Количество воды на Земле

ВОДА

Основные понятия

Плотность тела, удельный объем, удельный вес, теплоемкость, теплопроводность – это основные свойства материалов.

Плотность тела (кг/м³) - физическая характеристика тела (вещества) численно равная массе единицы объема тела (отношение массы тела к его объему). Плотность вещества растет с увеличением давления и, как правило, убывает с ростом температуры. При переходе вещества из жидкого состояния в газообразное и из твердого в жидкое плотность вещества скачкообразно уменьшается (исключение представляют вода и чугун, плотность которых при плавлении увеличивается).

Удельный объем (м³/кг) - физическая величина, равная отношению объема, занимаемого веществом, к его массе; величина обратная плотности.

Удельный вес (Н/м³) - физическая величина, равная отношению веса тела к его объему.

Теплоемкость - отношение количества теплоты, сообщаемого телу при бесконечно малом изменении его состояния в каком-либо процессе, к соответствующему изменению температуры этого тела. Отношение теплоемкости к массе тела называется удельной (Дж/кг × К). Теплоемкость зависит от химического состава и состояния тела, а также от процесса сообщения телу теплоты.

Теплопроводность - один из видов теплообмена, при котором перенос энергии в форме теплоты в неравномерно нагретой среде имеет атомно-молекулярный характер. В газах перенос энергии при теплопроводности осуществляется хаотически движущимися молекулами, в металлах - в основном электронами проводимости, в диэлектриках - за счет связанных колебаний частиц, образующих кристаллическую решетку.

Человечество с древних времен пользуется разными методами измерения, прогнозирования стока и способами управления им.

Например, первые попытки регулировать сток были предприняты в Древнем Египте. В 1855 г. в 30 км к югу от Каира обнаружены на временном водотоке (вади) остатки плотины бутовой кладки, длиной 100 м по гребню, высотой 11 м, которую некоторые исследователи считают древнейшей в мире – она была построена около 5000 лет назад. Плотину прорвало в первый же год существования (не было водослива). Греческие историки Геродот и Диодор Сицилийский сообщают, что в Египте в период Среднего Царства (2160–1788 г. до н. э.), когда Нил разливался, воды его задерживали в искусственных озерах для регулирования стока в целях орошения. Одним из таких озер являлось искусственное Меридово озеро, называемое сейчас Биркет-Карун.

Примерно в ту же эпоху (около 2300 лет до н. э.), после сильнейшего в истории Китая наводнения китайский император Яо поручил строителю Ю «укротить» реки Хуанхэ, Хуайхэ и Янцзы, затоплявшие огромные пространства во время частых катастрофических паводков, и осушить заболоченные ими земли. Ю, изучив режим рек и рельеф затопляемых территорий, создал целую систему гидротехнических сооружений – дамб, плотин, осушительных каналов, помогавших рекам находить путь к морю. Мероприятия, осуществленные Ю, увенчались успехом. После смерти императора гидролог-гидротехник Ю по воле народа был возведен на императорский трон и получил титул «Великого» и «Укротителя рек». Позднее Ю стал божественным покровителем всех гидрологов и гидротехников. В начале прошлого столетия во всех приречных храмах Китая все еще возносили молитвы в честь великого императора-гидротехника. Это единственный в истории случай обожествления гидролога.

Помимо того, что с водой связаны многие блага человеческой жизни, самой жизнью человек также обязан воде.

В настоящее время известно, что жизнь на Земле зародилась именно в водной среде. Это произошло около 4 миллиардов лет тому назад. 400 миллионов лет назад жизнь вышла из моря. 65 миллионов лет назад появились первые млекопитающие. Но вода и сейчас продолжает составлять значительную часть в живых организмах, причем как в морских животных, так и в млекопитающих, обитающих на суше (включая человека). Например, у десятидневного человеческого эмбриона содержание воды достигает 95%, у новорожденного – приблизительно 72%, а у взрослого человека – в среднем 60%.

В 1953 г, американский физик С. Миллер синтезировал ряд аминокислот, пропуская электрический разряд через смесь газов (молекулярного водорода Н₂, метана СН₄, аммиака NН₃ и паров воды), предположительно составлявших первичную атмосферу Земли. И таким образом экспериментально доказал возможность возникновения сложных органических соединений в условиях, близких к условиям, господствовавшим на Земле в период появления на ней жизни.

Попав в какой-то водоем, эти соединения были защищены от жесткой солнечной радиации слоем воды. Далее следовал процесс постепенного усложнения углеродистых соединений.

