«Природная вода, ее распространение, круговорот воды в природе»

Вода – химическое соединение водорода и кислорода (Н₂О) –жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотностью 1,000 г/см³ при температуре 3,98°С. При 0°С вода превращается в лед, при 100°С – в пар. Молекулярная масса воды 18,0153. По В.И.Вернадскому, химический состав воды может быть представлен формулой Н₂О со значением п, равным 1-6. Не все молекулы воды одинаковы: наряду с обычными молекулами, имеющими массу 18, присутствуют молекулы с молекулярной массой 19,20,21 и даже 22. 

Вода – уникальное вещество по своим физическим и химическим свойствам. Полярность молекул воды и наличие между ними «водородных» связей определяет уникальные свойства. Наибольшая плотность воды при температуре 3,98°С, дальнейшее охлаждение приводит к переходу ее в лед и сопровождается уменьшением плотности. Уменьшение объема вместо расширения происходит при плавлении (таянии) льда. Летучесть воды небольшая. У нее аномально высокие теплота плавления и удельная теплоемкость, при плавлении льда теплоемкость увеличивается более чем вдвое. Теплоемкость воды с повышением температуры до 27°С уменьшается, а затем вновь начинает возрастать. Вязкость воды (при температуре от 0 до 30°С) уменьшается с повышением давления [4]. 

Вода – наиболее распространенное на Земле вещество. В природе она находится в трех фазах: газообразной (пары воды), жидкой и твердой. Различают воду атмосферную, поверхностную (гидросфера) и подземную.

Вода встречается в парообразном состоянии в воздушной оболочке, окружающей Землю, в капельножидком – в облаках, туманах и в виде дождя, твердом – в виде снега, града и кристалликов льда в высоких облаках.

В жидком состоянии вода пребывает в гидросфере: вода океанов, морей, озер, рек, болот, прудов и водохранилищ. В твердом состоянии вода в виде льда и снега находится у полюсов планеты, на горных вершинах, зимой покрывает водоемы на значительных площадях. В горных породах литосферы она присутствует в различных состояниях: пленочная, гигроскопическая, гравитационная, капиллярная, кристаллизационная, а также в виде пара (Рис. 1). Запасы воды и соотношение их видов приведены в табл. 1.

Наибольшие запасы поверхностных вод сконцентрированы в Мировом океане, который занимает 361 млн. км³, или 70,8% поверхности Земли. Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза больше площади суши. Воды их соленые.

Относительно большие запасы поверхностных вод сосредоточены в ледниках, озерах и реках.

Ледники Земли являются важным аккумулятором воды, они расположены в основном в приполюсных районах: в Антарктиде, на арктических островах и в горных районах. Воды ледников пресные.

Из всех видов поверхностных пресных вод речной сток имеет приоритетное практическое значение. По объему речного стока Россия стоит на втором месте после Бразилии. Реки являются основой водного фонда. Почти 65% крупных городов России (Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Екатеринбург, Пермь и др.) используют для питьевых и технических нужд поверхностные, в основном речные воды [10].

Подземные воды также входят в основу водного фонда. Подземные воды так называемой зоны активного водообмена пресные и используются для питьевых и хозяйственных целей. Минеральные лечебные подземные воды используются санаторно-курортными и оздоровительными учреждениями, а также заводами розлива, теплоэнергетические (с температурой от 35 до 200°С) подземные воды – для теплоснабжения и получения электрической энергии.

                                                                                                  Таблица 1.

Вода постоянно находится в движении – циркуляции. Перемещение ее происходит в результате механического движения (потоки в реках, течения в толще океана) и изменения фазового состава, когда вода испаряется и попадает в атмосферу посредством диффузионных, конвективных потоков, характерных для почв и горных пород. В северных районах существует сравнительно редкий способ передвижения воды путем возгонки. Снег испаряется (твердая фаза воды), сразу превращается в пар и попадает в атмосферу. Без энергетических затрат вода передвигается только вниз и только под действием сил гравитации (силы тяжести). В остальных случаях при изменении температуры и давления на передвижение воды затрачивается много энергии, в основном солнечной. Ежегодно земная поверхность получает от Солнца около 13,4-10²⁰ ккал тепла. Из них 22% всей достигающей поверхности Земли энергии, или 3 × 10²⁰ ккал, расходуется на испарение (с поверхности воды, суши, почвы, растительности и др.) [15].

Приобретая такую огромную энергию, вода повышает свою энтропию. Находясь в неустойчивом равновесии, она стремится вернуться в исходное состояние. Таким образом, происходит непрерывный замкнутый процесс циркуляции воды на Земле, именуемый круговоротом или влагооборотом. Различают малый, большой и входящий в него внутриматериковый круговороты (рис. 2).

Вода, испарившаяся с поверхности океанов, большей частью конденсируется и возвращается в виде атмосферных осадков обратно в океан (малый, или океанический, круговорот), а частично переносится воздушными течениями на сушу. Атмосферные осадки, выпавшие на сушу, частично просачиваются в почву и зону аэрации, создавая запасы почвенной влаги. Проникшие глубже атмосферные осадки образуют подземные воды: грунтовые, пластовые и воды глубоких горизонтов. Часть атмосферных осадков стекает по земной поверхности в виде ручьев и рек, а остальная часть снова испаряется. В конце концов вода, принесенная воздушными течениями на сушу, снова достигает океана, завершая так называемый большой круговорот воды на земном шаре. Из большого круговорота может быть выделен еще местный, или внутриматериковый, круговорот, при котором вода, испарившаяся с поверхности суши, вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков. Небольшая часть воды из общего объема, участвующего в круговороте, порядка 7,7 тыс. км³/год, совершает круговорот в пределах бессточных областей.

Ежегодно в круговороте на поверхности Земли участвует более 1 млн. км³ воды, что составляет около 0,1% объема вод активного водообмена. С поверхности морей и океана ежегодно испаряется примерно 510 тыс. км³ воды, а с поверхности суши – около 70 тыс. км³. Обратно на поверхность океана выпадает 90% испарившейся с нее влаги и 1 % возвращается в океан в виде речных, подземных и ледниковых вод. На сушу в виде атмосферных осадков выпадает около 120 тыс. км³ воды, из которых 58% идет на испарение, а 42% стекает обратно в моря и океаны [13].

Необходимо обратить внимание на описанную выше подвижность и «вездесущность» воды, которая служит накопителем и транспортером многих веществ, в том числе опасных для живых организмов и человека взвешенных и растворенных в ней компонентов.