнего слоя воды сцепляются, образуя на поверхности некоторое подобие пленки. Она настолько прочна и упруга, что отдельные предметы имеют возможность держаться на поверхности воды, не погружаясь в нее, даже если их плотность больше плотности воды.
Наличие пленки дает возможность многим насекомым передвигаться на поверхности воды и даже садиться на нее, как на твердую поверхность.
Внутренняя сторона поверхности воды также активно используется живыми существами. Многим из нас доводилось видеть повисающих на ней личинок комаров или ползающих в поисках добычи маленьких улиток.
Высокое поверхностное натяжение обусловливает и такое необычайно важное в природе явление, как капиллярность (жидкость поднимается по очень тонким трубкам - капиллярам). Благодаря этому осуществляется питаний растений.
Для описания поведения воды в капиллярах выведены довольно сложные физические закономерности. Слои воды, расположенные вблизи твердой поверхности, структурно упорядочены. Толщина такого слоя может достигать десятков и сотен молекул. Сейчас ученые склоняются к тому, чтобы считать структурно упорядоченное состояние воды в капиллярах отдельным состоянием-капиллярным.
Капиллярная вода широко распространена в природе в виде так называемой поровой воды. Тонкой, но плотной пленкой она покрывает поверхности пор и трещин пород и минералов земной коры. Плотность этой пленки обусловлена и тем, что составляющие ее молекулы воды связаны с частицами, образующими твердое тело, межмолекулярными силами. Структурная упорядоченность поровой воды являеотся причиной того, что температура её кристализации (замерзания) заметно ниже температуры свободной воды. Кроме того, свойства горных пород, с которыми соприкасается поровая вода, существенно зависят от того, в каком агрегатном состоянии она находится.
Вода в жизни человека
Вода - на первый взгляд простейшее химическое соединение двух атомов водорода и одного атома кислорода - является, без всякого преувеличения, основой жизни на Земле. Не случайно ученые в поисках форм жизни на других планетах солнечной системы столько усилий направляют на обнаружение следов воды.
В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с водой постоянно. При этом, перефразируя песню из старого кинофильма, можно сказать, что мы «воду пьем» и «воду льем». Об этих двух аспектах использования воды человеком мы и поведем речь.
Вода «пищевая»
Вода хозяйственно-бытовая
Вода «пищевая»
Сама по себе вода не имеет питательной ценности, но она является непременной составной частью всего живого. В растениях содержится до 90% воды, в то время как тело взрослого человека состоит из нее примерно на 60 - 65%. Вникнув в детали можно отметить, что кости содержат 22% воды, мозг 75%, в то время как кровь состоит из нее на целых 92%.
Первостепенная роль воды в жизни всех живых существ, и человека в том числе, связана с тем, что она является универсальным растворителем огромного количества химических веществ. Т.е. фактически является той средой, в которой и протекают все процессы жизнедеятельности.
Вот лишь небольшой и далеко не полный перечень «обязанностей» воды в нашем организме.
Регулирует температуру тела.
Увлажняет воздух.
Обеспечивает доставку питательных веществ и кислорода ко всем клеткам тела.
Защищает и буферизирует жизненно важные органы.
Помогает преобразовывать пищу в энергию.
Помогает питательным веществам усваиваться органами.
Выводит шлаки и отходы процессов жизнедеятельности.
Определенное и постоянное содержание воды - вот необходимое условие существования живого организма. При изменении количества потребляемой воды и ее солевого состава нарушаются процессы пищеварения и усвоения пищи, кроветворения и пр. Без воды невозможна регуляция теплообмена организма с окружающей средой и поддержание температуры тела.
Человек чрезвычайно остро ощущает изменение содержания воды в своем организме и может прожить без нее всего несколько суток. При потере воды в количестве менее 2% веса тела (1-1.5л) появляется чувство жажды, при утрате 6-8% наступает полуобморочное состояние, при 10% - галлюцинации, нарушение глотания. Потеря 10-20% воды опасна для жизни. Животные погибают при потере 20-25% воды.
Избыточное же потребление воды приводит к перегрузке сердечно-сосудистой системы, вызывает изнуряющее потоотделение, сопровождающееся потерей солей, ослабляет организм.
В зависимости от интенсивности работы, внешних условий (в т.ч. климата), культурных традиций человек суммарно (вместе с пищей) употребляет от 2 до 4 л воды в сутки и столько же воды выделяется из организма (подробнее см. «Питьевой режим и баланс воды в организме» и статью «Пить или не пить - вот в чем вопрос» из журнала «Здоровье» в нашем «Дайджесте»). Среднесуточное же потребление составляет около 2 -2.5 л. Именно из этих цифр исходит Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) при разработке рекомендаций по качеству воды (См. «Параметры качества воды»).
Немаловажное значение имеет минеральный состав воды. Для постоянного питья и приготовления пищи пригодна пресная вода с общей минерализацией до 0.5 - 1 г/л. Хотя, конечно, в ограниченных количествах возможно (а иногда даже полезно, например, в лечебных целях) употребление минеральной воды с повышенным солесодержанием (о том, какая вода «подходит» к каким болезням смотрите статью «Каждой болезни своя вода» в нашем «Дайджесте»). Организм человека довольно быстро адаптируется к изменению солевого состава питьевой воды. Однако, процесс привыкания требует некоторого времени. Поэтому при резкой (а тем более частой) смене характеристик воды возможны нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта, известные в народе как «болезнь путешественников».
