Вода – неорганическое соединение с химической формулой H 2 O. Это прозрачное, безвкусное, без запаха, [с] и почти бесцветное химическое вещество , являющееся основной составляющей гидросферы Земли и жидкостей всех известных живых организмов (в которых оно действует как растворитель [ 19] ). Он жизненно важен для всех известных форм жизни , несмотря на то, что он не обеспечивает пищевой энергией и органическими микроэлементами . Его химическая формула H 2 O указывает на то, что каждая его молекула содержит один атом кислорода и два атома водорода , соединенных ковалентными связями . Атомы водорода присоединены к атому кислорода под углом 104,45°. [20] «Вода» — это также название жидкого состояния H 2 O при стандартной температуре и давлении .
Поскольку окружающая среда Земли относительно близка к тройной точке воды , вода существует на Земле в твердом состоянии , жидкости и газе . [21] Образует осадки в виде дождя и аэрозоли в виде тумана . Облака состоят из взвешенных капель воды и льда , его твердого состояния. Мелко измельченный кристаллический лед может выпадать в виде снега . Газообразное состояние воды — пар или водяной пар .
Вода покрывает около 71% поверхности Земли, при этом большую часть объема воды (около 96,5%) составляют моря и океаны. [22] Небольшие порции воды встречаются в виде грунтовых вод (1,7%), в ледниках и ледяных шапках Антарктиды и Гренландии (1,7%), а также в воздухе в виде паров , облаков (состоящих из льда и жидкой воды, взвешенных в воздухе). и осадки (0,001%). [23] [ 24] Вода постоянно движется через водный цикл испарения , транспирации ( эвапотранспирации ), конденсации , осадков и стока , обычно достигая моря.
Вода играет важную роль в мировой экономике . Примерно 70% пресной воды , используемой человеком, идет на сельское хозяйство . [25] Рыболовство в соленых и пресных водоемах было и остается основным источником продовольствия для многих частей мира, обеспечивая 6,5% мирового белка. [26] Большая часть торговли товарами на большие расстояния (такими как нефть, природный газ и промышленные товары) перевозится на лодках по морям, рекам, озерам и каналам. Большие количества воды, льда и пара используются для охлаждения и отопления в промышленности и домах. Вода — превосходный растворитель для самых разных веществ, как минеральных, так и органических; как таковой, он широко используется в промышленных процессах, а также при приготовлении пищи и стирке. Вода, лед и снег также играют центральную роль во многих видах спорта и других видах развлечений, таких как плавание, катание на прогулочных лодках, гонки на лодках, серфинг, спортивная рыбалка, дайвинг, катание на коньках, сноуборде и лыжах.
Слово вода происходит от древнеанглийского wæter , от протогерманского * watar (источник также древнесаксонского watar , старофризского wetir , голландской воды , древневерхненемецкого wazzar , немецкого Wasser , vatn , готского 𐍅𐌰𐍄𐍉 ( wato )), от прото- Индоевропейский * wod-или , суффиксальная форма корня * wed- ( « вода » ; « мокрый » ). [27] Также родственно через индоевропейский корень греческому ύδωρ ( ýdor ; от древнегреческого ὕδωρ ( hýdōr ), откуда английское « гидро- » ), русской воде́ ( vodá ), ирландскому uisce и албанскому ujë .
Одним из факторов, определяющих время появления воды на Земле, является то, что вода постоянно уходит в космос. Молекулы H 2 O в атмосфере разрушаются в результате фотолиза , и образующиеся свободные атомы водорода иногда могут избежать гравитационного притяжения Земли. Когда Земля была моложе и менее массивной , вода легче уходила в космос. Ожидается , что более легкие элементы, такие как водород и гелий, будут постоянно утекать из атмосферы, но изотопные соотношения более тяжелых благородных газов в современной атмосфере позволяют предположить, что даже более тяжелые элементы в ранней атмосфере подвергались значительным потерям. [28] В частности, ксенон полезен для расчета потери воды с течением времени. Мало того, что это благородный газ (и, следовательно, он не удаляется из атмосферы в результате химических реакций с другими элементами), но и сравнение содержания его девяти стабильных изотопов в современной атмосфере показывает, что Земля рано потеряла по крайней мере один океан воды. в своей истории между гадейским и архейским эонами. [29] [ нужны разъяснения ]
Любая вода на Земле во время последней стадии ее аккреции была бы разрушена ударом, образовавшим Луну (~ 4,5 миллиарда лет назад), который, вероятно, испарил большую часть земной коры и верхней мантии и создал атмосферу из каменного пара вокруг молодой планеты. . [30] [31] Горный пар конденсировался бы в течение двух тысяч лет, оставив после себя горячие летучие вещества, что, вероятно, привело к образованию большей части атмосферы углекислого газа с водородом и водяным паром . Впоследствии океаны с жидкой водой могли существовать, несмотря на температуру поверхности 230 °C (446 °F) из-за повышенного атмосферного давления атмосферы CO 2 . По мере продолжения охлаждения большая часть CO 2 удалялась из атмосферы путем субдукции и растворения в океанской воде, но уровни резко колебались по мере появления новых поверхностных и мантийных циклов. [32]
Геологические данные также помогают ограничить временные рамки существования жидкой воды на Земле. Образец подушечного базальта (разновидность породы, образовавшейся во время подводного извержения) был извлечен из Зеленокаменного пояса Исуа и является доказательством того, что вода существовала на Земле 3,8 миллиарда лет назад. [33] В Зеленокаменном поясе Нуввуагиттук , Квебек, Канада, породы, датированные возрастом 3,8 миллиарда лет по одному исследованию [34] и 4,28 миллиарда лет по другому [35] , свидетельствуют о присутствии воды в этом возрасте. [33] Если океаны существовали раньше, никаких геологических доказательств еще не обнаружено (что может быть связано с тем, что такие потенциальные доказательства были уничтожены геологическими процессами, такими как переработка земной коры ). Совсем недавно, в августе 2020 года, исследователи сообщили, что на Земле, возможно, всегда было достаточно воды, чтобы заполнить океаны, с начала формирования планеты . [36] [37] [38]
В отличие от горных пород, минералы, называемые цирконами , очень устойчивы к выветриванию и геологическим процессам и поэтому используются для понимания условий на очень ранней Земле. Минералогические данные по цирконам показали, что жидкая вода и атмосфера должны были существовать 4,404 ± 0,008 миллиарда лет назад, очень скоро после образования Земли. [39] [40] [41] [42] Это представляет собой своего рода парадокс, поскольку холодная гипотеза ранней Земли предполагает, что температуры были достаточно низкими, чтобы заморозить воду примерно между 4,4 и 4,0 миллиардами лет назад. Другие исследования цирконов, обнаруженных в австралийской гадейской породе, указывают на существование тектоники плит еще 4 миллиарда лет назад. Если это правда, то это означает, что, а не горячая расплавленная поверхность и атмосфера, полная углекислого газа, ранняя поверхность Земли была такой же, как сегодня (с точки зрения теплоизоляции ). Действие тектоники плит улавливает огромное количество CO 2 , тем самым уменьшая парниковый эффект , что приводит к гораздо более низкой температуре поверхности и образованию твердых пород и жидкой воды. [43].svg/1280px-Water_molecule_(1).svg.png)
Вода ( H 2 O ) — полярное неорганическое соединение . При комнатной температуре это жидкость без вкуса и запаха , почти бесцветная с оттенком синего цвета . Этот простейший халькогенид водорода на сегодняшний день является наиболее изученным химическим соединением и описывается как «универсальный растворитель» из-за его способности растворять многие вещества. [44] [45] Это позволяет ей быть « растворителем жизни»: [46] действительно, вода, встречающаяся в природе, почти всегда включает в себя различные растворенные вещества, и для получения химически чистой воды требуются специальные шаги . Вода — единственное обычное вещество, существующее в обычном земном состоянии в твердом , жидком и газообразном состоянии. [47]
Наряду с оксиданом вода является одним из двух официальных названий химического соединения H.
