Вода

Вода является неорганическим , прозрачным , без вкуса , запах и почти бесцветное химическое вещество , которое является основным компонентом Земля «ы гидросферы и жидкость из всех известных живых организмов (в котором он выступает в качестве растворителя ^[1] ). Он жизненно важен для всех известных форм жизни , хотя не содержит калорий или органических питательных веществ . Его химическая формула - H ₂ O, что означает, что каждая из его молекулсодержит один атом кислорода и два атома водорода , связанных ковалентными связями . Два атома водорода присоединены к одному атому кислорода под углом 104,45 °. ^[2]

«Вода» - это название жидкого состояния H ₂ O при стандартной температуре и давлении окружающей среды . Образует осадки в виде дождя и аэрозолей в виде тумана . Облака образуются из взвешенных капель воды и льда , его твердого состояния. При мелком измельчении кристаллический лед может выпадать в виде снега . Газообразное состояние воды - пар или водяной пар . Вода движется непрерывно через водный цикл от испарения , транспирации ( испарение), конденсат , осадки и сток , обычно доходящие до моря.

Вода покрывает 71% от Земли «s поверхности , главным образом в морях и океанах . ^[3] Небольшие порции воды происходят в подземных водах (1,7%), в ледниках и льдах в Антарктиде и Гренландии (1,7%), так и в воздухе в виде паров , облако (образованная из льда и жидкой воды , взвешенной в воздухе) , и осадков (0,001%). ^{[4] [5]}

Вода играет важную роль в мировой экономике . Примерно 70% пресной воды, используемой людьми, идет на сельское хозяйство . ^[6] Рыбалка в соленых и пресных водоемах является основным источником пищи для многих частей мира . Большая часть товаров, продаваемых на большие расстояния (например, нефть, природный газ и промышленные товары), перевозится на лодках по морям , рекам , озерам и каналам . Большое количество воды, льда и пара используется для охлаждения и обогрева впромышленность и дома . Вода - отличный 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 центральное место во многих видах спорта и других видов развлечений , таких как плавание , прогулочных лодках , гребли , серфинга , спортивная рыбалка , дайвинг , катание на коньках и лыжах .

Этимология

Слово вода происходит от староанглийского wæter , от прото-германского * Watar (источника также Старые саксонского Watar , Старого фризского wetir , голландской воды , древневерхненемецкий wazzar , немецкий Wasser , VATN , готические 𐍅𐌰𐍄𐍉 ( WATO ), от прото-индо -Европейское * wod- или суффиксная форма корня * wed- («вода»; «влажный»). ^[7] Также родственное, через индоевропейский корень, с греческим ύδωρ ( ýdor ), русским вода́ ( vodá ), ирландским uisce и албанским ujë .

История

Химические и физические свойства

Вода ( H
₂O ) представляет собой полярное неорганическое соединение , которое при комнатной температуре представляет собойжидкость без вкуса и запаха , почти бесцветную с оттенком синего . Этот простейший халькогенид водорода на сегодняшний день является наиболее изученным химическим соединением и описывается как «универсальный растворитель» за его способность растворять многие вещества. ^{[8] [9]} Это позволяет ей быть « растворителем жизни»: ^[10] действительно, вода в природе почти всегда включает в себя различные растворенные вещества, и для получения химически чистой воды требуются специальные меры.. Вода - единственное обычное вещество, существующее в нормальных земных условиях в твердом , жидком и газообразном состоянии. ^[11]

состояния

Наряду с oxidane , вода является одним из двух официальных имен для химического соединения H
₂О ; ^[12] это также жидкая фаза H
₂O . ^[13] Два других распространенных состояния вещества воды - это твердая фаза, лед и газовая фаза, водяной пар или пар . Добавление или отвод тепла может вызвать фазовые переходы : замерзание (вода в лед), таяние (лед в воду), испарение (вода в пар), конденсация (пар в воду), сублимацию (лед в пар) и осаждение (пар в пар). лед). ^[14]

Плотность

Вода отличается от большинства жидкостей тем, что при замерзании она становится менее плотной . ^[16] При давлении в 1 атм максимальная плотность составляет 1000 кг / м ³ (62,43 фунта / куб. Фут) при 3,98 ° C (39,16 ° F). ^[17] Плотность льда составляет 917 кг / м ³ (57,25 фунта / куб. Фут), расширение - 9%. ^{[18] [19]} Это расширение может оказывать огромное давление, разрывая трубы и растрескивая горные породы (см. « Морозное выветривание» ). ^[20]

В озере или океане вода при температуре 4 ° C (39,2 ° F) опускается на дно, и на поверхности образуется лед, плавающий на жидкой воде. Этот лед изолирует воду внизу, предотвращая ее замерзание. Без этой защиты большинство водных организмов погибло бы зимой. ^[21]

Фазовые переходы

При давлении в одну атмосферу (атм) лед тает или вода замерзает при 0 ° C (32 ° F), а вода кипит или конденсируется при 100 ° C (212 ° F). Однако даже ниже точки кипения вода может превратиться в пар на своей поверхности за счет испарения (испарение всей жидкости известно как кипение ). Сублимация и осаждение также происходят на поверхностях. ^[14] Например, иней осаждается на холодных поверхностях, а снежинки образуются в результате осаждения на частицу аэрозоля или ядро ​​льда. ^[22] В процессе сушки вымораживанием продукты замораживаются, а затем хранятся при низком давлении, поэтому лед на их поверхности сублимируется. ^[23]

Точки плавления и кипения зависят от давления. Хорошее приближение скорости изменения температуры плавления с давлением дает соотношение Клаузиуса – Клапейрона :

${\ displaystyle {\ frac {dT} {dP}} = {\ frac {T \ left (v _ {\ text {L}} - v _ {\ text {S}} \ right)} {L _ {\ text {f }}}},}$

где и - мольные объемы жидкой и твердой фаз, - молярная скрытая теплота плавления. У большинства веществ объем увеличивается, когда происходит плавление, поэтому температура плавления увеличивается с давлением. Однако, поскольку лед менее плотен, чем вода, температура плавления снижается. ^[15] В ледниках таяние под давлением может происходить под достаточно толстыми объемами льда, что приводит к образованию подледниковых озер . ^{[24] [25]}${\ displaystyle v _ {\ text {L}}}$${\ displaystyle v _ {\ text {S}}}$${\ displaystyle L _ {\ text {f}}}$

Соотношение Клаузиуса-Клапейрона также применимо к точке кипения, но при переходе жидкость / газ паровая фаза имеет гораздо более низкую плотность, чем жидкая фаза, поэтому точка кипения увеличивается с давлением. ^[26] Вода может оставаться в жидком состоянии при высоких температурах в глубинах океана или под землей. Например, температура превышает 205 ° C (401 ° F) в Old Faithful , гейзере в Йеллоустонском национальном парке . ^[27] В гидротермальных источниках температура может превышать 400 ° C (752 ° F). ^[28]

На уровне моря температура кипения воды составляет 100 ° C (212 ° F). Поскольку атмосферное давление уменьшается с высотой, точка кипения снижается на 1 ° C каждые 274 метра. Готовка на высоте занимает больше времени, чем приготовление на уровне моря. Например, на высоте 1524 метра (5000 футов) время приготовления необходимо увеличить на четверть, чтобы добиться желаемого результата. ^[29] (И наоборот, скороварку можно использовать для сокращения времени приготовления за счет повышения температуры кипения. ^[30] ) В вакууме вода закипает при комнатной температуре. ^[31]

