Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Вода
К важнейшим ценностям человечества, наряду с чистым воздухом, относится вода и прежде всего, пресная вода.Вода - самый распространенный минерал, самая распространенная жидкость на поверхности Земли, самый лучший растворитель многообразных веществ, очень реактивный реагент, необходимое условие возникновения и жизнедеятельности организмов. Огромна роль ее в формировании механической, физической и химической среды, климата, погоды, геологической истории нашей планеты. Более 97% всей воды находится в океанах и внутренних морях и является соленой. И лишь менее 3% приходится на долю пресной воды, из которых около 75 % в твердом состоянии содержится в полярных «шапках» и ледниках, примерно 24% - грунтовые воды, около 0,5% - в почве и лишь немногим больше 0,01% находится на поверхности Земли в виде водоемов (рек, озер, водохранилищ и др.). Уже это говорит о том, насколько пресная вода драгоценна для человечества.
Несмотря на постоянно происходящий круговорот воды в природе количество ее на Земле сохраняется.
Вода - уникальное вещество, она обладает оригинальными механическими, физическими и химическими свойствами, которые обуславливают ее особую ценность для человечества. Эти свойства определены ее составом и строением. Молекула воды представляет собой простейшее, но очень устойчивое химическое соединение иона кислорода О-2 и двух ионов водорода 2Н+, образующих вместе угол 104,5°; тем самым получается как бы «рогулька», а по-научному, слабый электрический диполь, на одном конце которого положительный заряд, а на другом - отрицательный. Благодаря этому каждая молекула воды может электростатически соединяться с двумя другими: ион кислорода одной молекулы объединяется с ионом водорода другой молекулы, образуются водородные связи между молекулами. Поэтому существуют в жидкой воде не только отдельные молекулы, но и их различные объединения. Тем самым жидкая вода - это смесь отдельных ее молекул и «цепочек» объединенных молекул. Особенности структуры жидкой воды и обуславливают ее оригинальные свойства.
Разрушение водородных связей требует значительной энергии, отсюда - высокая теплоемкость воды. С этим связан сравнительно узкий температурный интервал существования жидкого состояния воды (при нормальном давлении от 0°С до 100°С). Поэтому именно и только вода существует на Земле в трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном и переходах их друг в друга, что имеет исключительное значение для неорганического и живого мира, в том числе для человечества. Для превращения льда в жидкую воду, а ее в пар необходимы большие затраты энергии. Вода в естественных условиях медленно нагревается и, отдавая тепло во внешнюю среду, медленно остывает. Отсюда, благодаря своей теплоемкости вода играет важную роль главного аккумулятора энергии и главного регулятора климата на нашей планете.
Необычно меняется плотность воды: она является максимальной при 4°С, при других температурах плотность ее уменьшается, т.е. объем воды минимален при 4°С, а при других он расширяется. Отсюда, лед легче жидкой воды, и он плавает. Поэтому сравнительно глубокие водоемы не промерзают, ледяной слой обеспечивает сохранение жидкой воды под собой, и живность в этих водоемах сохраняется, несмотря даже на жестокие морозы.
Попавшие в мелкие и крупные трещины, отверстия, щели в горных, скальных породах жидкая вода, замерзая, расширяется в объеме и, обладая значительной несжимаемостью, разрушает эти породы, образуя мелкие камни, песок, пыль, создавая неорганическую минеральную основу почвы.
Благодаря силам сцепления и молекулярного притяжения вода преодолевает силу собственной тяжести и в условиях капиллярности может подниматься вверх по узким порам. Поэтому она движется вверх по таким же микроскопическим щелям в сухой почве, достигая корней растений, по капиллярам внутри растений. Это имеет неоценимое значение для жизни растений, а отсюда и для всех живых организмов и человечества.
Диэлектрическая постоянная у воды высокая по сравнению с другими жидкостями. В связи с этим при растворении солей в воде они диссоциируют на ионы, и эти вещества остаются при испарении и выпаривании воды, что и используется в современных технологиях.
Поскольку вода является очень хорошим растворителем, то контактируя с горными породами, она втягивает большинство химических элементов этих пород в бесконечный круговорот, играя тем самым важную роль в биохимических процессах, которые очень важны для человечества.
Как почти универсальный растворитель химических веществ вода является той средой, в которой происходят все жизненные процессы. В живых организмах вода делает возможным доставку кислорода и питательных веществ всем клеткам организма и усвоение их органами.
Вода регулирует температуру тела, обеспечивает получение энергии для организма из усваиваемой пищи, увлажняет вдыхаемый воздух, обеспечивает вывод шлаков из организма.
Итак, вода является одним из самых драгоценных сокровищ Земли для всего человечества и для составляющих его людей.
По сравнению с другими веществами вода имеет самое разнообразное применение в жизни и деятельности людей, человечества. Она используется в быту, в медицине, в сельском хозяйстве, в промышленности и других областях. Так, издревле в быту вода необходима для питья, умывания, купания, стирки, приготовления пищи, мытья овощей, фруктов, посуды, приготовления целительных средств, тушения пожаров, а водоемы нужны для водопоя домашних животных, полива сельскохозяйственных культур, для перемещения различных видов водного транспорта и т.д.