2О ; [48] это также жидкая фаза H
2О. _ [49] Двумя другими распространенными состояниями воды являются твердая фаза, лед , и газообразная фаза, водяной пар или пар . Добавление или отвод тепла могут вызвать фазовые переходы : замерзание (вода в лед), плавление (лед в воду), испарение (вода в пар), конденсацию (пар в воду), сублимацию (лед в пар) и осаждение (пар в воду). лед). [50]
Вода отличается от большинства жидкостей тем, что при замерзании она становится менее плотной . [d] При давлении 1 атм он достигает максимальной плотности 999,972 кг/м 3 (62,4262 фунта/куб фута) при температуре 3,98 °C (39,16 °F), или почти 1000 кг/м 3 (62,43 фунта/куб фута). при почти 4 ° C (39 ° F). [52] [53] Плотность льда составляет 917 кг/м 3 (57,25 фунта/куб футов), расширение 9%. [54] [55] Это расширение может оказывать огромное давление, разрывая трубы и раскалывая камни. [56]
В озере или океане вода при температуре 4 °C (39 °F) опускается на дно, а на поверхности образуется лед, плавающий на жидкой воде. Этот лед изолирует воду внизу, предотвращая ее замерзание. Без этой защиты большинство водных организмов, обитающих в озерах, погибло бы зимой. [57]
Вода – диамагнитный материал. [58] Хотя взаимодействие слабое, со сверхпроводящими магнитами оно может достичь заметного взаимодействия. [58]
При давлении в одну атмосферу (атм) лед тает или вода замерзает (затвердевает) при 0 °C (32 °F), а вода кипит или конденсируется пар при 100 °C (212 °F). Однако даже ниже точки кипения вода может превратиться в пар на своей поверхности в результате испарения (испарение по всей жидкости известно как кипение ). Сублимация и осаждение также происходят на поверхностях. [50] Например, иней осаждается на холодных поверхностях, а снежинки образуются в результате осаждения на аэрозольных частицах или ядрах льда. [59] В процессе сублимационной сушки продукты замораживаются, а затем хранятся при низком давлении, поэтому лед на их поверхности сублимируется. [60]
Точки плавления и кипения зависят от давления. Хорошее приближение скорости изменения температуры плавления с давлением даёт соотношение Клаузиуса – Клапейрона :
где и – мольные объемы жидкой и твердой фаз, – молярная скрытая теплота плавления. У большинства веществ при плавлении объем увеличивается, поэтому температура плавления увеличивается с ростом давления. Однако, поскольку лед менее плотен, чем вода, температура таяния снижается. [51] В ледниках таяние под давлением может происходить под достаточно толстыми объемами льда, что приводит к образованию подледниковых озер . [61] [62]
Соотношение Клаузиуса-Клапейрона также применимо к температуре кипения, но при переходе жидкость/газ паровая фаза имеет гораздо меньшую плотность, чем жидкая фаза, поэтому температура кипения увеличивается с давлением. [63] Вода может оставаться в жидком состоянии при высоких температурах в глубоком океане или под землей. Например, температура превышает 205 °C (401 °F) в гейзере Old Faithful в Йеллоустонском национальном парке . [64] В гидротермальных источниках температура может превышать 400 °C (752 °F). [65]
На уровне моря температура кипения воды составляет 100 °C (212 °F). Поскольку атмосферное давление уменьшается с высотой, температура кипения снижается на 1 °C каждые 274 метра. Приготовление пищи на высоте занимает больше времени, чем приготовление пищи на уровне моря. Например, на высоте 1524 метра (5000 футов) время приготовления необходимо увеличить на четверть, чтобы достичь желаемого результата. [66] И наоборот, скороварку можно использовать для сокращения времени приготовления за счет повышения температуры кипения. [67] В вакууме вода будет кипеть при комнатной температуре. [68]
На фазовой диаграмме давление/температура (см. рисунок) имеются кривые, отделяющие твердое вещество от пара, пар от жидкости и жидкость от твердого тела. Они встречаются в одной точке, называемой тройной точкой , где все три фазы могут сосуществовать. Тройная точка находится при температуре 273,16 К (0,01 ° C; 32,02 ° F) и давлении 611,657 паскаля (0,00604 атм; 0,0887 фунтов на квадратный дюйм); [69] это самое низкое давление, при котором может существовать жидкая вода. До 2019 года тройная точка использовалась для определения температурной шкалы Кельвина . [70] [71]
Фазовая кривая вода/пар заканчивается при температуре 647,096 К (373,946 ° C; 705,103 ° F) и 22,064 мегапаскаля (3200,1 фунтов на квадратный дюйм; 217,75 атм). [72] Это известно как критическая точка . При более высоких температурах и давлениях жидкая и паровая фазы образуют непрерывную фазу, называемую сверхкритической жидкостью . Его можно постепенно сжимать или расширять между плотностью газа и жидкости; его свойства (которые сильно отличаются от свойств окружающей воды) чувствительны к плотности. Например, при подходящих давлениях и температурах он может свободно смешиваться с неполярными соединениями , включая большинство органических соединений . Это делает его полезным в различных областях применения, включая высокотемпературную электрохимию , а также в качестве экологически безопасного растворителя или катализатора в химических реакциях с участием органических соединений. В мантии Земли он действует как растворитель во время образования, растворения и отложения минералов. [73] [74]
Нормальной формой льда на поверхности Земли является лед I h , фаза, образующая кристаллы с гексагональной симметрией . Другой кристалл с кубической симметрией , лед Ic , может встречаться в верхних слоях атмосферы. [75] По мере увеличения давления лед образует другие кристаллические структуры . По состоянию на 2019 год семнадцать из них были подтверждены экспериментально и еще несколько предсказаны теоретически. [76] Восемнадцатая форма льда, лед XVIII , гранецентрированная кубическая суперионная фаза льда, была открыта, когда капля воды подверглась ударной волне, которая подняла давление воды до миллионов атмосфер, а ее температуру до тысяч. градусов, что привело к образованию структуры из жестких атомов кислорода, в которой атомы водорода перемещались свободно. [77] [78] Лед , помещенный между слоями графена , образует квадратную решетку. [79]
Детали химической природы жидкой воды изучены недостаточно; некоторые теории предполагают, что его необычное поведение связано с существованием двух жидких состояний. [53] [80] [81] [82]
Чистую воду обычно называют безвкусной и без запаха, хотя у людей есть особые сенсоры, которые могут чувствовать присутствие воды во рту, [83] [84] , а лягушки, как известно, способны чувствовать ее запах. [85] Однако вода из обычных источников (включая минеральную воду ) обычно содержит много растворенных веществ, которые могут придавать ей различные вкусы и запахи. Люди и другие животные развили чувства, которые позволяют им оценивать пригодность воды для питья , чтобы избежать слишком соленой или гнилой воды . [86]
Чистая вода имеет голубой цвет из-за поглощения света в области c. 600–800 нм. [87] Цвет можно легко наблюдать в стакане с водопроводной водой, помещенном на чистый белый фон при дневном свете. Основные полосы поглощения, ответственные за цвет, представляют собой обертоны валентных колебаний O–H . Кажущаяся интенсивность цвета увеличивается с глубиной толщи воды в соответствии с законом Бера . Это также относится, например, к бассейну, где источником света является солнечный свет, отраженный от белой плитки бассейна.
В природе цвет также может меняться с синего на зеленый из-за присутствия взвешенных веществ или водорослей.
В промышленности спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона используется с водными растворами, поскольку большая интенсивность нижних обертонов воды означает, что можно использовать стеклянные кюветы с короткой длиной пути. Для наблюдения фундаментального валентного спектра поглощения воды или водного раствора в области около 3500 см -1 (2,85 мкм) [88] необходима длина пути около 25 мкм. Кроме того, кювета должна быть одновременно прозрачной около 3500 см -1 и нерастворимой в воде; Фторид кальция – это один из материалов, который обычно используется для изготовления окон кювет с водными растворами.
Рамановские фундаментальные колебания можно наблюдать, например, с помощью кюветы размером 1 см.
Водные растения , водоросли и другие фотосинтезирующие организмы могут жить в воде на глубине до сотен метров, поскольку солнечный свет может достигать их. Практически никакой солнечный свет не достигает частей океанов на глубине ниже 1000 метров (3300 футов).
Показатель преломления жидкой воды (1,333 при 20 °C (68 °F)) намного выше, чем у воздуха (1,0), аналогичен показателям алканов и этанола , но ниже, чем у глицерина (1,473), бензола (1,501) . ), сероуглерод (1,627) и обычные виды стекла (от 1,4 до 1,6). Показатель преломления льда (1,31) ниже, чем у жидкой воды.
В молекуле воды атомы водорода образуют угол 104,5° с атомом кислорода. Атомы водорода расположены близко к двум углам тетраэдра с центром в кислороде. В двух других углах находятся неподеленные пары валентных электронов, не участвующих в связи. В идеальном тетраэдре атомы образовывали бы угол 109,5°, но отталкивание между неподеленными парами больше, чем отталкивание между атомами водорода. [89] [90] Длина связи O–H составляет около 0,096 нм. [91]
Другие вещества имеют тетраэдрическую молекулярную структуру, например, метан ( CH
4) и сероводород ( H
2С ). Однако кислород более электроотрицательен , чем большинство других элементов, поэтому атом кислорода сохраняет отрицательный заряд, в то время как атомы водорода заряжены положительно. Наряду с изогнутой структурой это придает молекуле электрический дипольный момент , и она классифицируется как полярная молекула . [92]
Вода является хорошим полярным растворителем , растворяя многие соли и гидрофильные органические молекулы, такие как сахара и простые спирты, такие как этанол . Вода также растворяет многие газы, такие как кислород и углекислый газ — последний придает шипучесть газированным напиткам, игристым винам и пиву. Кроме того, многие вещества живых организмов, такие как белки , ДНК и полисахариды , растворены в воде. Взаимодействия между водой и субъединицами этих биомакромолекул формируют сворачивание белков , спаривание оснований ДНК и другие явления, имеющие решающее значение для жизни ( гидрофобный эффект ).