Вообще, вопросу о том, какие полезные вещества и в каких количествах должны содержаться в воде в средствах массовой информации уделяется очень большое внимание. Проблема эта действительно очень важная, но вокруг нее, к сожалению, слишком много спекуляций и профанации.
Даже весьма солидные издания позволяют себе несколько безответственно публиковать информацию типа: «из воды человек получает до 25% полезных минеральных веществ» и другую, мягко говоря, не вполне соответствующую действительности информацию. Классика жанра «слышал звон, да не знаю где он» - статья «Вода столичная...» госпожи Екатерины Бычковой в «АиФ-Москва» №37"99.
С нашей точкой зрения по данному вопросу можно ознакомиться в разделе «Вода и полезные минеральные вещества».
Рекомендуем также серию статей из журнала «Здоровье»: «Пить или не пить - вот в чем вопрос», «Каждой болезни своя вода», «Пять фактов о воде, которых вы не знали», а также материалы «И лечит, и калечит» и «Каменный водопад», тоже представленные в нашем «Дайджесте».
Вода хозяйственно-бытовая
Общеизвестно, что использование воды в хозяйственно-бытовых целях в России далеко от рационального (о промышленности мы тактично умолчим за неимением достоверных данных). Основных причины две:
Обилие водных ресурсов.
Их дешевизна.
В своем номере от 31 августа 1999 г., посвященном проблемам воды, журнал «Итоги» привел наглядные данные, характеризующие эти два параметра и их взаимосвязь.
Видно, что чем дешевле обходится вода в той или иной стране, тем щедрее ее льют. Не удивительно также, что в России, где до последних лет не было практики установки водомерных устройств на каждую квартиру, нет и достоверной статистики по расходу воды в быту.
Поэтому мы воспользуемся опубликованными английскими данными середины 80-х годов. Конечно, в Великобритании суточный расход воды на душу населения уже в то время составлял 140 л/сутки, а у нас он и сейчас в районе 400 л/сутки, но данные собранные дотошными англичанами настолько интересны, что нам стоит их изучить и принять к сведению. В любом случае, рыночная экономика диктует свои законы, вполне вероятно, что в скором времени вода подорожает и экономность вышеупомянутых англичан перестанет казаться нам безосновательной.
Итак. По английским данным /15/:
Главная статья расхода воды в быту - туалет. «Нежное контральто воднобачкового инструмента» является причиной 35% расхода воды на душу в сутки (50 л). Следом идет личная гигиена (принятие ванны и душа, умывание и т.п.) - 32% расхода (45 л), стирка - 12% (17 л), мытье посуды - 10% (14 л), питье и приготовление пищи - 3% (4 л), прочие расходы (домашние питомцы, поливка цветов и т.п.) - 8% (11 л).
Понятно, что эти цифры усредненные и приведенные к одному дню (например, принимает ванну и стирает человек не каждый день). Однако и они дают пищу для размышлений и сравнений с нашей реальностью.
Навряд ли мы едим много больше, чем те же англичане и, соответственно, тратим на приготовление пищи тоже где-то 4 - 4.5 л на душу в день. Да простят нас за такой вывод, но из предыдущего прямо следует, что и туалетом мы должны пользоваться не чаще (или есть другие мнения?). Учитывая, что стандарт на сливные бачки у нас единый европейский, то это дает те же 50 л.
Кстати, дотошные англичане подсчитали, что семья из двух взрослых и трех детей в среднем пользуется туалетом 25-40 раз в день. Если же есть привычка спускать в унитаз остатки пищи и пр. отходы, то число «спусков» даже в семье из 4-х человек может достигать 60-и. Здесь, кстати и следует искать истоки модного сейчас в Европе (особенно в Скандинавии) экологического почина «Даёшь кирпич в бачке унитаза!». Кроме шуток, они кладут в бачок кирпич, уменьшая таким образом объем воды в нем почти на 2 литра. Помножьте на количество спусков воды в сутки и получите «чистую» экономию. И если уж речь зашла о такой интересной сфере человеческого быта, как унитаз, то будущее вообще за вакуумными агрегатами (на подобие устанавливаемых в самолетах), которые расходуют всего 1 (один) л воды за сеанс.
Но вернемся к нашим баранам. Рискнем также предположить, что по уровню автоматизации стирки мы все же достигли уровня Англии 15-летней давности и на эти цели среднедушевой расход и у нас составляет 17 л.
Где же тогда, как говаривал наш первый президент, «собака порылась»? Почему мы расходуем в 2 раза больше воды?