Тройные и критические точки

На фазовой диаграмме давление / температура (см. Рисунок) есть кривые, отделяющие твердое тело от пара, пар от жидкости и жидкость от твердого тела. Они встречаются в одной точке, называемой тройной точкой , где могут сосуществовать все три фазы. Тройная точка находится при температуре 273,16 К (0,01 ° C) и давлении 611,657 паскалей (0,00604 атм); ^[32] это самое низкое давление, при котором может существовать жидкая вода. До 2019 года тройная точка использовалась для определения температурной шкалы Кельвина. ^{[33] [34]}

Фазовая кривая вода / пар заканчивается при 647,096 К (373,946 ° C; 705,103 ° F) и 22,064 мегапаскалей (3200,1 фунт / кв. Дюйм; 217,75 атм). ^[35] 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 плотностями газообразных и жидких, 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 приложениях, включая высокотемпературные.в электрохимии и как экологически безопасный растворитель или катализатор в химических реакциях с участием органических соединений. В мантии Земли он действует как растворитель во время образования, растворения и отложения минералов. ^{[36] [37]}

Фазы льда и воды

Нормальная форма льда на поверхности Земли - это лед Ih , фаза, образующая кристаллы с гексагональной симметрией . Другой с кубической кристаллической симметрией , Ice Ic , может возникать в верхних слоях атмосферы. ^[38] По мере увеличения давления лед образует другие кристаллические структуры . По состоянию на 2019 год 17 подтверждены экспериментально и еще несколько прогнозируются теоретически. ^[39] Когда лед зажат между слоями графена , он образует квадратную решетку. ^[40]

Детали химической природы жидкой воды изучены недостаточно; некоторые теории предполагают, что его необычное поведение связано с существованием двух жидких состояний. ^{[17] [41] [42] [43]}

Вкус и запах

Чистая вода обычно описывается как безвкусная и без запаха, хотя у людей есть специальные датчики, которые могут ощущать присутствие воды во рту ^[44], а лягушки, как известно, могут чувствовать ее запах. ^[45] Однако вода из обычных источников (включая минеральную воду в бутылках) обычно содержит много растворенных веществ, которые могут придавать ей различный вкус и запах. Люди и другие животные развили чувства, которые позволяют им оценивать пригодность воды для питья , избегая слишком соленой или гнилостной воды . ^[46]

Цвет и внешний вид

Чистая вода заметно голубая из - за поглощение света в области ок 600 нм - 800 нм. ^[47] Цвет можно легко увидеть в стакане с водопроводной водой, поставленном на чистый белый фон при дневном свете. Основные полосы поглощения, отвечающие за окраску, являются обертонами валентных колебаний ОН . Кажущаяся интенсивность цвета увеличивается с глубиной водяного столба в соответствии с законом Бера . Это также относится, например, к бассейну, когда источником света является солнечный свет, отраженный от белых плиток бассейна.

В природе цвет может быть изменен с синего на зеленый из-за наличия взвешенных твердых частиц или водорослей.

В промышленности ближняя инфракрасная спектроскопия используется с водными растворами, так как большая интенсивность нижних оттенков воды означает, что можно использовать стеклянные кюветы с короткой длиной пути. Для наблюдения основного спектра поглощения при растяжении воды или водного раствора в области около 3500 см ^-1 (2,85 мкм) ^[48] требуется длина пути около 25 мкм. Кроме того, кювета должна быть прозрачной около 3500 см ^-1 и нерастворимой в воде; Фторид кальция - это один из материалов, который обычно используется для окон кювет с водными растворами.

В Раман-активные фундаментальные колебания могут наблюдаться, например, образец ячейки 1 см.

Водные растения , водоросли и другие фотосинтезирующие организмы могут жить в воде на глубине до сотен метров, потому что солнечный свет может достигать их. Практически никакой солнечный свет не достигает частей океанов глубиной ниже 1000 метров (3300 футов).

Показатель преломления жидкой воды (1,333 при 20 ° C (68 ° F)) гораздо выше , чем у воздуха (1,0), аналогичного тем , которые из алканов и этанола , но ниже , чем у глицерина (1,473), бензол (1.501 ), сероуглерод (1,627) и обычные типы стекла (от 1,4 до 1,6). Показатель преломления льда (1,31) ниже, чем у жидкой воды.

Полярная молекула

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, которые не участвуют в связывании. В идеальном тетраэдре атомы образовали бы угол 109,5 °, но отталкивание между неподеленными парами больше, чем отталкивание между атомами водорода. ^{[49] [50]} Длина связи O – H составляет около 0,096 нм. ^[51]

Другие вещества имеют тетраэдрическую молекулярную структуру, например, метан ( CH
₄) и сероводорода ( H
₂S ). Однако кислород более электроотрицателен (крепче удерживает свои электроны), 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 . ^[52]

Вода является хорошим полярным растворителем , растворяющим 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 дает газированные напитки, игристые вина и пиво. 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 жизненно важные явления ( гидрофобный эффект ).

Многие органические вещества (например, жиры, масла и алканы ) гидрофобны , то есть нерастворимы в воде. Многие неорганические вещества также нерастворимы, включая большинство оксидов , сульфидов и силикатов металлов .

Водородная связь

В силу своей полярности молекула воды 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. Это причина того, что точки 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 для смягчения климата Земли , накапливая тепло и передавая его между океанами и атмосферой. Водородные связи воды составляют около 23 кДж / моль (по сравнению с ковалентной связью ОН при 492 кДж / моль). Из них 90% приходится на электростатику, а оставшиеся 10% частично ковалентны. ^[53]

Эти связи являются причиной высокого поверхностного натяжения воды ^[54] и капиллярных сил. Под капиллярным действием понимается тенденция воды двигаться вверх по узкой трубке против силы тяжести . На это свойство полагаются все сосудистые растения , например деревья. ^[55]

Самоионизация

Вода - это слабый раствор гидроксида гидроксония - имеется равновесие 2H
₂O ⇔ H
₃О⁺
+ ОН^-
, в сочетании с сольватацией образующихся ионов гидроксония .

Электропроводность и электролиз

Чистая вода имеет низкую электропроводность , которая увеличивается при растворении небольшого количества ионного материала, такого как поваренная соль .

Жидкая вода может быть разделена на элементы водород и кислород путем пропускания электрического тока через него-процесс , называемый электролизом . Для разложения требуется больше энергии, чем выделяется тепло в обратном процессе (285,8 кДж / моль , или 15,9 МДж / кг). ^[56]

Механические свойства

Для большинства целей жидкую воду можно считать несжимаемой: ее сжимаемость составляет от 4,4 до 5,1 × 10 ⁻¹⁰  Па ⁻¹ в обычных условиях. ^[57] Даже в океанах на глубине 4 км, где давление составляет 400 атм, объем воды уменьшается только на 1,8%. ^[58]

Вязкость воды составляет около 10 ^-3 Па · с или 0,01 пуаза при 20 ° C (68 ° F), а скорость звука в жидких водных диапазонах между 1400 и 1540 метрами в секунду (4,600 и 5,100 футов / с) , в зависимости по температуре. Звук распространяется на большие расстояния в воде с небольшим затуханием, особенно на низких частотах (примерно 0,03 дБ / км для 1 кГц ) - свойство, которое китообразные и люди используют для связи и зондирования окружающей среды ( сонар ). ^[59]

Реактивность

Металлические элементы, которые являются более электроположительными, чем водород, особенно щелочные металлы и щелочноземельные металлы, такие как литий , натрий , кальций , калий и цезий, вытесняют водород из воды, образуя гидроксиды и выделяя водород. При высоких температурах углерод вступает в реакцию с паром с образованием окиси углерода и водорода.