Многие органические вещества (например, жиры, масла и алканы ) гидрофобны , то есть нерастворимы в воде. Многие неорганические вещества также нерастворимы, в том числе большинство оксидов металлов , сульфидов и силикатов .
Молекула воды из-за своей полярности в жидком или твердом состоянии может образовывать до четырех водородных связей с соседними молекулами. Водородные связи примерно в десять раз сильнее силы Ван-дер-Ваальса , которая притягивает молекулы друг к другу в большинстве жидкостей. По этой причине температуры плавления и кипения воды намного выше, чем у других аналогичных соединений, таких как сероводород. Они также объясняют его исключительно высокую удельную теплоемкость (около 4,2 Дж /(г·К)), теплоту плавления (около 333 Дж/г), теплоту испарения ( 2257 Дж/г ) и теплопроводность (от 0,561 до 0,679). Вт/(м·К)). Эти свойства делают воду более эффективной в смягчении климата Земли , сохраняя тепло и транспортируя его между океанами и атмосферой. Водородные связи воды составляют около 23 кДж/моль (по сравнению с ковалентной связью ОН при 492 кДж/моль). По оценкам, из них 90% приходится на электростатику, а остальные 10% являются частично ковалентными. [93]
Эти связи являются причиной высокого поверхностного натяжения воды [94] и капиллярных сил. Капиллярное действие означает тенденцию воды двигаться вверх по узкой трубке против силы тяжести . Это свойство используется всеми сосудистыми растениями , например, деревьями. [ нужна цитата ]
Вода представляет собой слабый раствор гидроксида гидроксония, существует равновесие 2H
2О ⇌ Ч
3О+
+ ОН−
, в сочетании с сольватацией образующихся ионов гидроксония и гидроксида .
Чистая вода имеет низкую электропроводность , которая увеличивается при растворении небольшого количества ионного материала, например поваренной соли .
Жидкую воду можно разделить на элементы водород и кислород, пропуская через нее электрический ток — процесс, называемый электролизом . Разложение требует большего количества энергии, чем тепло, выделяемое при обратном процессе (285,8 кДж/ моль , или 15,9 МДж/кг). [96]
Жидкую воду можно считать несжимаемой для большинства целей: ее сжимаемость колеблется от 4,4 до5,1 × 10–10 Па –1 в обычных условиях . [97] Даже в океанах на глубине 4 км, где давление составляет 400 атм, объем воды уменьшается лишь на 1,8%. [98]
Вязкость воды составляет около 10–3 Па · с или 0,01 пуаз при 20 °C (68 °F), а скорость звука в жидкой воде колеблется от 1400 до 1540 метров в секунду (4600–5100 футов/с) в зависимости от по температуре. Звук распространяется в воде на большие расстояния с небольшим затуханием , особенно на низких частотах (примерно 0,03 дБ /км для 1 кГц ), это свойство используется китообразными и людьми для связи и зондирования окружающей среды ( сонары ). [99]
Металлические элементы, которые являются более электроположительными , чем водород, особенно щелочные и щелочноземельные металлы , такие как литий , натрий , кальций , калий и цезий , вытесняют водород из воды, образуя гидроксиды и выделяя водород. При высоких температурах углерод реагирует с паром с образованием оксида углерода и водорода. [ нужна цитата ]
Гидрология – это изучение движения, распределения и качества воды на Земле. Наукой о распространении воды является гидрография . Распределение и движение подземных вод — гидрогеология , ледников — гляциология , внутренних вод — лимнология , распространение океанов — океанография . Экологические процессы с гидрологией находятся в центре внимания экогидрологии .
Совокупная масса воды, находящаяся на, под и над поверхностью планеты, называется гидросферой . Приблизительный объем воды на Земле (общий запас воды в мире) составляет 1,386 миллиарда кубических километров (333 миллиона кубических миль). [23]
Жидкая вода встречается в водоемах , таких как океан, море, озеро, река, ручей, канал , пруд или лужа . Большую часть воды на Земле составляет морская вода . Вода также присутствует в атмосфере в твердом, жидком и парообразном состояниях. Он также существует в виде подземных вод в водоносных горизонтах .
Вода играет важную роль во многих геологических процессах. Грунтовые воды присутствуют в большинстве горных пород , и давление этих грунтовых вод влияет на структуру разломов . Вода в мантии ответственна за расплав, который производит вулканы в зонах субдукции . На поверхности Земли вода играет важную роль как в химических, так и в физических процессах выветривания . Вода и, в меньшей, но все же значительной степени, лед также ответственны за перенос большого количества осадков , происходящий на поверхности земли. Отложение перенесенных отложений образует многие типы осадочных пород , которые составляют геологическую летопись истории Земли .
Круговорот воды (известный с научной точки зрения как гидрологический цикл) — это непрерывный обмен воды внутри гидросферы , между атмосферой , почвенными водами, поверхностными водами , грунтовыми водами и растениями.
Вода постоянно перемещается через каждую из этих областей в водном цикле , состоящем из следующих процессов переноса:
Большая часть водяных паров, находящихся в основном в океане, возвращается в него, но ветры переносят водяной пар над сушей с той же скоростью, что и сток в море, около 47 Тт в год, в то время как испарение и транспирация, происходящие на суше, также вносят еще 72 Тт в год. Осадки со скоростью 119 Тт в год над сушей имеют несколько форм: чаще всего дождь, снег и град , с некоторым вкладом тумана и росы . [100] Роса — это маленькие капли воды, которые конденсируются, когда водяной пар высокой плотности встречается с прохладной поверхностью. Роса обычно образуется утром, когда температура самая низкая, незадолго до восхода солнца и когда температура земной поверхности начинает повышаться. [101] Конденсированная вода в воздухе также может преломлять солнечный свет , создавая радугу .
Водный сток часто собирается на водоразделах , впадающих в реки. Посредством эрозии сток формирует окружающую среду, создавая речные долины и дельты , которые обеспечивают богатую почву и ровную почву для создания населенных пунктов. Наводнение происходит, когда участок земли, обычно низменный, покрывается водой, что происходит, когда река выходит из берегов или происходит штормовой нагон. С другой стороны, засуха – это длительный период месяцев или лет, когда в регионе отмечается дефицит воды. Это происходит, когда в регионе выпадает постоянно меньше среднего количества осадков либо из-за его топографии, либо из-за его местоположения по широте .
Водные ресурсы – это природные ресурсы воды, которые потенциально полезны для человека, [102] например, как источник питьевого водоснабжения или оросительной воды. Вода встречается как «запасы», так и «потоки». Вода может храниться в виде озер, водяного пара, грунтовых вод или водоносных горизонтов, а также льда и снега. По оценкам, 69 процентов общего объема пресной воды в мире хранится в ледниках и постоянном снежном покрове; 30 процентов находится в грунтовых водах; а оставшийся 1 процент — в озерах, реках, атмосфере и биоте. [103] Продолжительность времени, в течение которого вода остается в хранилище, сильно варьируется: некоторые водоносные горизонты состоят из воды, хранящейся в течение тысяч лет, но объемы озер могут колебаться в зависимости от сезона, уменьшаясь в засушливые периоды и увеличиваясь во влажные периоды. Значительная часть водоснабжения в некоторых регионах состоит из воды, добываемой из воды, хранящейся в запасах, и когда забор превышает пополнение, запасы уменьшаются. По некоторым оценкам, до 30 процентов общего объема воды, используемой для орошения, поступает в результате неустойчивого забора грунтовых вод, что приводит к истощению грунтовых вод . [104]
Морская вода в среднем содержит около 3,5% хлорида натрия , а также меньшее количество других веществ. Физические свойства морской воды отличаются от пресной воды в некоторых важных отношениях. Он замерзает при более низкой температуре (около -1,9 ° C (28,6 ° F)) и его плотность увеличивается с понижением температуры до точки замерзания, вместо того, чтобы достигать максимальной плотности при температуре выше точки замерзания. Соленость воды в крупных морях колеблется от примерно 0,7% в Балтийском море до 4,0% в Красном море . ( Мертвое море , известное своим сверхвысоким уровнем солености (от 30 до 40%), на самом деле является соленым озером .)