Для этого посмотрим, что из статей расхода воды осталось: личная гигиена, мытье посуды и прочее. Здесь, наверное, и кроется разгадка. Не то чтобы мы больше мылись и тщательнее мыли посуду. Разница скорее в том, что мы не имеем привычки закрывать кран, когда, например, чистим зубы, а также мы моем посуду в проточной воде. Казалось бы - мелочь, но учтите, что через открытый кран в минуту вытекает 10-15 литров воды. И второй мощный «резерв» - это позиция «Прочее». Дело в том, что «у них» в этом разделе практически отсутствует такая статья, как утечки. Их просто жизнь заставляет быстро чинить текущую сантехнику - течет-то не только вода, текут денежки. Мы же можем с полным основанием утверждать, что в наших условиях львиная доля утечек происходит именно в домах, так сказать уже «после счетчика». И вот почему.
Англичане уделяют утечкам огромное внимание, но в силу изложенных причин у них основные утечки происходят в муниципальной водопроводной сети. В Москве, по оценкам специалистов, между водозаборной станцией и квартирой тоже теряется 15-16% воды (см. статью «Водохлёбы московские», ж-л «Итоги», 31.08.99). А теперь, внимание, самое главное. Это не то что плохой, а просто отличный результат! В Англии потери составляют в среднем 25% и их специалисты, признавая неизбежность утечек, считают, что реально достижимый результат, к которому надо стремиться по утечкам - это 15%. Что, как говориться, и требовалось доказать. Честь и хвала «Мосводоканалу». Подозреваем, правда, что в среднем по стране ситуация скорее ближе к английской. Тем не менее, даже если это и так, то это все равно лишний раз показывает, где мы несем потери. Мы, к сожалению, привыкли валить все на водопровод, а оказывается, что «нечего на зеркало пенять...». Пора понять, что после того, как трубы вошли в здание (будь то жилой дом, офисный центр или промышленный объект) - ответственность уже лежит на хозяевах и пользователях.
Так что, глядишь - уже в ближайшем будущем и нам пригодится кирпич в бачке унитаза и прочие «буржуазные» хитрости. Как говорят те же англичане: «Предупрежденный уже вооружен».
Вода на нашей планете находится в трёх состояниях - жидком, твёрдом (лёд, снег) и газообразном (пар). В настоящее время вода занимает 3/4 .
Вода образует водную оболочку нашей планеты - гидросферу.
Гидросфера (от греческих слов «гидро» - вода, «сфера» - шар) включает три главные составные части: Мировой океан, воды суши и воду в атмосфере. Все части гидросферы связаны между собой уже известным вам процессом круговорота воды в природе.
- Объясните, как вода с материков попадает в Мировой океан.
- Как вода попадает в атмосферу?
- Каким образом вода снова попадает на сушу?
На Мировой океан приходится свыше 96% всей воды нашей планеты.
Материки и острова делят Мировой океан на отдельные океаны: Тихий, Атлантический, Индийский, .
В последние годы на картах выделяют Южный океан - водное пространство, окружающее Антарктиду. Самый большой по площади - Тихий океан, самый маленький - Северный Ледовитый.
Части океанов, которые вдаются в сушу и отличаются свойствами своих вод, называют морями. Их очень много. Крупнейшие моря планеты - Филиппинское, Аравийское, Коралловое.
Вода в природных условиях содержит различные растворённые в ней вещества. В 1 л океанской воды в среднем содержится 35 г соли (больше всего поваренной), которая придаёт ей солёный вкус, делает непригодной для питья и использования в промышленности и сельском хозяйстве.
Реки, озёра, болота, ледники и подземные воды - это воды суши. Большая часть вод суши - пресные, но среди озёр и подземных вод встречаются и солёные.
Вы знаете, какую огромную роль в природе и жизни людей играют реки, озёра, болота. Но вот что удивительно: в общем количестве воды на Земле их доля очень мала - всего-то 0,02%.
Гораздо больше воды заключено в ледниках - около 2%. Не надо путать их с тем льдом, который образуется при замерзании воды. возникают там, где выпадает больше, чем успевает растаять. Постепенно снег накапливается, уплотняется и превращается в лёд. Ледниками покрыта примерно 1/10 часть суши. Они располагаются, прежде всего, на материке Антарктида и острове Гренландия, которые покрыты огромными ледяными панцирями. Отколовшиеся по их берегам глыбы льда образуют плавающие горы - айсберги.
Некоторые из них достигают громадных размеров. Немалые площади занимают ледники в горах, особенно в таких высоких, как Гималаи, Памир, Тянь-Шань.
Ледники можно назвать кладовыми пресной воды. Пока она почти не используется, но учёные давно разрабатывают проекты транспортировки айсбергов в засушливые районы, чтобы обеспечить питьевой водой местных жителей.
Тоже составляют около 2% всей воды Земли. Они располагаются в верхней части земной коры.
Эти воды могут быть солёными и пресными, холодными, тёплыми и горячими. Нередко они насыщены полезными для здоровья человека веществами и являются лечебными (минеральные воды).
Во многих местах, например по берегам рек, в оврагах, подземные воды выходят на поверхность, образуя источники (их ещё называют родниками и ключами).
Запасы подземных вод пополняются за счёт атмосферных осадков, которые просачиваются сквозь некоторые породы, слагающие земную поверхность. Таким образом, подземные воды участвуют в в природе.
Вода в атмосфере
Содержит водяной пар, капельки воды и кристаллики льда. Все вместе они составляют доли процента от общего количества воды на Земле. Но без них невозможен был бы круговорот воды на нашей планете.