Еще осталось много неясного в гипотезах возникновения жизни, но в принципе вопрос о первичном абиогенном образовании водного раствора органических веществ на еще безжизненной Земле можно считать решенным.

Строение же человека таково, что его плотность оказывается близкой к плотности воды. У многих людей она чуть меньше, особенно когда желудок пустой, а вода соленая. В таких случаях человек способен свободно находиться на поверхности воды, не боясь утонуть. На Земле есть и такое море, в котором вообще невозможно утонуть. Это соленое озеро, называемое Мертвым морем. Оно настолько соленое, что в нем отсутствует всякая жизнь (за исключением некоторых видов бактерий). Если вода большинства морей и океанов содержит 2–3% соли, то в Мертвом море ее содержится более 27%. Из-за большого содержания соли плотность воды здесь оказывается больше плотности человеческого тела, и потому человек в Мертвом море может спокойно лежать на его поверхности и читать книгу. Если же в эту воду войдет лошадь, то, как пишет Марк Твен, она оказывается в столь неустойчивом состоянии, что «не может ни плавать, ни стоять в Мертвом море, – она тотчас же ложится на бок».

Помимо Мертвого моря, огромной соленостью обладают также воды залива Кара-Богаз-Гол и озера Эльтон в Волгоградской области.

Можно экспериментально в домашних условиях определить среднюю плотность своего тела. Для этого сначала надо измерить свою массу. Затем определить объем тела. При определении своего объема погрузитесь полностью в ванну с водой. Одновременно с этим ваш друг с помощью кусочка липкой ленты (скотча) должен отметить уровень поднявшейся воды в ванне. Затем, выйдя из ванны, возьмите литровую банку и добавьте в ванну столько воды, чтобы ее поверхность поднялась до отмеченного лентой уровня. Подсчитав, сколько банок воды пришлось вылить в ванну, вы найдете свой объем, а зная объем и массу, – плотность.

Определив свою плотность, можно сравнить ее с плотностью воды. Будете ли вы тонуть в морской воде? Плотность морской воды составляет обычно 1010–1050 кг/м³. Плотность воды в заливе Кара-Богаз-Гол равна 1180 кг/м³.

В заключение повествования о воде как источнике жизни хочется привести слова Леонардо да Винчи (1452–1519), сказанные в эпоху, когда человечество стояло у истоков изучения воды, но точно и емко вобравшие все то, в чем на опыте убедились последующие поколения: «Воде была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле».

Мировой океан вмещает 1 млрд. 338 млн. км³ воды, общее же количество воды на Земле, по последним данным, 1386 млн. км³.

Из общего количества воды на Земле только 35 млн. км³, или 2,5%, приходится на долю пресных, все остальное (97,5%) – соленые воды Мирового океана, минерализованные подземные воды и воды соленых озер. Пресной называют воду, 1 л которой содержит не более 1 г растворенных веществ (солей), т. е. воду с соленостью не более 0,1%. Соленость океанической воды равна 3,5% или в 1 л ее содержится 35 г солей. Без предварительной обработки, уменьшающей их жесткость, все осолоненные воды не пригодны не только для питья, но даже пока для технических нужд.

Количество пресной воды в 35 млн. км³ – это более 8 млн. м³ на каждого жителя Земли. Но подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии, которое делает ее труднодоступной для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых покровах «полярных стран» и в горных ледниках, 30% – в водоносных слоях под землей, а в руслах всех рек содержатся одновременно лишь 0,006% пресных вод, или немногим более 1/1 000 000 части общих запасов воды (табл. 1).

Таблица 1.

Распределение пресной воды на земном шаре по водным объектам

Водный объект	Количество воды, тыс. км^3
Ледники, подземные льды, постоянный снежный покров (в пересчете на воду)	24364,0
Подземные воды	10 530,0
Влага в почве	16,5
Пресные озера	91,0
Болота	11,5
Вода в руслах рек	2,1
Вода в атмосфере	12,9
Биологические воды (в живых организмах)	1,1

Любопытно, что древние греки, не имевшие представления о круговороте воды, отводили в своих мифах очень важную роль Океану, прародителю всех богов. Жена Океана Тетис родила ему три тысячи дочерей – океанид, морских нимф, и три тысячи сыновей – речных божеств. Таким образом, по мифологии Океан стал родоначальником всех морей, рек и других водоемов на Земле.

Дата добавления: 2014-11-29