Приливы — это циклические подъемы и падения местного уровня моря, вызванные приливными силами Луны и Солнца, действующими на океаны. Приливы вызывают изменения глубины морских и устьевых водоемов и создают колеблющиеся течения, известные как приливные потоки. Изменение прилива, возникающего в данном месте, является результатом изменения положения Луны и Солнца относительно Земли в сочетании с эффектами вращения Земли и местной батиметрии . Полоса морского побережья, которая погружается под воду во время прилива и обнажается во время отлива, — приливная зона — является важным экологическим продуктом океанских приливов.
С биологической точки зрения вода обладает множеством различных свойств, которые имеют решающее значение для распространения жизни. Он выполняет эту роль, позволяя органическим соединениям реагировать таким образом, который в конечном итоге обеспечивает репликацию . Все известные формы жизни зависят от воды. Вода жизненно важна как растворитель , в котором растворяются многие растворенные вещества организма, и как неотъемлемая часть многих метаболических процессов в организме. Метаболизм – это сумма анаболизма и катаболизма . При анаболизме вода удаляется из молекул (за счет энергии, требующей ферментативных химических реакций) для выращивания более крупных молекул (например, крахмалов, триглицеридов и белков для хранения топлива и информации). При катаболизме вода используется для разрыва связей с целью образования молекул меньшего размера (например, глюкозы, жирных кислот и аминокислот, которые будут использоваться в качестве топлива для использования в энергии или других целях). Без воды эти конкретные метаболические процессы не могли бы существовать.
Вода имеет основополагающее значение как для фотосинтеза, так и для дыхания. Фотосинтетические клетки используют солнечную энергию для отделения водорода от кислорода. [105] В присутствии солнечного света водород соединяется с CO.
2(абсорбируется из воздуха или воды) с образованием глюкозы и выделением кислорода. [106] Все живые клетки используют такое топливо и окисляют водород и углерод, чтобы улавливать солнечную энергию и преобразовывать воду и CO.
2в процессе (клеточное дыхание).
Вода также играет центральную роль в кислотно-щелочной нейтральности и функции ферментов. Кислота, ион водорода ( H+
, то есть донор протона), может быть нейтрализован основанием, акцептором протона, таким как гидроксид-ион ( OH−
) с образованием воды. Вода считается нейтральной, ее pH (отрицательный логарифм концентрации ионов водорода) равен 7. Кислоты имеют значения pH менее 7, а основания имеют значения более 7.
Поверхностные воды Земли наполнены жизнью. Самые ранние формы жизни появились в воде; почти все рыбы живут исключительно в воде, и существует множество видов морских млекопитающих, таких как дельфины и киты. Некоторые виды животных, например амфибии , проводят часть своей жизни в воде, а часть — на суше. Такие растения, как ламинария и водоросли , растут в воде и являются основой некоторых подводных экосистем. Планктон обычно является основой пищевой цепи океана .
Чтобы выжить, водным позвоночным необходимо получать кислород, и они делают это разными способами. У рыб вместо легких есть жабры , хотя у некоторых видов рыб, например двоякодышащих , есть и то, и другое. Морским млекопитающим , таким как дельфины, киты, выдры и тюлени , необходимо периодически всплывать на поверхность, чтобы подышать воздухом. Некоторые земноводные способны поглощать кислород через кожу. Беспозвоночные демонстрируют широкий спектр модификаций для выживания в водах с низким содержанием кислорода, включая дыхательные трубки (см. Сифоны насекомых и моллюсков ) и жабры ( Carcinus ). Однако по мере того, как жизнь беспозвоночных развивалась в водной среде обитания, большинство из них практически не специализировались на дыхании в воде.
Цивилизация исторически процветала вокруг рек и крупных водных путей; Месопотамия , одна из так называемых колыбелей цивилизации , располагалась между крупными реками Тигр и Евфрат ; древнее общество египтян полностью зависело от Нила . Ранняя цивилизация долины Инда ( ок. 3300 г. до н. э. – ок. 1300 г. до н. э .) развивалась вдоль реки Инд и притоков, вытекающих из Гималаев . Рим также был основан на берегах итальянской реки Тибр . Крупные мегаполисы, такие как Роттердам , Лондон , Монреаль , Париж , Нью-Йорк , Буэнос-Айрес , Шанхай , Токио , Чикаго и Гонконг , отчасти обязаны своим успехом легкому доступу по воде и связанному с этим расширению торговли. По той же причине процветают острова с безопасными водными портами, такие как Сингапур . В таких местах, как Северная Африка и Ближний Восток, где воды еще больше не хватает, доступ к чистой питьевой воде был и остается основным фактором человеческого развития.
Воду, пригодную для потребления человеком, называют питьевой водой или питьевой водой. Воду, не пригодную для питья, можно сделать питьевой путем фильтрации или дистилляции или с помощью ряда других методов . Более 660 миллионов человек не имеют доступа к безопасной питьевой воде. [107] [108]
Вода, которая непригодна для питья, но не представляет вреда для человека при использовании для плавания или купания, называется по-разному, кроме питьевой или питьевой воды, и иногда называется безопасной водой или «безопасной для купания». Хлор вызывает раздражение кожи и слизистых оболочек и используется для того, чтобы сделать воду безопасной для купания или питья. Его использование является высокотехнологичным и обычно контролируется государственными постановлениями (обычно 1 часть на миллион (ppm) для питьевой воды и 1–2 ppm хлора, еще не прореагировавшего с примесями, для воды для купания). Воду для купания можно поддерживать в удовлетворительном микробиологическом состоянии с помощью химических дезинфицирующих средств, таких как хлор или озон , или с помощью ультрафиолетового излучения.
Рекультивация воды — это процесс преобразования сточных вод (чаще всего сточных вод , также называемых городскими сточными водами) в воду, которую можно повторно использовать для других целей. В странах с нехваткой воды проживают 2,3 миллиарда человек, а это означает, что каждый человек получает менее 1700 кубических метров (60 000 куб футов) воды в год. Ежегодно во всем мире образуется 380 миллиардов кубических метров (13 × 10 12 кубических футов) городских сточных вод. [109] [110] [111]
Пресная вода является возобновляемым ресурсом, циркулирующим в естественном гидрологическом цикле , но проблемы с доступом к ней возникают из-за естественного неравномерного распределения в пространстве и времени, растущих экономических потребностей со стороны сельского хозяйства и промышленности, а также роста населения. В настоящее время почти миллиард человек во всем мире не имеют доступа к безопасной и доступной воде. В 2000 году Организация Объединенных Наций установила Цели развития тысячелетия по воде, которые должны сократить вдвое к 2015 году долю людей во всем мире, не имеющих доступа к безопасной воде и канализации . Прогресс в достижении этой цели был неравномерным, и в 2015 году ООН взяла на себя обязательства по достижению Целей устойчивого развития по обеспечению всеобщего доступа к безопасной и доступной воде и санитарии к 2030 году. Плохое качество воды и плохие санитарные условия смертельны; около пяти миллионов смертей в год вызваны болезнями, связанными с водой. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, безопасная вода может предотвратить 1,4 миллиона детских смертей от диареи каждый год. [112]
В развивающихся странах 90% всех городских сточных вод по-прежнему попадает неочищенными в местные реки и ручьи. [113] Около 50 стран, в которых проживает примерно треть мирового населения, также страдают от средней или высокой нехватки воды , и 17 из них ежегодно добывают больше воды, чем пополняется в результате их естественного водного цикла. [114] Этот штамм не только поражает поверхностные пресноводные объекты, такие как реки и озера, но также приводит к деградации ресурсов подземных вод.