Исключительно многочисленны варианты использования воды в промышленности. Она играет роль технологического компонента при растворении, разбавлении, варке, кристаллизации, выщелачивании, в разнообразных производственных процессах.
Вода - теплоноситель в паровом и водяном отоплении, в процессах охлаждения, энергоноситель в гидроэнергетике, передатчик мощного давления в гидропрессах, сырье для получения водорода и кислорода, компонент для затвердения вяжущих веществ, необходимый компонент в процессах получения многих химических веществ (щелочей, спиртов и т.д.).
Вода является важнейшим ценным веществом, без которого невозможны многие процессы в неорганической природе, существование всего живого на Земле, существование и практическая деятельность человечества. Но человечество по-настоящему не заботится о сохранении чистой пресной воды. Загрязнение и отравление естественной пресной воды в водоемах и водостоках происходит механическим, физическим, химическим, биологическим путем: сбрасыванием в них промышленного и бытового мусора, щелочами, кислотами, минеральными солями, тяжелыми металлами, радиоактивными и поверхностно-активными веществами, пестицидами, микробами, погибшими растениями и животными, фекалиями и т.д. Вредные вещества через пищевые цепочки попадают в растения, животных, людей. Сточные воды, содержащие отходы, прежде всего, промышленных предприятий, сельского хозяйства, транспорта, медицинских учреждений, бытовых хозяйств требуют постоянной деятельности по сохранению и очищению пресных водоемов, требуют сложной дорогостоящей системы очистки и обеззараживания, расходы на которую все более быстро возрастают.
Самое большое количество пресной воды используется в сельском хозяйстве, но огромное количество ее идет и на нужды промышленности (почти в 6 раз больше, чем на хозяйственно-бытовые надобности). Например, на производство 1 т стали необходимо чистой пресной воды 200 м3, 1 т меди - 500 м3, 1 т бумаги - 100 м3, 1 т синтетического волокна - 2500-5000 м3.
Учитывая, что будут происходить прирост численности населения Земли и рост промышленного производства, можно прогнозировать, что если сейчас более миллиарда человек испытывают острый недостаток в чистой пресной воде, то через 20-30 лет дефицит такой воды будут испытывать 2-2,5 миллиарда человек, начнет проявлять себя глобальный «водный голод», будут возникать региональные «водные бунты», вооруженные столкновения на почве нехватки питьевой воды.
Но для человечества важны не только пресная вода и ее водоемы, но и морская вода, моря и океаны Земли, составляющие так называемый «Мировой океан». Он динамичен: его воды постоянно находятся в движении под влиянием космических, геологических, атмосферных и других сил, что имеет важное значение для человечества. Но главное то, что Мировой океан представляет собой гигантский аккумулятор тепла и регулятор теплового режима нашей планеты, определитель ее климата, важнейший источник кислорода, регулятор баланса газов в атмосфере, круговорота воды Земли, важный возобновляемый источник энергии, богатейшая кладовая полезных ископаемых, хранитель огромных запасов пресной воды (в виде полярных льдов). Огромно промысловое и транспортное значение Мирового океана. Короче говоря, роль Мирового океана в жизни человечества невозможно переоценить.
Но, увы! Именно ему непосредственно (через стоки рек, атмосферу и др.) достается большая часть антропогенных загрязнений. Здесь и умышленные захоронения ядовитых и радиоактивных отходов, нефть и нефтепродукты, промышленные и коммунальные стоки, минеральные удобрения (нитраты, фосфаты и др.), пестициды, токсичные синтетические вещества, фенолы, тяжелые металлы (ртуть, свинец, цинк и др.) и т.д. И все это в постоянно возрастающих количествах.
Вот, например, лишь один исторический факт. Согласно принятому в 1947 году решению Потсдамской конференции, СССР, США и Великобритания затопили в Балтийском море немецкое химическое оружие в количестве более 300 тыс. тонн ( в том числе 60 000 т СССР и 260 000 т - союзники). Это - бомбы, снаряды, мины, бочки, начиненные люизитом, ипритом, арсенидом, цианистыми солями и т.п. К настоящему времени металлическая оболочка некоторых боеприпасов уже проржавела, и ядовитое содержимое стало поступать в окружающую морскую воду, отравляя ее и живность в ней. В недалеком будущем разрушится оболочка всех боеприпасов, и Балтийское море станет мертвым. Последствия для населения прибалтийских регионов будут катастрофическими.
Но в Мировом океане уже огромное и все увеличивающееся количество контейнеров с ядовитыми и радиоактивными отходами, и эти контейнеры тоже когда-то разрушатся. Да и объем напрямую поступающих в него вредных для людей и живой природы веществ не перестает и не перестанет возрастать. Так что будущее (пусть далекое) для человечества светлым не назовешь.