На земле

Гидрология - это изучение движения, распределения и качества воды по всей Земле. Изучение распределения воды - гидрография . Изучение распределения и движения подземных вод - гидрогеология , ледников - гляциология , внутренних вод - лимнология, а распространение океанов - океанография . Экологические процессы с гидрологией находятся в центре внимания экогидрологии .

Коллективная масса воды, находящаяся на, под и над поверхностью планеты, называется гидросферой . Приблизительный объем воды на Земле (общий запас воды в мире) составляет 1,386 × 10 ⁹ кубических километров (3,33 × 10 ⁸ кубических миль). ^[4]

Жидкая вода содержится в водоемах , таких как океан, море, озеро, река, ручей, канал , пруд или лужа . Большая часть воды на Земле - это 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. Подземные воды присутствуют в большинстве горных пород , и давление этих грунтовых вод влияет на структуру разломов . Вода в мантии ответственна за таяние, которое 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 степени, но все же в значительной степени лед, также ответственны за перенос большого количества наносов, который происходит на поверхности земли. Отложения переносимых наносов образуют многие типы осадочных пород , которые составляютгеологический отчет о истории Земли .

Круговорот воды

Круговорот воды (известный в науке как гидрологический цикл) относится к непрерывному обмену воды в гидросфере между атмосферой , почвенными водами, поверхностными водами , грунтовыми водами и растениями.

Вода постоянно движется через каждую из этих областей в круговороте воды, состоящем из следующих процессов переноса:

• испарение из океанов и других водоемов в воздух и испарение наземных растений и животных в воздух.
• осадки в результате конденсации водяного пара из воздуха и падения на землю или океан.
• сток с суши обычно достигает моря.

Большая часть водяных паров, встречающихся в основном в океане, возвращается к нему, 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 с суши, также вносят еще 72 тт в год. Осадки, составляющие 119 тт в год над сушей, имеют несколько форм: чаще всего дождь, снег и град , с некоторой долей тумана и росы . ^[60] 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 поверхности земли начинает повышаться. ^[61]Конденсированная вода в воздухе также может преломлять солнечный свет, образуя радугу .

Водный сток часто собирается на водоразделах, впадающих в реки. Математическая модель, используемая для моделирования потока реки или ручья и расчета параметров качества воды, представляет собой модель гидрологического переноса . Часть воды направляется на орошение для сельского хозяйства. Реки и моря открывают возможности для путешествий и торговли. В результате эрозии сток формирует окружающую среду, образуя речные долины и дельты.которые обеспечивают плодородную почву и ровную площадку для создания населенных пунктов. Наводнение происходит, когда участок земли, обычно низменный, покрывается водой, что происходит, когда река выходит из берегов или случается штормовой нагон. С другой стороны, засуха - это продолжительный период в месяцы или годы, когда регион отмечает дефицит водоснабжения. Это происходит, когда в регионе выпадает постоянно ниже среднего количества осадков либо из-за его топографии, либо из-за его местоположения с точки зрения широты .

Хранение пресной воды

Вода существует как «запасы», так и «потоки». Вода может храниться в виде озер, водяного пара, грунтовых вод или «водоносных горизонтов», а также льда и снега. Из общего объема пресной воды в мире примерно 69 процентов хранится в ледниках и постоянном снежном покрове; 30 процентов находится в подземных водах; а оставшийся 1 процент приходится на озера, реки, атмосферу и биоту. ^[62]Время, в течение которого вода остается в хранилище, сильно различается: некоторые водоносные горизонты состоят из воды, хранящейся в течение тысяч лет, но объемы озера могут колебаться в зависимости от сезона, уменьшаясь в засушливые периоды и увеличиваясь во влажные. Существенная часть водоснабжения для некоторых регионов состоит из воды, добытой из воды, хранящейся в запасах, и, когда водозабор превышает пополнение, запасы уменьшаются. По некоторым оценкам, до 30 процентов от общего объема воды, используемой для орошения, поступает из нерационального забора грунтовых вод, вызывающего истощение подземных вод. ^[63]

Морская вода и приливы

Морская вода содержит в среднем около 3,5% хлорида натрия плюс меньшее количество других веществ. По своим физическим свойствам морская вода отличается от пресной воды во многих важных отношениях. Он замерзает при более низкой температуре (около -1,9 ° C (28,6 ° F)), а его плотность увеличивается с понижением температуры до точки замерзания вместо достижения максимальной плотности при температуре выше точки замерзания. Соленость воды в основных морях колеблется от 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 колебательные течения, известные как приливные течения. Изменяющийся прилив, возникающий в данном месте, является результатом изменения положения Луны и Солнца относительно Земли в сочетании с эффектами вращения Земли и местной батиметрии . Полоса побережья, которая затопляется во время прилива и обнажается во время отлива, приливная зона , является важным экологическим продуктом океанских приливов.

Влияние на жизнь

С биологической точки зрения вода имеет множество отличительных свойств, которые имеют решающее значение для распространения жизни. Он выполняет эту роль, позволяя органическим соединениям реагировать способами, которые в конечном итоге позволяют репликацию . Все известные формы жизни зависят от воды. Вода жизненно важна и как растворитель, в котором растворяются многие растворенные вещества в организме, и как неотъемлемая часть многих метаболических процессов в организме. Метаболизм - это сумма анаболизма и катаболизма.. При анаболизме вода удаляется из молекул (с помощью энергии, требующей ферментативных химических реакций), чтобы вырастить более крупные молекулы (например, крахмалы, триглицериды и белки для хранения топлива и информации). При катаболизме вода используется для разрыва связей с целью образования более мелких молекул (например, глюкозы, жирных кислот и аминокислот, которые будут использоваться в качестве топлива для использования энергии или других целей). Без воды эти конкретные метаболические процессы не могли бы существовать.

Вода необходима для фотосинтеза и дыхания. Фотосинтезирующие клетки используют энергию солнца для отделения водорода от кислорода. ^[64] Водород соединяется с CO ₂ (абсорбируется из воздуха или воды) с образованием глюкозы и высвобождением кислорода. ^{[ необходима цитата ]} Все живые клетки используют такое топливо и окисляют водород и углерод, чтобы захватить солнечную энергию и преобразовать воду и CO ₂ в процессе (клеточное дыхание).

Вода также играет центральную роль в кислотно-щелочной нейтральности и ферментативной функции. Кислота, донор иона водорода (H ⁺ , то есть протона), может быть нейтрализована основанием, акцептором протона, таким как ион гидроксида (OH ^- ), с образованием воды. Вода считается нейтральной с pH (отрицательный логарифм концентрации ионов водорода) 7. Кислоты имеют значения pH менее 7, а основания - более 7.