- Что такое гидросфера? Перечислите её составные части.
- Какие океаны образуют Мировой океан нашей планеты?
- Что составляет воды суши?
- Как образуются и где располагаются ледники?
- Какова роль подземных вод?
- Чем представлена вода в атмосфере?
- В чём различие между рекой, озером и ?
- Какую опасность представляет айсберг?
- Существуют ли на нашей планете солёные водоёмы кроме морей и океанов?
Водную оболочку Земли называют гидросферой. Её составляют Мировой океан, воды суши и вода в атмосфере. Все части гидросферы связаны между собой процессом круговорота воды в природе. На Мировой океан приходится более 96% всей воды планеты. Его делят на отдельные океаны. Части океанов, которые вдаются в сушу, называют морями. Воды суши включают реки, озёра, болота, ледники, подземные воды. В атмосфере содержатся водяной пар, капельки воды и кристаллики льда.
Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях:
Поиск по сайту.
Вода – основа жизни на земле.
Воде принадлежит огромная роль в природе. В самом деле, ведь именно море оказалось первой ареной жизни на земле. Познавая науки, мы слышим: «Аш-два-о» - научное имя воды.
На гербе водяного царства можно написать девиз «Никому не уступлю». Смысл его – великая роль воды в жизни Земли. Ни одной планете нет такого количества воды, как на Земле.
Вода повсюду. Она и вокруг нас: в океанах и морях, реках и озёрах, в дожде и снеге, в льдинах и водопроводных трубах, в питье и пище. Она и в нас самих: мы на две трети «сделаны» из воды.
Вода вылепила лицо нашей планеты. Вся земная жизнь рождена водой и не может существовать без неё. Мы дети воды. Недаром в сказках «живая вода» воскрешает даже мёртвых.
Что же такое вода?
Сестра-тихоня сильнейшей взрывчатки – гремучего газа. И гремучий газ-разрушитель, и созидающая жизнь вода состоят и водорода и кислорода. Но газ – лишь простая смесь этих веществ, а в воде водород и кислород объединены в молекулы. Вода – минерал, самый подлинный и удивительный. Вода – оборотень, единый в трёх лицах. То она, живая, течёт в реках и океанах, то паром стремится в облака, то льдами застывает в стужу. Вода – поразительная жидкость: у неё есть аномалии. Для воды будто законы не писаны! Но благодаря её капризам в ней могла развиваться и существовать жизнь.
Вода совершает в природе два круговорота:
Большой круг – из океанов, морей, рек и водоёмов вода испаряется в атмосферу, конденсируется в облака и дождём выпадает на землю и с реками – опять в океан.
Вот так круговорот осуществляется:
Солнце воду греет – старается,
Вода от этого испаряется,
Паром к небу поднимается,
Там в тучи собирается,
Они ветром перемещаются,
И вода осадками снова
На Землю опускается.
В супе, в чае, в каждой капле,
В звонкой льдинке, и в слезинке,
И в дождинке, и в росинке-
Нам откликнется всегда
Океанская вода!
И малый круг – растения всасывают воду из земли, с зеленью и фруктами вода попадает в тело человека и животных, оттуда снова возвращаются с выделениями и дыханием в воздух и в землю. Благодаря такому круговороту животные, растения и человек могут обитать на суше и всё же оставаться водными существами, так как вода составляет основную среду всякого живого организма.
Н2О одно из самых распространённых и наиболее важных соединений на Земле. Почти три четверти земли покрыто водой. В природе вода льдов покрывает хребты и вершины гор, образует арктическую и антарктическую шапки планеты. Материки изрезаны густой сетью рек, ручьёв, озёр, водоёмов и прудов. Большая часть воды сосредоточена в морях и океанах, второе место по объёму водных масс занимают подземные воды, третье – лёд и снег.
Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объёма воды гидросферы. (таблица)
На рисунке показана упрощённая модель молекулы воды, состоящая из атома кислорода и двух атомов водорода. Расстояние между атомами примерно одна десятимиллионная доля миллиметра. В воде все молекулы связаны друг с другом. Если учесть эти связи, то модель молекулы воды можно представить в виде треугольной пирамиды. Двумя свободными от атомов водорода вершинами молекула соединяется с другими молекулами. Наиболее простую молекулярную структуру вода имеет в твёрдом состоянии (это лёд). Они образуют ажурную объёмную решётку.(слайд 17)
Агрегатные состояния воды: твёрдое, жидкое и газообразное. Отличаются эти состояния друг от друга не молекулами, а тем, как эти молекулы расположены и как движутся. Повторим переход вещества из состояния в состояние.(слайд 19)
Примеры (слайд 20, 21, 22)
Нет ни одного продукта питания, в котором не было бы воды. (слайд 23)
Вода расходуется для растворения питательных веществ и перенос их по всему организму с кровью, а также используется для регулирования температуры тела. Вода составляет до 80% массы клеток и выполняет в ней чрезвычайно важные функции: определяет объём и упругость клеток, транспортирует в клетку и из неё растворённые вещества, предохраняют клетку от резких колебаний температур. Высокое содержание воды в клетке – самое необходимое условие её жизнедеятельности и зависит от интенсивности процессов обмена веществ. Так, в быстрорастущих клетках зародышей человека и животных содержится около 95% воды, в клетках молодого организма 70- 80%, к старости значительно снижается (у очень старых людей – около 60%, ниже смерть). При потере 10 – 12% влаги человеку грозит гибель. Высохшая мумия человека весит только
8 кг. В сутки человек выделяет 3 л воды. Столько же её нужно и вводить в организм. В это количество входит и вода, поглощаемая человеком с пищей. Большая потребность в воде не только у человека, а у всех живых организмов. Так, подсолнух высотой с человека нуждается в 1 л воды в сутки, тридцатилетняя берёза – в 60 л.