Наиболее существенное использование воды человеком приходится на сельское хозяйство, включая орошаемое земледелие, на долю которого приходится от 80 до 90 процентов общего потребления воды человеком. [116] В Соединенных Штатах 42% пресной воды, забираемой для использования, идет на орошение, но подавляющее большинство «потребленной» воды (используемой и не возвращаемой в окружающую среду) идет на сельское хозяйство. [117]
Доступ к пресной воде часто воспринимается как нечто само собой разумеющееся, особенно в развитых странах, которые построили сложные водные системы для сбора, очистки и доставки воды, а также удаления сточных вод. Но растущее экономическое, демографическое и климатическое давление усиливает обеспокоенность по поводу водных проблем, что приводит к усилению конкуренции за фиксированные водные ресурсы, что приводит к появлению концепции пикового уровня воды . [118] Поскольку население и экономика продолжают расти, потребление водожадного мяса увеличивается, а также растет новый спрос на биотопливо или новые водоемкие отрасли, вероятны новые проблемы с водой. [119]
Оценка управления водными ресурсами в сельском хозяйстве была проведена в 2007 году Международным институтом управления водными ресурсами в Шри-Ланке, чтобы выяснить, достаточно ли в мире воды для обеспечения продовольствием растущего населения. [120] Он оценил текущую доступность воды для сельского хозяйства в глобальном масштабе и наметил места, страдающие от нехватки воды. Было обнаружено, что пятая часть населения мира, более 1,2 миллиарда человек, живет в районах физической нехватки воды , где воды недостаточно для удовлетворения всех потребностей. Еще 1,6 миллиарда человек живут в районах, испытывающих экономический дефицит воды , где отсутствие инвестиций в воду или недостаточный человеческий потенциал не позволяют властям удовлетворить спрос на воду. В докладе говорится, что в будущем можно будет производить необходимое продовольствие, но продолжение сегодняшних тенденций в области производства продуктов питания и окружающей среды приведет к кризисам во многих частях мира. Чтобы избежать глобального водного кризиса, фермерам придется стремиться повысить производительность для удовлетворения растущего спроса на продовольствие, в то время как промышленность и города найдут способы более эффективно использовать воду. [121]
Дефицит воды также вызван производством водоемкой продукции. Например, хлопок : для производства 1 кг хлопка — эквивалента пары джинсов — требуется 10,9 кубических метров (380 куб футов) воды. Хотя на долю хлопка приходится 2,4% мирового потребления воды, вода потребляется в регионах, которые уже находятся под угрозой нехватки воды. Был нанесен значительный экологический ущерб: например, отвод воды бывшим Советским Союзом из рек Амударья и Сырдарья для производства хлопка во многом стал причиной исчезновения Аральского моря . [122]
7 апреля 1795 года во Франции грамм был определен как равный «абсолютному весу объема чистой воды, равному кубу одной сотой метра, при температуре тающего льда». [123] Однако для практических целей требовался металлический эталон, в тысячу раз более массивный — килограмм. Поэтому была поручена работа по точному определению массы одного литра воды. Несмотря на то, что в принятом определении грамма воды указана температура 0 °C (32 °F) — очень воспроизводимая температура — ученые решили переопределить стандарт и проводить измерения при температуре наибольшей плотности воды , что соответствует в то время измерялась как 4 ° C (39 ° F). [124]
Температурная шкала Кельвина в системе СИ была основана на тройной точке воды, определенной как ровно 273,16 К (0,01 ° C; 32,02 ° F), но по состоянию на май 2019 года вместо этого она основана на постоянной Больцмана . Шкала представляет собой абсолютную температурную шкалу с тем же шагом, что и температурная шкала Цельсия, которая изначально определялась в соответствии с температурой кипения (установленной на 100 °C (212 °F)) и температурой плавления (установленной на 0 °C (32 °F)). F)) воды.
Природная вода состоит в основном из изотопов водорода-1 и кислорода-16, но имеется также небольшое количество более тяжелых изотопов кислорода-18, кислорода-17 и водорода-2 ( дейтерий ). Процент более тяжелых изотопов очень мал, но он все равно влияет на свойства воды. Вода из рек и озер, как правило, содержит меньше тяжелых изотопов, чем морская вода. Таким образом, стандартная вода определена в Венской стандартной спецификации средней океанской воды .
В организме человека содержится от 55% до 78% воды, в зависимости от размера тела. [125] [ источник, созданный пользователем? ] Для правильного функционирования организму требуется от одного до семи литров (0,22 и 1,54 имп галлона; 0,26 и 1,85 галлона США) [ нужна ссылка ] воды в день, чтобы избежать обезвоживания ; точное количество зависит от уровня активности, температуры, влажности и других факторов. Большая часть этого вещества поступает в организм с пищей или напитками, а не с простой водой. Неясно, сколько воды необходимо здоровым людям, хотя Британская диетическая ассоциация сообщает, что 2,5 литра воды в день — это минимум для поддержания надлежащей гидратации, включая 1,8 литра (6–7 стаканов), получаемых непосредственно из напитков. [126] Медицинская литература отдает предпочтение меньшему потреблению воды, обычно 1 литру для среднего мужчины, исключая дополнительные потребности, связанные с потерей жидкости из-за физических упражнений или теплой погоды. [127]
Здоровые почки могут выделять от 0,8 до 1 литра воды в час, но стресс, такой как физические упражнения, может уменьшить это количество. Во время тренировок люди могут пить гораздо больше воды, чем необходимо, что подвергает их риску водной интоксикации (гипергидратации), которая может быть фатальной. [128] [129] Популярное утверждение о том, что «человек должен выпивать восемь стаканов воды в день», похоже, не имеет реального научного обоснования. [130] Исследования показали, что дополнительное потребление воды, особенно до 500 миллилитров (18 имп жидких унций; 17 жидких унций США) во время еды, было связано с потерей веса. [131] [132] [133] [134] [135] [136] Адекватное потребление жидкости помогает предотвратить запоры. [137]
Первоначальная рекомендация по потреблению воды, составленная в 1945 году Советом по продовольствию и питанию Национального исследовательского совета США, гласила: «Обычная норма для разных людей составляет 1 миллилитр на каждую калорию пищи. Большая часть этого количества содержится в готовых продуктах». [138] В последнем отчете Национального исследовательского совета США о потреблении воды в целом рекомендуется на основе медианного общего потребления воды по данным опросов в США (включая источники пищи): 3,7 литра (0,81 имп галлона; 0,98 галлона США) для мужчин и 2,7 литра (0,59 имп галлона; 0,71 галлона США) общего количества воды для женщин, при этом следует отметить, что вода, содержащаяся в пище, обеспечивала примерно 19% общего потребления воды в опросе. [139]
В частности, беременным и кормящим женщинам необходимо дополнительное питье, чтобы избежать обезвоживания. Институт медицины США рекомендует в среднем мужчинам потреблять 3 литра (0,66 имп галлона; 0,79 галлона США), а женщинам — 2,2 литра (0,48 имп галлона; 0,58 галлона США); беременным женщинам следует увеличить потребление до 2,4 литра (0,53 имп галлона; 0,63 галлона США), а кормящим женщинам — до 3 литров (12 чашек), поскольку особенно большое количество жидкости теряется во время кормления грудью. [140] Также отмечается, что обычно около 20% потребляемой воды поступает с пищей, а остальная часть — с питьевой водой и напитками ( включая кофеин ). Вода выводится из организма в различных формах; через мочу и кал , через потоотделение и при выдыхании водяного пара. При физических нагрузках и воздействии тепла потеря воды увеличивается, а также может увеличиваться ежедневная потребность в жидкости.
Человеку необходима вода с небольшим количеством примесей. Общие примеси включают соли и оксиды металлов, включая медь, железо, кальций и свинец, [141] [ нужна полная ссылка ] и вредные бактерии, такие как вибрионы . Некоторые растворенные вещества приемлемы и даже желательны для улучшения вкуса и обеспечения необходимых электролитов . [142]
Самым крупным (по объему) ресурсом пресной воды, пригодным для питья, является озеро Байкал в Сибири. [143]
Мытье – это метод очистки , обычно с использованием воды и мыла или моющего средства . Мытье, а затем ополаскивание тела и одежды является важной частью хорошей гигиены и здоровья. [ нужна цитата ]
Часто люди используют мыло и моющие средства, чтобы эмульгировать масла и частицы грязи, чтобы их можно было смыть. Мыло можно наносить непосредственно или с помощью мочалки .
Люди моются или купаются периодически во время религиозных ритуалов или терапевтических целей [144] или в качестве развлекательной деятельности.
В Европе некоторые люди используют биде для мытья наружных половых органов и анальной области после туалета вместо использования туалетной бумаги . [145] Биде распространено в преимущественно католических странах , где вода считается необходимой для очищения ануса . [146]
Чаще мыть только руки , например, до и после приготовления пищи и приема пищи, после посещения туалета, после контакта с чем-то грязным и т. д. Мытье рук важно для уменьшения распространения микробов . [147] [148] Также распространенным является умывание лица после пробуждения или для сохранения прохлады в течение дня. Чистка зубов также важна для гигиены и является частью мытья.
«Стирка» также может относиться к стирке одежды или других предметов из ткани, например простыней, вручную или в стиральной машине . Это также может относиться к мытью автомобиля : намыливанию кузова автомобильным мылом, а затем ополаскиванию его из шланга или мытью посуды .
Морской транспорт (или морской транспорт) или, в более общем смысле, водный транспорт — это перевозка людей ( пассажиров ) или товаров ( грузов ) по водным путям . Морские перевозки грузов широко использовались на протяжении всей истории человечества . Появление авиации уменьшило важность морских путешествий для пассажиров, хотя они по-прежнему популярны для коротких поездок и прогулочных круизов . Водный транспорт дешевле, чем воздушный или наземный, [151] но на большие расстояния значительно медленнее. По данным ЮНКТАД в 2020 году, на морской транспорт приходится около 80% международной торговли .