Водные формы жизни

Поверхностные воды Земли наполнены жизнью. Самые ранние формы жизни появились в воде; почти все рыбы живут исключительно в воде, и есть много видов морских млекопитающих, таких как дельфины и киты. Некоторые виды животных, например земноводные , часть своей жизни проводят 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 .

Водные позвоночные должны получать кислород, чтобы выжить, и 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 выходить на поверхность, чтобы дышать воздухом. Некоторые амфибии способны поглощать кислород через кожу. Беспозвоночные демонстрируют широкий спектр модификаций, позволяющих выжить в воде с низким содержанием кислорода, включая дыхательные трубки (см. Сифоны насекомых и моллюсков ) и жабры ( Carcinus). Однако, поскольку жизнь беспозвоночных эволюционировала в водной среде обитания, большинство из них практически не специализируется на дыхании в воде.

Воздействие на человеческую цивилизацию

Цивилизация исторически процветала вокруг рек и крупных водных путей; Месопотамия , так называемая колыбель 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. - 1300 г. до н. Э.) Развивалась вдоль реки Инд и ее притоков, вытекающих из Гималаев . Рим также был основан на берегу итальянской реки Тибр . Крупные мегаполисы, такие как Роттердам , Лондон , Монреаль, Париж , Нью-Йорк , Буэнос-Айрес , Шанхай , Токио , Чикаго и Гонконг отчасти обязаны своим успехом своей легкой доступности по воде и, как следствие, расширению торговли. Острова с безопасными морскими портами, такие как Сингапур , процветали по той же причине. В таких местах, как Северная Африка и Ближний Восток, где воды не хватает, доступ к чистой питьевой воде был и остается основным фактором человеческого развития.

Здоровье и загрязнение

Вода, пригодная для потребления человеком, называется питьевой водой или питьевой водой. Вода, которая не является питьевой, может быть сделана пригодной для питья путем фильтрации или дистилляции , либо с помощью ряда других методов . Более 660 миллионов человек не имеют доступа к безопасной питьевой воде. ^{[65] [66]}

Вода, непригодная для питья, но не вредная для человека при использовании для плавания или купания, называется разными именами, кроме питьевой или питьевой воды, и иногда ее называют безопасной водой или «безопасной для купания». Хлор является раздражителем кожи и слизистых оболочек, который 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 вступившего в реакцию 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 света.

В США непитьевые формы сточных вод, производимых людьми, могут называться серой водой , которая поддается очистке и, таким образом, легко может быть снова сделана питьевой, и черной водой , которая обычно содержит сточные воды и другие формы отходов, требующие дополнительной обработки. чтобы сделать его многоразовым. Серые воды составляют 50–80% бытовых сточных вод, образующихся в результате использования санитарно-технического оборудования в домах ( раковины , душевые и сточные воды с кухни, но не туалеты, которые производят «черную воду»). Эти термины могут иметь разные значения в других странах и культурах.

Пресная вода - это возобновляемый ресурс, рециркулируемый в рамках естественного гидрологического цикла , но проблемы с доступом к ней возникают из-за естественного неравномерного распределения в пространстве и времени, растущих экономических потребностей 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, касающиеся воды, чтобы к 2015 году вдвое сократить долю людей во всем мире, не имеющих доступа к безопасной воде и санитарии . Прогресс в достижении этой цели был неравномерным, и в 2015 году ООН взяла на себя обязательства по достижению Целей устойчивого развития.достижения всеобщего доступа к безопасной и недорогой воде и санитарии к 2030 году. Плохое качество воды и плохая санитария смертельны; около пяти миллионов смертей в год вызваны заболеваниями, связанными с водой. По оценкам Всемирной организации здравоохранения , безопасная вода может предотвратить 1,4 миллиона детских смертей от диареи ежегодно. ^[67]

В развивающихся странах 90% всех сточных вод до сих пор не очищается и попадает в местные реки и ручьи. ^[68] Около 50 стран, в которых проживает примерно треть населения мира, также страдают от среднего или высокого дефицита воды, и 17 из них ежегодно извлекают больше воды, чем восполняется за счет их естественного водного цикла. ^[69] Напряжение не только влияет на поверхностные пресноводные водоемы, такие как реки и озера, но также ухудшает ресурсы подземных вод.

Человеческое использование

сельское хозяйство

Чаще всего вода используется человеком для сельского хозяйства, включая орошаемое земледелие, на которое приходится от 80 до 90 процентов общего потребления воды людьми. ^[71] В Соединенных Штатах 42% пресной воды, забираемой для использования, идет на орошение, но подавляющая часть воды, «потребляемой» (используемой и не возвращаемой в окружающую среду), идет на сельское хозяйство. ^[72]

Доступ к пресной воде часто считается само собой разумеющимся, особенно в развитых странах, которые построили сложные системы водоснабжения для сбора, очистки и доставки воды, а также удаления сточных вод. Но растущее экономическое, демографическое и климатическое давление усиливает озабоченность по поводу водных ресурсов, что ведет к усилению конкуренции за фиксированные водные ресурсы, что порождает концепцию максимальной воды . ^[73] По мере того, как население и экономика продолжают расти, потребление жаждущего воды мяса увеличивается, а новый спрос на биотопливо или новые водоемкие отрасли промышленности возрастает, вероятны новые проблемы с водой. ^[74]

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. ^[75] Он оценил текущую доступность воды для сельского хозяйства в глобальном масштабе и нанес на карту районы, страдающие от нехватки воды. Выяснилось, что пятая часть населения мира, более 1,2 миллиарда человек, живет в районах с физическим дефицитом воды , где не хватает воды 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 отчете говорится, что можно будет производить продукты питания, необходимые в будущем, но продолжение нынешнего производства продуктов питания и экологических тенденций приведет к кризисам во многих частях мира. Чтобы избежать глобального водного кризиса, фермерам придется стремиться к повышению производительности, чтобы удовлетворить растущий спрос на продукты питания, в то время как промышленность и города находят способы более эффективного использования воды. ^[76]

Нехватка воды также вызвана производством водоемкой продукции. Например, хлопок : для производства 1 кг хлопка - эквивалента пары джинсов - требуется 10,9 кубических метров (380 кубических футов) воды. Хотя на хлопок приходится 2,4% мирового водопотребления, вода потребляется в регионах, которые уже находятся под угрозой нехватки воды. Был нанесен значительный ущерб окружающей среде: например, забор воды бывшим Советским Союзом из рек Амударья и [[Сырдарья]] для производства хлопка был в значительной степени ответственным за исчезновение Аральского моря . ^[77]

• Потребность в воде на тонну пищевого продукта

• Воспроизвести медиа

  Распределение воды при подземном капельном орошении

• Орошение полевых культур

Как научный стандарт

7 апреля 1795 года грамм был определен во Франции как «абсолютный вес объема чистой воды, равный кубу в одну сотую метра, при температуре таяния льда». ^{[78] Однако} для практических целей требовался металлический эталон, в тысячу раз массивнее килограмма. Поэтому была заказана работа по точному определению массы одного литра воды. Несмотря на то, что установленное определение грамма воды указывает на температуру 0 ° C (32 ° F) - температуру с высокой воспроизводимостью - ученые решили пересмотреть стандарт и проводить измерения при температуре самой высокой плотности воды , которая было измерено в то время как 4 ° C (39 ° F). ^[79]

Температурная шкала Кельвина в SI системы была основана на тройной точке воды, определяется как точно 273,16 К (0,01 ° С; 32,02 ° F), но в мае 2019 года на основе постоянная Больцмана вместо этого. Шкала представляет собой шкалу абсолютных температур с тем же шагом, что и шкала температур по Цельсию, которая изначально была определена в соответствии с точкой кипения (установленной на 100 ° C (212 ° F)) и точкой плавления (установленной на 0 ° C (32 ° F). F)) воды.