Вода – жидкость без запаха, вкуса и цвета. Вода необходима организму потому что:
Она генерирует электрическую и магнитную энергию внутри каждой клетки тела;
Является главным растворителем всех видов пищи, витаминов и минералов. Она разлагает пищу на мелкие частицы, поддерживает процессы метаболизма и усвоения;
Проникающая в клетку вода снабжает её кислородом и уносит отработанные газы в лёгкие для выведения их из организма;
Выводит токсичные отходы из различных частей тела;
Необходима для эффективного производства всех нейротрансллитеров, включая серотонин.
Обезвоживание – причина токсичных отложений в организме. Вода расчищает эти отложения.
Некоторые из ионных насосов генерируют электрическое напряжение. Следовательно, эффективность систем нейропередачи зависит от наличия свободной, несвязанной воды в нервных тканях. Вода, которая в ходе осмотического процесса стремится проникнуть в клетку, производит энергию, заставляя работать ионные насосы, проталкивающие в клетку натрий и выталкивающие из неё калий.
Вода нужна всем отраслям народного хозяйства. Больше всего потребляет её сельское хозяйство, на втором месте – промышленность и энергетика, на третьем – коммунальное хозяйство. Ежегодное потребление воды в расчёте на одного жителя Земли составляет 7- 8 тонн. Без воды невозможно представить жизнь человека, который потребляет её для самых разных бытовых нужд, человек в сутки использует 300 л. Только для того, чтобы почистить зубы и умыться каждый ежедневно тратит 10 л воды.
Подсчитано, что если город потребляет в день 600 тыс. м3 воды, то он даёт 500 тыс. м3 сточных вод. Во всем мире на обеззараживание сточных вод ежегодно тратится 5500 км3 чистой воды – втрое больше, чем на все другие нужды человечества.
Промышленность нашей страны ежесекундно потребляет столько воды, сколько несёт её Волга. На получение 1 т стали расходуется 150 т воды, бумаги 250 т, синтетических волокон 4000 т, вырастить 1 т пшеницы больше 1000 м3, 1 т риса -4000 м3.
Как это ни странно звучит, но вода играет определённую роль и в искусстве: каскады прудов и фонтаны украшают сады и парки. Во многих странах есть традиция сооружать зимой ледяные скульптуры героев сказок и легенд.(слайд 26, 27)
Воду нужно беречь, и хотя наша страна богата пресными водами, как никакая другая (только в озере Байкал содержится 20 % мировых запасов пресной воды), однако Россия как никакая другая страна мира, бездумно и бездушно относится к охране пресной воды.
При огромном количестве пресной воды в мире ощущается её большой недостаток. Основная причина нехватки пресной воды – её загрязнение, самые опасные загрязнители источников пресной воды – заводы, выбрасывающие в окружающую среду различные вредные вещества; минеральные удобрения и ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве и попадающие в водоёмы с дождевой или талой водой; канализационные бытовые стоки и др. много воды теряется из-за неэкономного использования: очень много пресной воды мы расходуем бездумно и напрасно. Что стоит, например, постоянно текущие бочки в туалетах, забытый нами открытый водопроводный кран и т. д.
Поэтому в заключении говорим словами В. В. Маяковского:
Эй, граждане.
Берегите воду.
Бережней относитесь
К нашему водопроводу.
Вода́ (оксид водорода) - прозрачная жидкость, не имеющая цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. Химическая формула: Н2O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном - водяным паром. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, лёд на полюсах).
Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы). Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.
Почти 70% поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой – снегом и льдом – покрыто 20% суши. Из общего количества воды на Земле, равного 1 млрд. 386 млн. кубических километров, 1 млрд. 338 млн. кубических километров приходится на долю солёных вод Мирового океана, и только 35 млн. кубических километров приходится на долю пресных вод. Всего количества океанической воды хватило бы на то, чтобы покрыть ею земной шар слоем более 2,5 километров. На каждого жителя Земли приблизительно приходится 0,33 кубических километров морской воды и 0,008 кубических километров пресной воды. Но трудность в том, что подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии, которое делает её труднодоступной для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% - в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся одновременно всего лишь 0,006% пресных вод. Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.
Состав воды (по массе): 11,19 % водорода и 88,81 % кислорода. Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0° С (1 г/см3). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода - хороший растворитель. Молекула воды имеет угловую форму атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды - диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, - отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.
В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н20 содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты (Н2О)x благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н20-Н2S - Н2Sе) аномально высокая теплоемкость . С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв наступает при переходе воды в пар.