Морские перевозки могут осуществляться на любые расстояния на лодке, корабле, паруснике или барже , по океанам и озерам, по каналам или рекам. Доставка может осуществляться в коммерческих целях , для отдыха или в военных целях. Хотя обширное внутреннее судоходство сегодня менее важно, основные водные пути мира, включая множество каналов, по-прежнему очень важны и являются неотъемлемой частью мировой экономики . В частности, любой материал может перемещаться водой; однако водный транспорт становится непрактичным, когда доставка материалов критична по времени, например, различных видов скоропортящихся продуктов . Тем не менее, водный транспорт очень эффективен с точки зрения затрат при регулярных регулярных перевозках грузов, таких как трансокеанские перевозки потребительских товаров, и особенно при перевозке тяжелых грузов или навалочных грузов , таких как уголь , кокс , руда или зерно . Можно утверждать, что промышленная революция оказала свое первое влияние тогда, когда дешевый водный транспорт по каналам, судоходство или перевозки всеми типами плавсредств по естественным водным путям поддерживали экономически эффективные перевозки массовых грузов .
Контейнеризация произвела революцию в морских перевозках, начиная с 1970-х годов. К «генеральным грузам» относятся товары, упакованные в ящики, ящики, поддоны и бочки. Когда груз перевозится более чем одним видом транспорта, он является интермодальным или комодальным .Вода широко используется в химических реакциях в качестве растворителя или реагента и реже в качестве растворенного вещества или катализатора. В неорганических реакциях вода является распространенным растворителем, растворяющим многие ионные соединения, а также другие полярные соединения, такие как аммиак и соединения, тесно связанные с водой . В органических реакциях его обычно не используют в качестве реакционного растворителя, поскольку он плохо растворяет реагенты и является амфотерным (кислотным и основным) и нуклеофильным . Тем не менее, эти свойства иногда желательны. Также наблюдалось ускорение реакций Дильса-Альдера водой. Сверхкритическая вода в последнее время стала предметом исследований. Насыщенная кислородом сверхкритическая вода эффективно сжигает органические загрязнители.
Вода и пар являются распространенной жидкостью, используемой для теплообмена , из-за ее доступности и высокой теплоемкости как для охлаждения, так и для нагрева. Прохладную воду можно получить даже из озера или моря. Особенно эффективен перенос тепла посредством испарения и конденсации воды из-за большой скрытой теплоты испарения . Недостатком является то, что металлы, обычно встречающиеся в таких отраслях, как сталь и медь, быстрее окисляются неочищенной водой и паром. Почти на всех тепловых электростанциях вода используется в качестве рабочего тела (используется в замкнутом контуре между котлом, паровой турбиной и конденсатором) и теплоносителя (используется для обмена отходящего тепла с водным объектом или отвода его с помощью теплоносителя). испарение в градирне ). В Соединенных Штатах наибольшее использование воды приходится на охлаждающие электростанции. [152]
В атомной энергетике вода также может использоваться в качестве замедлителя нейтронов . В большинстве ядерных реакторов вода является одновременно теплоносителем и замедлителем. Это обеспечивает своего рода пассивную меру безопасности, поскольку удаление воды из реактора также замедляет ядерную реакцию . Однако для остановки реакции предпочтительны другие методы, и предпочтительно держать ядерную зону покрытой водой, чтобы обеспечить адекватное охлаждение.
Вода имеет высокую теплоту парообразования и относительно инертна, что делает ее хорошей жидкостью для пожаротушения . Испарение воды уносит тепло от огня. Опасно использовать воду для тушения пожаров, связанных с маслами и органическими растворителями, поскольку многие органические материалы плавают в воде, а вода имеет тенденцию распространять горящую жидкость.
При использовании воды при пожаротушении следует также учитывать опасность взрыва пара , который может возникнуть при использовании воды при тушении очень горячих пожаров в замкнутых пространствах, и взрыва водорода, когда вещества, вступающие в реакцию с водой, например, некоторые металлы или горячий углерод, такой как уголь, древесный уголь или графит кокса , разлагают воду, образуя водяной газ .
Мощь таких взрывов была продемонстрирована в Чернобыльской катастрофе , хотя вода, задействованная в этом случае, поступила не от пожаротушения, а из собственной системы водяного охлаждения реактора. Паровой взрыв произошел, когда из-за сильного перегрева активной зоны вода превратилась в пар. Взрыв водорода мог произойти в результате реакции пара с горячим цирконием .
Оксиды некоторых металлов, особенно оксиды щелочных и щелочноземельных металлов , при реакции с водой выделяют так много тепла, что может возникнуть опасность пожара. Негашеная известь оксида щелочноземельных металлов , также известная как оксид кальция, представляет собой вещество массового производства, которое часто транспортируют в бумажных мешках. Если они намокнут, они могут воспламениться, поскольку их содержимое вступит в реакцию с водой. [153]
Люди используют воду для многих рекреационных целей, а также для тренировок и занятий спортом. Некоторые из них включают плавание, катание на водных лыжах , катание на лодках , серфинг и дайвинг . Кроме того, на льду играют в некоторые виды спорта, такие как хоккей и катание на коньках . Берега озер, пляжи и аквапарки являются популярными местами для отдыха и развлечений. Многие находят звук и вид текущей воды успокаивающими, а фонтаны и другие сооружения с текущей водой являются популярным украшением. Некоторые держат рыбу и другую флору и фауну в аквариумах или прудах для зрелища, развлечения и общения. Люди также используют воду для занятий зимними видами спорта, такими как катание на лыжах , санках , снегоходах или сноуборде , для которых требуется, чтобы вода была низкой температуры либо в виде льда, либо в виде кристаллизованного снега .
Водохозяйственная отрасль предоставляет услуги питьевой воды и сточных вод (включая очистку сточных вод ) домохозяйствам и промышленности. Объекты водоснабжения включают колодцы , цистерны для сбора дождевой воды , сети водоснабжения и водоочистные сооружения, резервуары для воды , водонапорные башни , водопроводы, включая старые акведуки . Генераторы атмосферной воды находятся в разработке.
Питьевую воду часто собирают из родников , добывают из искусственных скважин (колодцев) в земле или откачивают из озер и рек. Таким образом, строительство большего количества колодцев в подходящих местах является возможным способом производства большего количества воды при условии, что водоносные горизонты могут обеспечить достаточный поток. Другие источники воды включают сбор дождевой воды. Вода может потребовать очистки для потребления человеком. Это может включать удаление нерастворенных веществ, растворенных веществ и вредных микробов . Популярными методами являются фильтрация песком, которая удаляет только нерастворенный материал, а хлорирование и кипячение убивают вредные микробы. Дистилляция выполняет все три функции. Существуют более продвинутые методы, такие как обратный осмос . Опреснение обильной морской воды является более дорогим решением, используемым в прибрежном засушливом климате .
Распределение питьевой воды осуществляется через муниципальные системы водоснабжения , доставку в цистернах или в виде бутилированной воды . Правительства многих стран имеют программы по бесплатной раздаче воды нуждающимся.
Другим вариантом является сокращение потребления за счет использования питьевой (питьевой) воды только для потребления человеком. В некоторых городах, таких как Гонконг, морская вода широко используется для смыва туалетов по всему городу, чтобы сохранить ресурсы пресной воды .
Загрязнение воды может быть самым большим злоупотреблением водой; в той степени, в которой загрязнитель ограничивает другие виды использования воды, он становится пустой тратой ресурса, независимо от выгоды для загрязнителя. Как и другие виды загрязнения, оно не входит в стандартный учет рыночных издержек, поскольку рассматривается как внешние эффекты , которые рынок не может учесть. Таким образом, расплачиваться за загрязнение воды платят другие люди, а прибыль частных фирм не перераспределяется среди местного населения, ставшего жертвой этого загрязнения. Фармацевтические препараты , потребляемые людьми, часто попадают в водные пути и могут оказывать пагубное воздействие на водную флору и фауну, если они биоаккумулируются и не поддаются биоразложению .
Муниципальные и промышленные сточные воды обычно очищаются на очистных сооружениях . Смягчение загрязнения поверхностных стоков решается с помощью различных методов предотвращения и очистки .
Многие промышленные процессы основаны на реакциях с использованием химических веществ, растворенных в воде, суспендировании твердых веществ в водных суспензиях или использовании воды для растворения и извлечения веществ, а также для мытья продуктов или технологического оборудования. Такие процессы, как добыча полезных ископаемых , химическая целлюлоза , отбеливание целлюлозы , производство бумаги , производство текстиля, крашение, печать и охлаждение электростанций, используют большое количество воды, требуя специального источника воды, и часто вызывают значительное загрязнение воды.