Природная вода состоит в основном из изотопов водорода-1 и кислорода-16, но есть также небольшое количество более тяжелых изотопов кислорода-18, кислорода-17 и водорода-2 ( дейтерия ). Процент более тяжелых изотопов очень мал, но все же влияет на свойства воды. Вода из рек и озер обычно содержит меньше тяжелых изотопов, чем морская вода. Таким образом, стандартная вода определена в спецификации Венской стандартной средней океанской воды .

Для питья

Человеческое тело содержит от 55% до 78% воды, в зависимости от размера тела. ^[80] Для нормального функционирования организму требуется от одного до семи литров (0,22–1,54 галлона США; 0,26–1,85 галлона США) ^{[ необходима цитата ]} воды в день, чтобы избежать обезвоживания ; точное количество зависит от уровня активности, температуры, влажности и других факторов. Большая часть этого поступает с пищей или напитками, кроме питья чистой воды. Неясно, сколько воды необходимо потреблять здоровым людям, хотя Британская диетическая ассоциация рекомендует, чтобы 2,5 литра воды в день - это минимум для поддержания надлежащей гидратации, включая 1,8 литра (от 6 до 7 стаканов), получаемых непосредственно из напитков. ^[81]Медицинская литература отдает предпочтение более низкому потреблению, обычно 1 литр воды для среднего мужчины, за исключением дополнительных потребностей из-за потери жидкости из-за упражнений или теплой погоды. ^[82]

Здоровые почки могут выделять от 0,8 до 1 литра воды в час, но стресс, например физические упражнения, могут уменьшить это количество. Во время тренировок люди могут пить гораздо больше воды, чем необходимо, что подвергает их риску отравления водой (гипергидратации), что может быть фатальным. ^{[83] [84]} Популярное утверждение, что «человек должен выпивать восемь стаканов воды в день», кажется, не имеет реальной научной основы. ^[85] 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. ^{[86] [87] [88] [89] [90] [91]} Адекватное потребление жидкости помогает предотвратить запор. ^[92]

Первоначальная рекомендация по потреблению воды от 1945 года Совета по пищевым продуктам и питанию Национального исследовательского совета Соединенных Штатов гласила: «Обычный стандарт для разных людей - 1 миллилитр на каждую калорию пищи. Большая часть этого количества содержится в готовой пище». ^[93] Согласно последнему отчету Национального исследовательского совета США о рекомендуемом рационе питания , на основе среднего общего потребления воды по данным опроса в США (включая источники питания) рекомендуется 3,7 литра (0,81 имп гал; 0,98 галлона США) для мужчин. и 2,7 литра (0,59 имп гал; 0,71 галлона США) общего количества воды для женщин, учитывая, что вода, содержащаяся в пище, обеспечивала примерно 19% общего потребления воды в исследовании. ^[94]

В частности, беременным и кормящим женщинам необходимы дополнительные жидкости, чтобы поддерживать водный баланс. Институт медицины (США) рекомендует, чтобы мужчины в среднем потребляют 3 литра (0,66 имп гал, 0,79 галлон США) и женщин 2,2 литра (0,48 имп гал, 0,58 галлонов США); беременным женщинам следует увеличить потребление до 2,4 литров (0,53 галлона имплантата; 0,63 галлона США), а кормящим женщинам следует выпить 3 литра (12 чашек), так как особенно большое количество жидкости теряется во время кормления грудью. ^[95] Также отмечено, что обычно около 20% воды поступает с пищей, а остальная часть - с питьевой водой и напитками ( включая кофеин ). Вода выводится из организма в нескольких формах; через мочу и калчерез потоотделение и при выдохе водяного пара. При физических нагрузках и воздействии тепла потеря воды будет увеличиваться, а ежедневная потребность в жидкости также может увеличиться.

Людям нужна вода с небольшим количеством примесей. Обычные примеси включают соли и оксиды металлов, включая медь, железо, кальций и свинец, ^[96] и / или вредные бактерии, такие как Vibrio . Некоторые растворенные вещества приемлемы и даже желательны для улучшения вкуса и обеспечения необходимых электролитов . ^[97]

Самым крупным (по объему) ресурсом пресной воды, пригодным для питья, является озеро Байкал в Сибири. ^[98]

Мойка

Склонность воды к образованию растворов и эмульсий полезна в различных процессах стирки . Мытье также является важным компонентом нескольких аспектов личной гигиены . Большая часть личного потребления воды связана с принятием душа , стиркой и мытьем посуды , достигая сотен литров в день на человека в развитых странах.

Транспорт

Использование воды для транспортировки материалов по рекам и каналам, а также по международным морским путям является важной частью мировой экономики.

Химическое использование

Вода широко используется в химических реакциях в качестве растворителя или реагента и реже в качестве растворенного вещества или катализатора . В неорганических реакциях вода является обычным растворителем, растворяющим многие ионные соединения, а также другие полярные соединения, такие как аммиак и соединения, тесно связанные с водой . В органических реакциях он обычно не используется в качестве реакционного растворителя, потому что он плохо растворяет реагенты и является амфотерным (кислотным и основным) и нуклеофильным . Тем не менее эти свойства иногда желательны. Также наблюдалось ускорение реакции Дильса-Альдера водой.Сверхкритическая вода в последнее время стала предметом исследований. Сверхкритическая вода, насыщенная кислородом, эффективно сжигает органические загрязнители. Водяной пар используется для некоторых процессов в химической промышленности. Примером может служить производство акриловой кислоты из акролеина, пропилена и пропана. ^{[99] [100] [101] [102]} Возможное влияние воды в этих реакциях включает физическое, химическое взаимодействие воды с катализатором и химическую реакцию воды с промежуточными продуктами реакции.

Теплообмен

Вода и пар - обычные жидкости, используемые для теплообмена , благодаря их доступности и высокой теплоемкости , как для охлаждения, так и для нагрева. Прохладная вода может быть естественным образом доступна даже из озера или моря. Он особенно эффективен для передачи тепла посредством испарения и конденсации воды из-за большой скрытой теплоты испарения . Недостатком является то, что металлы, обычно используемые в таких отраслях, как сталь и медь, быстрее окисляются неочищенной водой и паром. Практически на всех ТЭЦ, вода используется в качестве рабочего тела (используется в замкнутом контуре между котлом, паровой турбиной и конденсатором) и теплоносителя (используется для передачи отработанного тепла в водоем или отвода его путем испарения в градирне ) . В США охлаждающие электростанции потребляют больше всего воды. ^[103]

В атомной энергетике вода также может использоваться в качестве замедлителя нейтронов . В большинстве ядерных реакторов вода является одновременно теплоносителем и замедлителем. Это обеспечивает что-то вроде пассивной меры безопасности, поскольку удаление воды из реактора также замедляет ядерную реакцию . Однако для остановки реакции предпочтительны другие методы, и предпочтительно, чтобы активная зона ядра была покрыта водой, чтобы обеспечить соответствующее охлаждение.