Вода - весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочно-земельными металлами. Вода образует многочисленные соединения - кристаллогидраты.
Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей. Из других осушающих веществ можно указать Р205, СаО, ВаО, металлический Ма (они тоже химически взаимодействуют с водой), а также силикагель. К важным химическим свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического разложения.
Физические свойства воды.
Вода обладает рядом необычных особенностей:
1. При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.
2. При нагревании от 0 °C до 4 °C (точнее, 3,98 °C) вода сжимается. Соответственно, при остывании - плотность падает. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.
3. Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг ), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.
4. Высокая теплоёмкость жидкой воды.
5. Высокая вязкость.
6. Высокое поверхностное натяжение.
7. Отрицательный электрический потенциал поверхности воды.
Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода (протон) не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Определенную роль играет протонное обменное взаимодействие между молекулами и внутри молекул воды. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода - каждый в одной, а атом кислорода - в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4 °С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.
По сходным причинам вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные - атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.
Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.
Чистая (не содержащая примесей) вода - хороший изолятор. При нормальных условиях вода слабо диссоциирована и концентрация протонов (точнее, ионов гидроксония H3O+) и гидроксильных ионов HO− составляет 0,1 мкмоль/л. Но поскольку вода - хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.
Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.
Агрегатные состояния.
1. По состоянию различают:
2. Твёрдое - лёд
3. Жидкое - вода
4. Газообразное - водяной пар
Рис.1 «Типы снежинок»
При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C. При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения - падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такое давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура возгонки льда падает со снижением давления.
При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды - падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении нет разницы между жидкой водой и водяным паром, следовательно, нет и кипения или испарения.
Так же возможны метастабильные состояния - пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.
Изотопные модификации воды.
И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:
1. Лёгкая вода (просто вода).
2. Тяжёлая вода (дейтериевая).
3. Сверхтяжёлая вода (тритиевая).
Химические свойства воды.
Вода является наиболее распространённым растворителем на Земле, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая часть химии, при её зарождении как науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ. Её иногда рассматривают, как амфолит - и кислоту и основание одновременно (катион H+ анион OH-). В отсутствие посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода (или ионов гидроксония), pKa ≈ ок. 16.
Сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.
Химические названия воды.
С формальной точки зрения вода имеет несколько различных корректных химических названий:
1. Оксид водорода
2. Гидроксид водорода
3. Монооксид дигидрогена
4. Гидроксильная кислота
5. англ. hydroxic acid
6. Оксидан (англ. oxidane)
7. Дигидромонооксид
Виды воды.
Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях - жидком, газообразном и твёрдом и в свою очередь приобретать самые разные формы, которые зачастую соседствуют друг с другом. Водный пар и облака в небе, морская вода и айсберги, горные ледники и горные же реки, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе много веществ, приобретая тот или иной вкус. Из-за важности воды, «как источника жизни» её нередко подразделяют на типы.
Характеристики вод: по особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:
1. Мягкая вода и жёсткая вода - по содержанию катионов кальция и магния
2. Подземные воды
3. Талая вода
4. Пресная вода
5. Морская вода
6. Солоноватая вода (en:Brackish water)
7. Минеральная вода
8. Дождевая вода
9. Питьевая вода, Водопроводная вода
10. Тяжёлая вода, дейтериевая и тритиевая
11. Дистиллированная вода и деионизированная вода
12. Сточные воды
13. Ливневая вода или поверхностные воды
14. По изотопам молекулы:
15. Лёгкая вода (просто вода)
16. Тяжёлая вода (дейтериевая)
17. Сверхтяжёлая вода(тритиевая)
18. Выдуманная вода (обычно со сказочными свойствами)
19. Мёртвая вода - вид воды из сказок
20. Живая вода - вид воды из сказок
21. Святая вода - особый вид воды согласно религиозным учениям
22. Поливода
23. Структурированная вода - термин, применяемый в различных неакадемических теориях.
Мировые запасы воды.
Огромный слой соленой воды, покрывающий большую часть Земли, представляет собой единое целое и имеет примерно постоянный состав. Мировой океан огромен. Его объем достигает 1,35 миллиардов кубических километров. Он покрывает около 72% земной поверхности. Почти вся вода на Земле (97%) находится в мировом океане. Приблизительно 2,1% воды сосредоточено в полярных льдах и ледниках. Вся пресная вода в озерах, реках и в составе грунтовых вод составляет лишь 0,6%. Остальные 0,1% воды входят в состав соленой воды из скважин и солончаковых вод.
20-е столетие характеризуется интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн. человек. Развитие промышленности, транспорта, энергетики, индустриализация сельского хозяйства привели к тому, что антропогенное воздействие на окружающую среду приняло глобальный характер.
Повышение эффективности мер по охране окружающей среды связано прежде всего с широким внедрением ресурсосберегающих, малоотходных и безотходных технологических процессов, уменьшением загрязнения воздушной среды и водоемов. Охрана окружающей среды представляет собой весьма многогранную проблему, решением которой занимаются, в частности, инженерно-технические работники практически всех специальностей, которые связаны с хозяйственной деятельностью в населенных пунктах и на промышленных предприятиях, которые могут являться источником загрязнения в основном воздушной и водной среды.