Вода используется в производстве электроэнергии . Гидроэлектроэнергия – это электроэнергия, получаемая из гидроэлектроэнергии . Гидроэлектроэнергия вырабатывается за счет воды, приводящей в движение водяную турбину, соединенную с генератором. Гидроэлектроэнергия является дешевым, экологически чистым и возобновляемым источником энергии. Энергия подается за счет движения воды. Обычно плотину строят на реке, создавая за ней искусственное озеро. Вода, вытекающая из озера, прогоняется через турбины, которые вращают генераторы.
Вода под давлением используется в водоструйных и водоструйных резцах . Для точной резки используются водяные пистолеты высокого давления. Он работает очень хорошо, относительно безопасен и не наносит вреда окружающей среде. Он также используется при охлаждении оборудования для предотвращения перегрева или предотвращения перегрева пильных полотен.
Вода также используется во многих промышленных процессах и машинах, таких как паровая турбина и теплообменник , помимо использования в качестве химического растворителя . Сброс неочищенной воды промышленных предприятий является загрязнением . Загрязнение включает сбрасываемые растворенные вещества (химическое загрязнение) и сбрасываемую охлаждающую воду ( тепловое загрязнение ). Промышленность требует чистой воды для многих применений и использует различные методы очистки как при водоснабжении, так и при сбросе воды.
Кипячение , приготовление на пару и тушение — популярные методы приготовления пищи, которые часто требуют погружения продуктов в воду или ее газообразное состояние (пар). [154] Вода также используется для мытья посуды . Вода также играет важную роль в области пищевой науки .
Растворенные вещества , такие как соли и сахара, содержащиеся в воде, влияют на физические свойства воды. На температуру кипения и замерзания воды влияют растворенные вещества, а также давление воздуха , которое, в свою очередь, зависит от высоты. Вода кипит при более низких температурах и более низком давлении воздуха, которое наблюдается на больших высотах. Один моль сахарозы (сахара) на килограмм воды повышает температуру кипения воды на 0,51 ° C (0,918 ° F), а один моль соли на кг повышает температуру кипения на 1,02 ° C (1,836 ° F); Точно так же увеличение количества растворенных частиц снижает температуру замерзания воды. [155]
Растворенные вещества в воде также влияют на активность воды, что влияет на многие химические реакции и рост микробов в пище. [156] Активность воды можно описать как отношение давления пара воды в растворе к давлению пара чистой воды. [155] Растворенные вещества в воде снижают активность воды — это важно знать, поскольку рост большинства бактерий прекращается при низких уровнях активности воды. [156] Рост микробов влияет не только на безопасность пищевых продуктов, но также на их сохранность и срок годности.
Жесткость воды также является критическим фактором в пищевой промышленности, и ее можно изменить или обработать с помощью химической ионообменной системы. Это может существенно повлиять на качество продукта, а также сыграть роль в санитарии. Жесткость воды классифицируется в зависимости от концентрации карбоната кальция, содержащегося в воде. Вода классифицируется как мягкая, если она содержит менее 100 мг/л (Великобритания) [157] или менее 60 мг/л (США). [158]
Согласно отчету, опубликованному организацией Water Footprint в 2010 году, на один килограмм говядины требуется 15 тысяч литров (3,3 × 10 3 имп галлона; 4,0 × 10 3 галлона США) воды; однако авторы также поясняют, что это средний мировой показатель, и количество воды, используемой при производстве говядины, определяется косвенными факторами. [159]
Вода для инъекций включена в список важнейших лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения . [160]
Большая часть воды во Вселенной образуется как побочный продукт звездообразования . Образование звезд сопровождается сильным внешним ветром из газа и пыли. Когда этот истечение материала в конечном итоге воздействует на окружающий газ, возникающие ударные волны сжимают и нагревают газ. Наблюдаемая вода быстро образуется в этом теплом плотном газе. [162]
22 июля 2011 года в отчете описывалось открытие гигантского облака водяного пара, содержащего «в 140 триллионов раз больше воды, чем все океаны Земли вместе взятые» вокруг квазара, расположенного на расстоянии 12 миллиардов световых лет от Земли. По словам исследователей, «открытие показывает, что вода преобладала во Вселенной почти на протяжении всего ее существования». [163] [164]
Вода была обнаружена в межзвездных облаках Млечного Пути . [165] Вода, вероятно, существует в изобилии и в других галактиках, поскольку ее компоненты, водород и кислород, являются одними из самых распространенных элементов во Вселенной. Судя по моделям формирования и эволюции Солнечной системы и других звездных систем, большинство других планетных систем, вероятно, имеют аналогичные ингредиенты.
Вода присутствует в виде пара в:
Жидкая вода присутствует на Земле и покрывает 71% ее поверхности. [22] Жидкая вода также иногда присутствует в небольших количествах на Марсе . [186] Ученые полагают, что жидкая вода присутствует на сатурнианских спутниках Энцелада в виде океана толщиной 10 километров примерно в 30–40 километрах ниже южной полярной поверхности Энцелада, [187] [188] и на Титане в качестве подземного слоя, возможно, смешанный с аммиаком . [189] Спутник Юпитера Европа имеет характеристики поверхности, которые предполагают наличие под поверхностью жидкого водного океана. [190] Жидкая вода также может существовать на спутнике Юпитера Ганимеде в виде слоя, зажатого между льдом под высоким давлением и скальной породой. [191]
Вода присутствует в виде льда на:
А также, вероятно, присутствует на:
Вода и другие летучие вещества , вероятно, составляют большую часть внутренней структуры Урана и Нептуна , а вода в более глубоких слоях может находиться в форме ионной воды , в которой молекулы распадаются на суп из ионов водорода и кислорода, а еще глубже - в виде суперионной воды. вода , в которой кислород кристаллизуется, но ионы водорода свободно плавают внутри кислородной решетки. [210]
Существование жидкой воды и, в меньшей степени, ее газообразных и твердых форм на Земле жизненно важно для существования жизни на Земле , какой мы ее знаем. Земля расположена в обитаемой зоне Солнечной системы ; если бы он находился немного ближе или дальше от Солнца (около 5%, или около 8 миллионов километров), условия, позволяющие одновременно присутствовать трем формам, были бы гораздо менее вероятными. [211] [212]
Гравитация Земли позволяет ей удерживать атмосферу . Водяной пар и углекислый газ в атмосфере создают температурный буфер ( парниковый эффект ), который помогает поддерживать относительно стабильную температуру поверхности. Если бы Земля была меньше, более тонкая атмосфера допускала бы экстремальные температуры, предотвращая тем самым накопление воды, за исключением полярных ледяных шапок (как на Марсе ). [ нужна цитата ]
Температура поверхности Земли была относительно постоянной на протяжении геологического времени , несмотря на различные уровни приходящей солнечной радиации ( инсоляции ), что указывает на то, что динамический процесс управляет температурой Земли через комбинацию парниковых газов и поверхностного или атмосферного альбедо . Это предложение известно как гипотеза Геи . [ нужна цитата ]
Состояние воды на планете зависит от давления окружающей среды, которое определяется гравитацией планеты. Если планета достаточно массивна, вода на ней может быть твердой даже при высоких температурах из-за высокого давления, вызванного гравитацией, как это наблюдалось на экзопланетах Gliese 436 b [213] и GJ 1214 b . [214]
Водная политика – это политика, затрагиваемая водой и водными ресурсами . Вода, особенно пресная, является стратегическим ресурсом во всем мире и важным элементом многих политических конфликтов. Это оказывает негативное воздействие на здоровье и наносит ущерб биоразнообразию.