Соображения по поводу пожара

Вода имеет высокую теплоту испарения и относительно инертна, что делает ее хорошей жидкостью для пожаротушения . Испарение воды уносит тепло от огня. Опасно использовать воду для тушения пожаров, включая масла и органические растворители, потому что многие органические материалы плавают на воде, и вода имеет тенденцию распространять горящую жидкость.

Использование воды при тушении пожара должно также учитывать опасность парового взрыва , который может произойти, когда вода используется для тушения 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 кокс- графит, разлагает воду с образованием водяного газа .

Мощность таких взрывов была замечена в Чернобыльской катастрофе , хотя вода поступала не в результате тушения пожара, в то время 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 .

Некоторые оксиды металлов, особенно оксиды щелочных и щелочноземельных металлов , выделяют столько тепла при реакции с водой, что может возникнуть опасность пожара. Негашеная известь из оксида щелочноземельных металлов - это вещество массового производства, которое часто перевозится в бумажных мешках. Если они пропитаны водой, они могут воспламениться, поскольку их содержимое вступает в реакцию с водой. ^[104]

Отдых

Люди используют воду во многих развлекательных целях, 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 занимаются некоторыми видами спорта, такими как хоккей и катание на коньках . Берега озер, пляжи и аквапарки - популярные места для отдыха и развлечений. Многие находят звук и внешний вид текущей воды успокаивающими, а фонтаны и другие водные объекты являются популярными украшениями. Некоторые держат рыб и другую флору и фауну в аквариумах или прудах для шоу, развлечения и общения. Люди также используют воду для зимних видов спорта, например для катания на лыжах., катание на санях , снегоходах или сноуборде , требующих замораживания воды.

Водное хозяйство

Вода промышленность обеспечивает питьевую воду и сточные вод услуги (включая очистку сточных вод ) в домашние хозяйства и промышленность. Объекты водоснабжения включают колодцы , цистерны для сбора дождевой воды , сети водоснабжения и водоочистные сооружения, резервуары для воды , водонапорные башни , водопроводные трубы, включая старые акведуки . Генераторы атмосферной воды находятся в разработке.

Питьевая вода часто собирает в источниках , извлеченная из искусственных раздражений (скважины) в грунте, или перекачивает из озер и рек. Таким образом, строительство большего количества колодцев в подходящих местах является возможным способом добычи большего количества воды при условии, что водоносные горизонты могут обеспечивать адекватный сток. 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 . Популярные методы - фильтрация песком, который удаляет только нерастворенный материал, а хлорирование и кипячение убивают вредные микробы. Дистилляциявыполняет все три функции. Существуют более продвинутые методы, такие как обратный осмос . Опреснение обильной морской воды - более дорогое решение, используемое в засушливом прибрежном климате .

Распределение питьевой воды осуществляется через муниципальные системы водоснабжения , автоцистерны или вода в бутылках . Правительства многих стран имеют программы по бесплатной раздаче воды нуждающимся.

Другой вариант - 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 выгод для загрязнителя. Как и другие виды загрязнения, это не входит в стандартный учет рыночных затрат, поскольку рассматривается как внешние эффекты, которые рынок не может учесть. Таким образом, за загрязнение воды платят другие люди, а прибыль частных фирм не перераспределяется среди местного населения, пострадавшего от этого загрязнения. Фармацевтические препараты, потребляемые людьми, часто попадают в водные пути и могут иметь пагубные последствия для водных организмов, если они биоаккумулируются и не поддаются биологическому разложению .

Городские и промышленные сточные воды обычно обрабатываются на очистных сооружениях . Смягчение загрязнения загрязненных поверхностных стоков решается с помощью различных методов профилактики и лечения. ( См. Поверхностный сток # Смягчение и обработка .)

Промышленное применение

Многие промышленные процессы основаны на реакциях с использованием химикатов, растворенных в воде, суспендирования твердых веществ в водных суспензиях или использования воды для растворения и извлечения веществ, или для мытья продуктов или технологического оборудования. Такие процессы, как добыча , химическая варка целлюлоза , отбеливание целлюлозы , производство бумаги , текстильное производство, окрашивание, печать и охлаждение электростанций используют большое количество воды, что требует специального источника воды, и часто причина значительного загрязнения воды.

Вода используется в производстве электроэнергии . Гидроэлектроэнергия - это электроэнергия, полученная из гидроэнергии . Гидроэнергия поступает из воды, приводящей в действие водяную турбину, подключенную к генератору. Гидроэлектроэнергия - это недорогой, экологически чистый возобновляемый источник энергии. Энергия поступает от движения воды. Обычно плотина строится на реке, создавая за ней искусственное озеро. Вода, вытекающая из озера, проходит через турбины, вращающие генераторы.

Вода под давлением используется в воду взрывных работ и водоструйной фрез . Также 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 , в дополнение к ее использованию в качестве химического растворителя . Сброс неочищенной воды из промышленных предприятий является загрязнением . Загрязнение включает сброшенные растворенные вещества (химическое загрязнение) и сброшенную охлаждающую воду ( тепловое загрязнение ). Промышленность требует чистой воды для многих применений и использует различные методы очистки как для водоснабжения, так и для водоотведения.

Переработка пищевых продуктов

Кипячение , приготовление на пару и тушение - популярные методы приготовления, которые часто требуют погружения пищи в воду или ее газообразное состояние, например, пар. ^[105] 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 точки кипения и замерзания воды влияют растворенные вещества, а также давление воздуха , которое, в свою очередь, зависит от высоты. Вода закипает при более низких температурах и более низком давлении воздуха, которое возникает на больших высотах. Один моль сахарозы (сахара) на килограмм воды поднимает 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); аналогично, увеличение количества растворенных частиц снижает температуру замерзания воды. ^[106]

Растворенные вещества в воде также влияют на активность воды, которая влияет на многие химические реакции и рост микробов в пище. ^[107] Активность воды можно описать как отношение давления пара воды в растворе к давлению пара чистой воды. ^[106] Растворы в воде снижают активность воды - это важно знать, поскольку рост большинства бактерий прекращается при низком уровне активности воды. ^[107] Рост микробов влияет не только на безопасность пищевых продуктов, но и на их сохранность и срок годности.