Водная среда. Водная среда включает поверхностные и подземные воды.
Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, содержанием 1 млрд. 375 млн. кубических километров-около 98 % всей воды на Земле. Поверхность океана (акватория) составляет 361 млн. квадратных километров. Она примерно в 2,4 раза больше площади суши территории, занимающей 149 млн. квадратных километров. Вода в океане соленая, причем большая ее часть (более 1 млрд. Кубических километров) сохраняет постоянную соленость около 3,5 % и температуру, примерно равную 3,7oС. Заметные различия в солености и температуре наблюдаются почти исключительно в поверхностном слое воды, а также в окраинных и особенно в средиземных морях. Содержание растворенного кислорода в воде существенно уменьшается на глубине 50-60 метров.
Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30 °С). Для производственной деятельности человечества и его хозяйственно-бытовых нужд требуется пресная вода, количество которой составляет всего лишь 2,7 % общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0,36 %) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного круга. Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. Кубических километров. Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. Кубическим километрам. К сожалению, большая часть речного стока в России, составляющая около 5000 кубических километров, приходится на малоплодородные и малозаселенные северные территории. При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную или подземную воду, производя ее опреснение или гиперфильтрацию: пропускают под большим перепадом давлений через полимерные мембраны с микроскопическими отверстиями, задерживающими молекулы соли. Оба эти процесса весьма энергоемки, поэтому представляет интерес предложение, состоящее в использовании в качестве источника пресной воды пресноводных айсбергов (или их части), которые с этой целью буксируют по воде к берегам, не имеющим пресной воды, где организуют их таяние. По предварительным расчетам разработчиков этого предложения, получение пресной воды будет примерно вдвое менее энергоемки по сравнению с опреснением и гиперфильтрацией. Важным обстоятельством, присущим водной среде, является то, что через нее в основном передаются инфекционные заболевания (примерно 80 % всех заболеваний). Впрочем, некоторые из них, например коклюш, ветрянка, туберкулез передаются и через воздушную среду. С целью борьбы с распространением заболеваний через водную среду Всемирная организация здраво охранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды.
Пресная вода. Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. км в год. (из-за неполадок шрифта объемы воды указаны без кубометров).
86 % этого количества приходится на соленые воды Мирового океана и внутренних морей - Каспийского. Аральского и др.; остальное испаряется на суше, причем половина благодаря транспирации влаги растениями. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 мм. Часть ее вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Природный дистиллятор питается энергией Солнца и отбирает примерно 20 % этой энергии.
Всего 2 % гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод - 85 % - сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10-12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек.
Реки всегда были источником пресной воды. Но в современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10 % органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой. И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя бы и очищенных, и водного стока рек.
Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20 % ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30 - 35 тыс. км пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км очищенной сточной воды "портит" 10 км речной воды, а не очищенной - в 3-5 раз больше. Количество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не пригодной для потребления.
Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод.
Запасы пресной воды потенциально велики. Однако в любом районе мира они могут истощиться из-за нерационального водопользования или загрязнения. Число таких мест растет, охватывая целые географические районы. Потребность в воде не удовлетворяется у 20 % городского и 75 % сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят от региона и уровня жизни и составляет от 3 до 700 л в сутки на одного человека. Потребление воды промышленностью также зависит от экономического развития данного района. Например, в Канаде промышленность потребляет 84 % всего водозабора, а в Индии - 1 %. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит почти 70 % всей воды, затрачиваемой в промышленности. В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20 % всей потребляемой воды. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 70-80 % всей пресной воды. Орошаемое земледелие занимает лишь 15-17 % площади сельскохозяйственных угодий, а дает половину всей продукции. Почти 70 % посевов хлопчатника в мире существует благодаря орошению.
Суммарный сток рек СНГ (СССР) за год составляет 4720 км. Но распределены водные ресурсы крайне неравномерно. В наиболее обжитых регионах, где проживает до 80 % промышленной продукции и находится 90 % пригодных для сельского хозяйства земель, доля водных ресурсов составляет всего 20 %. Многие районы страны недостаточно обеспечены водой. Это юг и юго-восток европейской части СНГ, Прикаспийская низменность, юг Западной Сибири и Казахстана, и некоторые другие районы Средней Азии, юг Забайкалья, Центральная Якутия. Наиболее обеспечены водой северные районы СНГ, Прибалтика, горные районы Кавказа, Средней Азии, Саян и Дальнего Востока.
Сток рек изменяется в зависимости от колебаний климата. Вмешательство человека в естественные процессы затронуло уже и речной сток. В сельском хозяйстве большая часть воды не возвращается в реки, а расходуется на испарение и образование растительной массы, так как при фотосинтезе водород из молекул воды переходит в органические соединения. Для регулирования стока рек, не равномерного в течение года, построено 1500 водохранилищ (они регулируют до 9 % всего стока). На сток рек Дальнего Востока, Сибири и Севера европейской части страны хозяйственная деятельность человека пока почти не повлияла. Однако в наиболее обжитых районах он сократился на 8 %, а у таких рек, как Терек, Дон, Днестр и Урал, - на 11-20 %. Заметно уменьшился водный сток в Волге, Сырдарье и Амударье. В итоге сократился приток воды к Азовскому морю - на 23 %, к Аральскому - на 33 %. Уровень Арала упал на 12,5 м.
