Классификация воды по источникам
Таблица 3
Распределение вод на земном шаре (единица измерения — миллион кубических километров)
| Мировой океан, солёные воды | Атмосфера | Подземные воды | Почвенные воды | Ледники | Воды озёр и рек | Воды в растениях и животных |
| 1120-1300 | 0,013 | 60-100 | 50-90 | 20-30 | 1-4 | 0,006 |
Подземные воды глубокого залегания расположены в десятках-сотнях метрах от поверхности земли, они пропитывают пористые горные породы, а также образуют гигантские подземные бассейны, окруженные водонепроницаемыми слоями. Вода в таких подземных резервуарах находится под давлением.
Другой тип подземных вод поверхностные, расположенные в почве и верхних слоях земной поверхности на глубине нескольких метров. По сравнению с водами глубокого залегания у них есть один недостаток и одно преимущество. Недостаток: эти воды гораздо активнее контактируют с поверхностью земли и поэтому они слабее защищены от загрязнений, чем воды глубокого залегания. Преимущество этих вод заключается в том, что они более доступны и легко накапливаются в колодцах и поверхностных резервуарах.
Следующий по величине массив пресных вод (20—30 млн. км3) сосредоточен в ледниках Антарктиды, Гренландии и островов Северного Ледовитого океана.
Пресную воду из атмосферы (около 13 тыс. км3) мы получаем в виде осадков — дождя и снега.
Мировой океан содержит большие запасы воды, которая может быть опреснена различными физико-химическими методами.
Основной запас пресной воды, употребляемой человеком, сосредоточен в озерах и реках. Одно из крупнейших российских озерных хранилищ воды — озеро Байкал содержит около 20 тыс. км3 воды. На сегодняшний день байкальская вода считается самой чистой в мире; она характеризуется следующими параметрами: содержание (в мкг/л) свинца — 0,7 (ПДК = 10), кадмия — 0,02 (ПДК = 1), ртути — 0,1 (ПДК = 1), мышьяка - 0,3 (ПДК = 10).
Другой источник воды – живые организмы. В растениях и животных, состоящих на две трети из воды, содержится 6 тыс. км3 воды. Человеческий организм находится в состоянии непрерывного водного обмена с окружающей средой: он выделяет воду в виде пота и мочи и ежедневно восполняет водные потери пресной водой. Если нет возможности напиться, то вода теряется с потом и с выдыхаемым воздухом, и в результате наступает угроза обезвоживания (дегидратации) организма. На первой стадии учащается пульс, возникает слабость, затем — головокружение и одышка. При обезвоживании, составляющем 10% от массы тела, происходят нарушение речи, зрения и слуха и потеря сознания. Гибель организма наступает от необратимых изменений в нервной и сердечно-сосудистой системах при водопотере 15—25% от массы тела (в зависимости от температуры окружающей среды).
Природную воду исходя из ее физических свойств можно разделить на ряд групп по различным признакам, например,
По температуре:
• Холодные
Переохлажденные………………………. Менее 0 °С
очень холодные ………………………….0-10 °С
холодные………………………………….10-20 °С
• Низкотермальные
Теплые…………………………………….20-37 °С
Горячие…………………………………...37-50 °С
• Высокотермальные
очень горячие…………………………….50-100 °С
перегретые………………………………..более 100 °С, до критической температуры
По местонахождению:
• Атмосфера………………………….Метеорные
• Океаны, моря, озера, реки………...Поверхностные
• Земные недра……………………….Подземные
По различным видам состояния воды в горных породах (для подземных вод) :
• Парообразная (в незаполненных пустотах и порах пород), очень подвижна, может конденсироваться.
• Гигроскопическая, обволакивающая тончайшей пленкой частицы породы, прочно удерживается молекулярными и электрическими силами.
• Пленочная, также обволакивающая частицы породы, но более толстой пленкой; может передвигаться, но не подчиняется силе тяжести (гравитации).
• Гравитационная, или свободная, подчиняющаяся силе тяжести и передающая гидростатическое давление. Частный случай этой воды - капиллярная, которая может подниматься вопреки гравитации, например в легких глинах на высоту до 12 м, правда, за весьма длительный срок (около года).
• В форме льда, заполняющего трещины в породах или залегающего в форме пластов.
Итак, главные аномалии воды:
1.Плотность дистиллированной воды при увеличении температуры от 0 до 100°С имеет максимум (при температуре 4°С), в то время как у других жидкостей она постоянно уменьшается. В соответствии с плотностью при температуре от 0 до 4°С объем воды уменьшается, а затем, при повышении температуры, увеличивается. При замерзании вода расширяется, а не сжимается, как все другие жидкости. Плотность льда при 0°С примерно на 10% меньше плотности воды при этой температуре.
Примечание. Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность воды изменялась так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до 0°С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0°С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно, и водоем промерзал бы на всю глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотности вода достигает при 4°С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры. При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается не поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.
2.Температура замерзания воды с увеличением давления понижается, а не повышается, как это следовало бы ожидать.
Примечание. Этой аномалией можно объяснить существование жидкой воды на больших глубинах в морях при температуре, значительно ниже 0°С.
3.Температура замерзания (0°С) и кипения (100°С) дистиллированной воды аномальна по сравнению с температурой гидридов, входящих в одну с кислородом группу Периодической системы Д.И.Менделеева: серы — H2S, селена — H2Se, теллура — H2Te (замерзание при - 90°С, а кипение при - 70°С). Вода при нормальном давлении кипит при температуре +1000С, а замерзает при 00С — это известно всем. Но согласно ее расположению в Периодической таблице Менделеева она должна кипеть при -800... -900С, а замерзать при -1000С. Отклонение от «нормы» объясняют необычно сильным взаимодействием между собой ее молекул (кроме воды подобными аномальными свойствами, но в меньшей мере обладают аммиак и фтористый водород). Нормальным состоянием воды, исходя из имеющихся на Земле условий, должно быть газообразное состояние.
Исходя из теории антенн, аномальную температуру кипения и замерзания воды можно объяснить и тем, что она за счет высокой «направленности» своих антенн увеличивает прочность внутренних связей, поэтому для их разрыва требуется большая энергия.
4.Удельная теплоемкость воды (4,18 Дж/(гК)) в 5 — 10 раз больше удельной теплоемкости других природных веществ. Укажем для сравнения значения удельной теплоемкости некоторых веществ (Дж/(гК)): песок 0,79; известняк 0,88; хлорид натрия 0,88; глицерин 2,43; этиловый спирт 2,85. Лишь у немногих веществ (литий, древесина) она несколько приближается к удельной теплоемкости воды.
Примечание. Благодаря высокой теплоемкости вода является мощнейшим энергоносителем на нашей планете. Поэтому в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь, таким образом, регулятором температуры на земном шаре.
5.Удельная теплоемкость воды уменьшается при повышении температуры, тогда как у других веществ (кроме ртути) она увеличивается. При этом уменьшение удельной теплоемкости воды происходит при температуре от 0 до 37°С, а затем она увеличивается (у ртути она непрерывно уменьшается).
6.Удельная теплота плавления льда необыкновенно высокая и в среднем равна 333·103 Дж/кг. Вода и лед при 0°С различаются между собой по содержанию скрытой энергии на 333·103 Дж. С понижением температуры удельная теплота плавления не увеличивается, а уменьшается примерно на 2,1 Дж на 1°С.