Жесткость воды также является критическим фактором в пищевой промышленности и может быть изменена или обработана с помощью системы химического ионного обмена. Это может резко повлиять на качество продукта, а также сыграть роль в улучшении санитарных условий. Жесткость воды классифицируется на основе концентрации карбоната кальция в воде. Вода классифицируется как мягкая, если она содержит менее 100 мг / л (Великобритания) ^[108] или менее 60 мг / л (США). ^[109]

Согласно отчету, опубликованному организацией Water Footprint в 2010 году, на один килограмм говядины требуется 15 тысяч литров (3,3 × 10 ³  галлона США; 4,0 × 10 ³  галлона США) воды; однако авторы также поясняют, что это среднее значение в мире, и количество воды, используемой при производстве говядины, определяется косвенными факторами. ^[110]^^

Медицинское использование

Вода для инъекций входит в список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения . ^[111]

Распространение в природе

Во вселенной

Большая часть воды во Вселенной образуется как побочный продукт звездообразования . Образование звезд сопровождается сильным ветром из газа и пыли. Когда это истечение материала в конечном итоге ударяет в окружающий газ, создаваемые ударные волны сжимают и нагревают газ. Наблюдаемая вода быстро образуется в этом теплом плотном газе. ^[113]

22 июля 2011 года в отчете описывалось открытие гигантского облака водяного пара, содержащего «в 140 триллионов раз больше воды, чем во всех океанах Земли вместе взятых», вокруг квазара, расположенного в 12 миллиардах световых лет от Земли. По словам исследователей, «открытие показывает, что вода преобладала во Вселенной почти на протяжении всего ее существования». ^{[114] [115]}

Вода была обнаружена в межзвездных облаках внутри нашей Галактики , в Млечном Пути . ^[116] Вода, вероятно, присутствует в изобилии и в других галактиках, потому что ее компоненты, водород и кислород, являются одними из самых распространенных элементов во Вселенной. Основываясь на моделях формирования и эволюции Солнечной системы и других звездных систем, большинство других планетных систем , вероятно, имеют аналогичные компоненты.

Водяной пар

Вода присутствует в виде пара в:

• Атмосфера Солнца : в обнаруживаемых следовых количествах ^[117]
• Атмосфера Меркурия : 3,4% и большое количество воды в экзосфере Меркурия ^[118]
• Атмосфера Венеры : 0,002% ^[119]
• Атмосфера Земли : ≈0,40% по всей атмосфере, обычно 1–4% у поверхности; а также Луны в следовых количествах ^[120]
• Атмосфера Марса : 0,03% ^[121]
• Атмосфера Цереры ^[122]
• Атмосфера Юпитера : 0,0004% ^[123] - только во льдах ; и спутника Европы ^[124]
• Атмосфера Сатурна - только во льдах ; Энцелад : 91% ^[125] и Диона (экзосфера) ^{[ необходима цитата ]}
• Атмосфера Урана - в следовых количествах ниже 50 бар
• Атмосфера Нептуна - находится в более глубоких слоях ^[126]
• Атмосферы внесолнечной планеты : в том числе HD 189733 b ^[127] и HD 209458 b , ^[128] Tau Boötis b , ^[129] HAT-P-11b , ^{[130] [131]} XO-1b , WASP-12b , WASP- 17b и WASP-19b . ^[132]
• Звездные атмосферы : не ограничиваются более холодными звездами и даже обнаруживаются у гигантских горячих звезд, таких как Бетельгейзе , Му Цефеи , Антарес и Арктур . ^{[131] [133]}
• Околозвездные диски : включая диски более чем половины звезд типа Т Тельца, таких как AA Тельца ^[131], а также TW Hydrae , ^{[134] [135]} IRC +10216 ^[136] и APM 08279 + 5255 , ^{[114] [115]} VY Canis Majoris и S Persei . ^[133]

Жидкая вода

Жидкая вода присутствует на Земле, занимая 71% ее поверхности. ^[3] Жидкая вода также иногда присутствует на Марсе в небольших количествах . ^[137] Ученые полагают, что жидкая вода присутствует в сатурнианских лунах Энцелада , как океан толщиной 10 километров примерно в 30-40 километрах ниже южной полярной поверхности Энцелада, ^{[138] [139]} и Титан , как подповерхностный слой, возможно смешанный с аммиаком . ^[140] Луна Юпитера Европа имеет характеристики поверхности, которые предполагают подповерхностный океан с жидкой водой. ^[141] Жидкая вода также может существовать на спутнике Юпитера Ганимеде.как слой, зажатый между льдом под высоким давлением и скалой. ^[142]

Ледяная вода

Вода присутствует в виде льда на:

• Марс : под реголитом и на полюсах. ^{[143] [144]}
• Система Земля – Луна: в основном в виде ледяных щитов на Земле, а также в лунных кратерах и вулканических породах ^[145] НАСА сообщило об обнаружении молекул воды с помощью карты минералогии луны НАСА на борту космического корабля Chandrayaan-1 Индийской организации космических исследований в сентябре 2009 года ^[146].
• Церера ^{[147] [148] [149]}
• Спутники Юпитера: поверхность Европы , а также поверхность Ганимеда ^[150] и Каллисто ^{[151] [152]}
• Сатурн: в системе колец планеты ^[153] и на поверхности и мантии Титана ^[154] и Энцелада ^[155]
• Система Плутон - Харон ^[153]
• Кометы ^{[156] [157]} и другие связанные с пояса Койпера и облако Оорта объектов ^[158]

А также, вероятно, присутствует на:

• Полюса Меркурия ^[159]
• Тетис ^[160]

Экзотические формы

Вода и другие летучие вещества, вероятно, составляют большую часть внутренних структур Урана и Нептуна, а вода в более глубоких слоях может быть в форме ионной воды, в которой молекулы распадаются на суп из ионов водорода и кислорода, а еще глубже - в суперионную форму. вода, в которой кислород кристаллизуется, но ионы водорода свободно плавают внутри кислородной решетки. ^[161]

Водно-жилая зона

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 находится в обитаемой зоне в Солнечной системе ; если бы он был немного ближе или дальше от Солнца (около 5%, или около 8 миллионов километров), условия, позволяющие трем формам присутствовать одновременно, были бы гораздо менее вероятными. ^{[162] [163]}

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 накопление воды, за исключением полярных ледяных шапок (как на Марсе ). ^{[ необходима цитата ]}

Температура поверхности Земли оставалась относительно постоянной в течение геологического времени, несмотря на различные уровни поступающей солнечной радиации ( инсоляции ), что указывает на то, что динамический процесс управляет температурой Земли через комбинацию парниковых газов и альбедо поверхности или атмосферы . Это предложение известно как гипотеза Гайи . ^{[ необходима цитата ]}

Состояние воды на планете зависит от давления окружающей среды, которое определяется силой тяжести 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 ^[164] и GJ 1214 b . ^[165]

Право, политика и кризис

Этот раздел необходимо обновить . Обновите эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. ( Июнь 2020 г. )

Водная политика - это политика, на которую влияют вода и водные ресурсы . По этой причине вода является стратегическим ресурсом в мире и важным элементом во многих политических конфликтах. Это наносит вред здоровью 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 имеют доступа к безопасной воде, а более 2,5 миллиардов не имеют доступа к адекватной санитарии . ^[166] Однако, по оценкам некоторых наблюдателей, к 2025 году более половины населения мира столкнется с уязвимостью, связанной с водой. ^[167] В отчете, опубликованном в ноябре 2009 года, предполагается, что к 2030 году в некоторых развивающихся регионах мира спрос на воду превысит предложение на 50%. ^[168]

1,6 миллиарда человек получили доступ к источникам безопасной воды с 1990 года. ^[169] По оценкам, доля людей в развивающихся странах, имеющих доступ к безопасной воде, увеличилась с 30% в 1970 году ^[170] до 71% в 1990 году, 79%. в 2000 г. и 84% в 2004 г. ^[166]