Ограниченные и даже скудные во многих странах запасы пресных вод значительно сокращаются из-за загрязнения. Обычно загрязняющие вещества разделяют на несколько классов в зависимости от их природы, химического строения и происхождения.
Загрязнение водоемов.Пресные водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи) ; на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.) ; изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т. д. Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.
Наблюдение за выполнением условий спуска производственных сточных вод в водоемы осуществляется санитарно-эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями.
Нормативы качества воды водоемов хозяйственно-питьевого культурно-бытового водопользования устанавливают качество воды для водоемов по двум видам водопользования: к первому виду относятся участки водоемов, используемые в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; ко второму виду - участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных пунктов.
Отнесение водоемов к тому или иному виду водопользования проводится органами Государственного санитарного надзора с учетом перспектив использования водоемов.
Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1км в обе стороны от пункта водопользования.
Большое внимание уделяется вопросам предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей. Нормативы качества морской воды, которые должны быть обеспечены при спуске сточных вод, относятся к району водопользования в отведенных границах и к створам на расстоянии 300 м в стороны от этих границ. При использовании прибрежных районов морей в качестве приемника производственных сточных вод содержание вредных веществ в море не должно превышать ПДК, установленные по санитарно-токсикологическому, общесанитарному и рганолептическому лимитирующим показателям вредности. При этом требования к спуску сточных вод дифференцированы применительно к характеру водопользования. Море рассматривается не как источник водоснабжения, а как лечебный оздоровительный, культурно бытовой фактор.
Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательно влияние на качество воды.
Самоочищение воды водоемов - это совокупность взаимосвязанных гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих к восстановлению первоначального состояния водного объекта.
В связи с тем, что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую водоотводящую сеть ограничен рядом требований. Выпускаемые в водоотводящую сеть производственные сточные воды не должны: нарушать работу сетей и сооружений; оказывать разрушающего воздействия на материал труб и элементы очистных сооружений; содержать более 500мг/л взвешенных и всплывающих веществ; содержать вещества, способные засорять сети или отлагаться на стенках труб; содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси; содержать вредные вещества, препятствующие биологической очистке сточных вод или сбросу в водоем; иметь температуру выше 40 °С.
Производственные сточные воды не удовлетворяющие этим требованиям, должны предварительно очищаться и лишь после этого сбрасываться в городскую водоотводящую сеть.
Таблица 1
Мировые запасы воды
| № п/п | Наименование объектов | Площадь распространения в млн. куб.км | Объем, тыс. куб. км | Доля в мировом запасе, |
| 1 | Мировой океан | 361,3 | 1338000 | 96,5 |
| 2 | Подземные воды | 134,8 | 23400 | 1,7 |
| 3 | в том числе подземные: пресные воды |
10530 | 0,76 | |
| 4 | Почвенная влага | 82,0 | 16,5 | 0,001 |
| 5 | Ледники и постоянные снега | 16,2 | 24064 | 1,74 |
| 6 | Подземные льды | 21,0 | 300 | 0,022 |
| 7 | Вода озер | |||
| 8 | пресных | 1,24 | 91,0 | 0,007 |
| 9 | соленых | 0,82 | 85.4 | 0,006 |
| 10 | Вода болот | 2,68 | 11,5 | 0,0008 |
| 11 | Вода рек | 148,2 | 2,1 | 0,0002 |
| 12 | Вода в атмосфере | 510,0 | 12,9 | 0,001 |
| 13 | Вода в организмах | 1,1 | 0,0001 | |
| 14 | Общие запасы воды | 1385984,6 | 100,0 | |
| 15 | Общие запасы пресной воды | 35029,2 | 2,53 |
Заключение.
Вода - одно из главных богатств на Земле. Трудно представить, что стало бы с нашей планетой, если бы исчезла пресная вода. Человеку нужно выпивать в день около 1,7 литров воды. И примерно в 20 раз больше ежедневно требуется каждому из нас для мытья, приготовления пищи и так далее. Угроза исчезновения пресной воды существует. От загрязнения воды страдает всё живое, она вредна для здоровья человека.
Вода – вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В. Петрянов свою научно – популярную книгу о воде назвал «Самое необыкновенное вещество в мире». А доктор биологических наук Б.Ф.Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде – «Вещество, которое создало нашу планету».
Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.
Библиографический список:
1. Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. Учебное пособие для вузов. - Ростов /на/Дону. Феникс, 2005.
2. Моисеев Н. Н. Взаимодействие природы и общества: глобальные проблемы // Вестник РАН, 2004. Т. 68. № 2.
3. Охрана окружающей среды. Учеб. пособие: В 2т / Под ред. В. И. Данилов - Данильян. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2002.
4. Белов С. В. Охрана окружающей среды / С. В. Белов. – М. Высшая школа, 2006. – 319 с.
5. Дерпгольц В. Ф. Вода во вселенной. - Л.: "Недра", 2000.
6. Крестов Г. А. От кристалла к раствору. - Л.: Химия,2001.
7. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы. - М., 2003г.