Доступ к безопасной питьевой воде улучшился за последние десятилетия почти во всех частях мира, но примерно один миллиард человек по-прежнему не имеет доступа к безопасной воде, а более 2,5 миллиардов человек не имеют доступа к адекватным санитарным услугам . [215] Однако, по оценкам некоторых наблюдателей, к 2025 году более половины населения мира столкнется с уязвимостью, связанной с водой. [216] В докладе, опубликованном в ноябре 2009 года, предполагается, что к 2030 году в некоторых развивающихся регионах мира спрос на воду превысит предложение на 50%. [217]
С 1990 года 1,6 миллиарда человек получили доступ к безопасному источнику воды. [218] По оценкам , доля людей в развивающихся странах , имеющих доступ к безопасной воде, увеличилась с 30% в 1970 году [219] до 71% в 1990 году, 79%. в 2000 г. и 84% в 2004 г. [215]
В отчете Организации Объединенных Наций за 2006 год говорится, что «воды достаточно для всех», но доступ к ней затруднен из-за бесхозяйственности и коррупции. [220] Кроме того, глобальные инициативы по повышению эффективности оказания помощи, такие как Парижская декларация об эффективности помощи , не были подхвачены донорами водного сектора так же эффективно, как в сфере образования и здравоохранения, что потенциально приводит к тому, что несколько доноров будут работать над дублирующиеся проекты и правительства-получатели без полномочий действовать. [221]
Авторы Комплексной оценки управления водными ресурсами в сельском хозяйстве 2007 года назвали плохое управление одной из причин некоторых форм нехватки воды. Управление водными ресурсами – это набор формальных и неформальных процессов, посредством которых принимаются решения, связанные с управлением водными ресурсами. Хорошее управление водными ресурсами заключается, прежде всего, в знании того, какие процессы работают лучше всего в конкретном физическом и социально-экономическом контексте. Иногда совершались ошибки при попытке применить «чертежи», которые работают в развитом мире, к местам и контекстам развивающихся стран. Река Меконг является одним из примеров; Обзор политики шести стран, которые полагаются на воду из реки Меконг, проведенный Международным институтом управления водными ресурсами, показал, что тщательный и прозрачный анализ затрат и выгод и оценки воздействия на окружающую среду проводились редко. Они также обнаружили, что проект закона о воде в Камбодже гораздо сложнее, чем должен был быть. [222]
В 2004 году британская благотворительная организация WaterAid сообщила, что каждые 15 секунд умирает ребенок от легко предотвратимых заболеваний, связанных с водой; часто это означает отсутствие канализации . [ нужна цитата ]
С 2003 года Доклад ООН о состоянии водных ресурсов мира , подготовленный Программой оценки мировых водных ресурсов ЮНЕСКО , предоставляет лицам, принимающим решения, инструменты для разработки устойчивой водной политики . [223] В докладе за 2023 год говорится, что два миллиарда человек (26% населения) не имеют доступа к питьевой воде , а 3,6 миллиарда (46%) не имеют доступа к безопасно организованной канализации. [224] К 2050 году население городских районов (2,4 миллиарда человек) столкнется с нехваткой воды. [223] Дефицит воды считается эндемическим из-за чрезмерного потребления и загрязнения . [225] В докладе говорится, что 10% населения мира проживает в странах с высоким или критическим водным дефицитом. Тем не менее, за последние 40 лет потребление воды увеличивалось примерно на 1% в год и, как ожидается, будет расти такими же темпами до 2050 года. С 2000 года наводнения в тропиках увеличились в четыре раза, а наводнения в северных средних широтах увеличились на коэффициент 2,5. [226] Стоимость этих наводнений в период с 2000 по 2019 год составила 100 000 смертей и 650 миллионов долларов США. [223]
К организациям, занимающимся охраной воды, относятся Международная водная ассоциация (IWA), WaterAid, Water 1st и Американская ассоциация водных ресурсов. Международный институт управления водными ресурсами реализует проекты с целью использования эффективного управления водными ресурсами для сокращения бедности. Конвенциями, связанными с водными ресурсами, являются Конвенция Организации Объединенных Наций по борьбе с опустыниванием (КБО ООН), Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов , Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву и Рамсарская конвенция . Всемирный день воды отмечается 22 марта [227] , а Всемирный день океанов — 8 июня. [228]
В большинстве религий вода считается очистителем. Веры, включающие ритуальное омовение ( омовение ), включают христианство , [229] индуизм , ислам , иудаизм , движение растафари , синтоизм , даосизм и викку . Погружение (или окропление или обливание ) человека в воду — центральное Таинство христианства (где оно называется крещением ); это также часть практики других религий, включая ислам ( гусль ), иудаизм ( миква ) и сикхизм ( амрит санскар ). Кроме того, во многих религиях, включая ислам и иудаизм, над умершими совершается ритуальное омовение в чистой воде. В исламе пятидневные молитвы в большинстве случаев можно совершать после омовения определенных частей тела чистой водой ( вуду ), если вода недоступна (см. Тайаммум ). В синтоизме вода используется практически во всех ритуалах для очищения человека или территории (например, в ритуале мисоги ).
В христианстве святая вода — это вода, освященная священником с целью крещения , благословения людей, мест и предметов или как средство отражения зла. [230] [231]
В зороастризме вода ( āb ) почитается как источник жизни. [232]
Древнегреческий философ Эмпедокл рассматривал воду как один из четырех классических элементов (наряду с огнем, землей и воздухом ) и считал ее юлемом , или основной субстанцией вселенной. Фалес , которого Аристотель изображал астрономом и инженером, выдвинул теорию, что земля, более плотная, чем вода, возникла из воды. Фалес, монист , полагал далее, что все вещи созданы из воды. Платон считал, что вода имеет форму икосаэдра , который легче течет по сравнению с землей, имеющей форму куба. [233]
Теория четырех телесных жидкостей связывала воду со слизью как холодную и влажную. Классический элемент воды также был одним из пяти элементов в традиционной китайской философии (наряду с землей , огнем , деревом и металлом ).
Некоторые традиционные и популярные азиатские философские системы считают воду образцом для подражания. В переводе « Дао Дэ Цзин» , сделанном Джеймсом Леггом в 1891 году, говорится: «Высшее совершенство подобно воде. Превосходство воды проявляется в том, что она приносит пользу всему сущему и занимает, не стремясь (к противоположному), низкое место, которое не нравится всем людям. Следовательно (его путь) близок к (пути) Дао » и «Нет ничего в мире более мягкого и слабого, чем вода, и все же для нападения на твердые и сильные вещи нет ничего это может иметь приоритет над ним, поскольку нет ничего (настолько эффективного), ради чего его можно было бы изменить». [234] Гуаньцзы в главе «Шуй ди» (水地) далее развивает символику воды, провозглашая, что «человек есть вода» и приписывая природные качества жителей различных регионов Китая характеру местных водных ресурсов. [235]
«Живая вода» фигурирует в германских и славянских сказках как средство возвращения мертвых к жизни. Обратите внимание на сказку братьев Гримм (« Живая вода ») и русскую дихотомию живой и мёртвой воды . Фонтан молодости представляет собой родственную концепцию волшебных вод, якобы предотвращающих старение.
Художница и активистка Фредерика Фостер курировала выставку «Ценность воды» в соборе Святого Иоанна Богослова в Нью-Йорке, [236] которая положила начало годовой инициативе собора о нашей зависимости от воды. [237] [238] Крупнейшая выставка, когда-либо проводившаяся в соборе, [239] в ней приняли участие более сорока художников, в том числе Дженни Хольцер , Роберт Лонго , Марк Ротко , Уильям Кентридж , Эйприл Горник , Кики Смит , Пэт Стейр , Элис Далтон Браун. , Тересита Фернандес и Билл Виола . [240] [241] Фостер создал «Думай о воде», [242] [ нужна полная цитата ] экологический коллектив художников, которые используют воду в качестве предмета или среды. В число членов входят Бася Айрланд, [243] [ нужна полная ссылка ] Авива Рахмани , Бетси Дэймон , Дайан Бурко , Лейла Доу , Стейси Леви , Шарлотта Коте, [244] Меридель Рубинштейн и Анна Маклауд .
Чтобы отметить 10-летие того, как ООН объявила доступ к воде и санитарным услугам правом человека, благотворительная организация WaterAid наняла десять художников-иллюстраторов, чтобы они продемонстрировали влияние чистой воды на жизнь людей. [245] [246]
Технически правильное, но редко используемое химическое название воды — монооксид дигидрогена — использовалось в серии мистификаций и розыгрышей , высмеивающих научную неграмотность . Это началось в 1983 году, когда в газете в Дюране, штат Мичиган, появилась первоапрельская статья . Ложная история заключалась в опасениях по поводу безопасности этого вещества. [247]
Слово «Вода» использовалось многими рэперами из Флориды как своего рода крылатая фраза или импровизация. Среди рэперов, которые сделали это, — BLP Kosher и Ski Mask the Slump God . [248] Если пойти еще дальше, некоторые рэперы написали целые песни, посвященные воде во Флориде, например, песня Дэнни Тауэрса 2023 года «Florida Water». [249] Другие написали целые песни, посвященные воде в целом, например XXXTentacion и Ski Mask the Slump God со своим хитом «H2O».
Иногда эти соединения имеют общие или общепринятые названия (например, H2O — «вода»), а также имеют систематические названия (например, H2O, монооксид дигидрогена).
Обратите внимание, что окружающая среда Земли близка к тройной точке и что на поверхности могут существовать вода, пар и лед.
Спринцевание широко практикуется в католических странах. Биде... до сих пор широко распространено во Франции и других католических странах.
Вода играет роль и в других христианских ритуалах. ... На заре христианства, через два-три века после Рождества Христова, в церковную службу была введена лавабо (лат. «Я умываюсь»), ритуальный сосуд и чаша для мытья рук.
Определения из Викисловаря
СМИ из Commons
Новости из Викиновостей
Цитаты из Wikiquote
Тексты из Wikisource
Учебники из Wikibooks
Ресурсы из Викиверситета