В отчете Организации Объединенных Наций за 2006 год говорится, что «воды хватит на всех», но доступ к ней затруднен из-за бесхозяйственности и коррупции. ^[171] Кроме того, глобальные инициативы по повышению эффективности оказания помощи, такие как Парижская декларация об эффективности помощи , не были приняты донорами водного сектора так эффективно, как в сфере образования и здравоохранения, что может привести к тому, что многие доноры будут работать над частично совпадающие проекты и правительства стран-получателей без полномочий для действий. ^[172]

Авторы Комплексной оценки управления водными ресурсами в сельском хозяйстве 2007 года назвали плохое руководство одной из причин некоторых форм нехватки воды. Руководство водными ресурсами - это набор формальных и неформальных процессов, посредством которых принимаются решения, связанные с управлением водными ресурсами. Хорошее руководство водными ресурсами - это прежде всего знание того, какие процессы работают лучше всего в конкретном физическом и социально-экономическом контексте. Иногда допускаются ошибки, пытаясь применить «чертежи», которые работают в развитом мире, к местам и контекстам развивающихся стран. Река Меконг является одним из примеров; обзор Международного института управления водными ресурсамиполитики шести стран, которые полагаются на воду из реки Меконг, показали, что тщательный и прозрачный анализ затрат и выгод и оценки воздействия на окружающую среду проводились редко. Они также обнаружили, что проект закона Камбоджи о воде был намного сложнее, чем нужно было. ^[173]

В Докладе ООН о развитии водных ресурсов мира (WWDR, ​​2003) Программы оценки водных ресурсов мира указывается, что в следующие 20 лет количество воды, доступной каждому, сократится на 30%. 40% жителей планеты в настоящее время не имеют достаточного количества пресной воды для минимальной гигиены . В 2000 году более 2,2 миллиона человек умерли от болезней, передаваемых через воду (связанных с потреблением загрязненной воды) или засухи. В 2004 г. британская благотворительная организация WaterAid сообщила, что каждые 15 секунд умирает ребенок от легко предотвратимых заболеваний, связанных с водой; часто это означает отсутствие отвода сточных вод . ^{[ необходима цитата ]}

Организации, занимающиеся охраной воды, включают Международную водную ассоциацию (IWA), WaterAid , Water 1st и Американскую ассоциацию водных ресурсов. Международный институт управления водных ресурсов осуществляет проекты с целью использования эффективного управления водных ресурсов для снижения уровня бедности. К водным конвенциям относятся Конвенция Организации Объединенных Наций по борьбе с опустыниванием (КБОООН), Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов , Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву и Рамсарская конвенция . Всемирный день воды проходит 22 марта ^[174] иВсемирный день океанов 8 июня. ^[175]

В культуре

Религия

В большинстве религий вода считается очистителем. Религии, которые включают ритуальное омовение ( омовение ), включают христианство , индуизм , ислам , иудаизм , движение растафари , синтоизм , даосизм и викку . Погружение (или клевета или обливание ) человека в воде является центральным таинством христианства (где он называется крещение ); это также часть практики других религий, включая ислам ( гусль ), иудаизм ( миква ) и сикхизм.( Амрит Санскар ). Кроме того, во многих религиях, включая ислам и иудаизм, для умерших совершаются ритуальные омовения в чистой воде. В исламе пять ежедневных молитв можно совершать в большинстве случаев после завершения омовения определенных частей тела чистой водой ( вуду ), если вода не доступна (см. Тайаммум ). В синтоизме вода используется почти 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. ^{[176] [177]}

В зороастризме вода ( аб ) считается источником жизни. ^[178]

Философия

Древнегреческий философ Эмпедокл считал, что вода является одним из четырех классических элементов наряду с огнем, землей и воздухом , и считалась илемом , или основной субстанцией вселенной. Фалес , которого Аристотель изображал как астронома и инженера, предположил, что Земля, более плотная, чем вода, возникла из воды. Фалес, монист , далее верил, что все вещи созданы из воды. Платон считал, что форма воды - это икосаэдр, что объясняет, почему она может течь легко по сравнению с землей в форме куба. ^[179]

В теории четырех телесных жидкостей вода ассоциировалась с мокротой , как холодная и влажная. Классический элемент воды , также был одним из пяти элементов в традиционной китайской философии , наряду с землей , огнем , деревом и металлом .

Вода также считается образцом для подражания в некоторых частях традиционной и популярной азиатской философии . В переводе « Дао де цзин » Джеймса Легжа в 1891 году говорится: «Наивысшее совершенство подобно (качеству) воды. Превосходство воды проявляется в том, что она приносит пользу всем вещам, и в том, что она занимает, не стремясь (наоборот), 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 перед ним, потому что нет ничего (столь эффективного), ради чего это можно было бы изменить ». ^[180] Гуаньцзыв главе «Шуй-ди» 水 地 дополнительно раскрывается символизм воды, провозглашая, что «человек есть вода», и приписывая природные качества людей из разных регионов Китая характеру местных водных ресурсов. ^[181]

Искусство и активизм

Художник и активист Фредерика Фостер курировала книгу «Ценность воды» в соборе Св. Иоанна Богослова в Нью-Йорке ^[182], которая закрепила годичную инициативу Собора о нашей зависимости от воды. ^{[183] [184]} Самая большая выставка, когда-либо появлявшаяся в Соборе, ^{[185] на} ней было представлено более сорока художников, в том числе Дженни Хольцер , Роберт Лонго , Марк Ротко , Уильям Кентридж , Эйприл Горник , Кики Смит , Пэт Стейр , Уильям Кентридж ,Элис Далтон Браун , Тересита Фернандес и Билл Виола . ^{[186] [187]} Веб- сайт, посвященный пропаганде воды « Думай о воде», был создан Фостером, чтобы выделить художников, которые используют воду в качестве темы или средства массовой информации.

Пародия на монооксид дигидрогена

Технически правильное, но редко используемое химическое название воды , «монооксид дигидрогена», было использовано в серии розыгрышей и розыгрышей , имитирующих научную безграмотность . Это началось в 1983 году, когда в газете Дюранда, штат Мичиган, появилась статья в День дурака . Ложная история состояла из опасений по поводу безопасности вещества. ^[188]

Смотрите также

• Очертание воды
• Вода (страница данных) - это набор химических и физических свойств воды.
• Аквафобия (боязнь воды)
• Эффект Мпемба
• Обезвоживание
• Пероральная регидратационная терапия
• Жажда
• Анализ уровня воды

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

• ОЭСР Статистика водных ресурсов
• Страница мировых данных о водных ресурсах
• Комплексная база данных ФАО по водным ресурсам, АКВАСТАТ
• Хронология водных конфликтов: база данных о водных конфликтах
• Школа наук о воде (USGS)
• Портал о стратегии, работах и ​​связанных с ними публикациях Всемирного банка по водным ресурсам
• Американская ассоциация водных ресурсов
• Вода в сети
• Структура воды и наука
• Почему вода - одна из самых странных вещей во вселенной BBC Ideas, видео, 3:16 мин., 2019
• Химический состав воды (специальный отчет NSF)
• Международная ассоциация свойств воды и пара
• H2O: The Molecule That Made Us , документальный фильм PBS 2020 года