Розподіл води на земній кулі, її властивості та значення

Лекція 3.

Так оце та правда!

Стояла люта зима.

Одного вечора в хату до Чіпки зайшли братчики й сім незнайомих чоловіків. Хазяїн запросив їх до столу; знову пили, сміялися, а тоді стали змовлятися йти на хутір до Хоменка.

Галя почула, що п'яна компанія вибралася з хати. Пішов із ними й Чіпка.

Незабаром повернулися. Мотря виглянула з—за комина й затрусилася... На кожному видні були сліди свіжої крові.

Рантом вона почула дитячий голос. Стара тихенько вийшла надвір і побачила дівчинку літ десяти в об'юшеній кров'ю сорочці.

Дитина з плачем стала розповідати, що вона Хоменкова. Вночі на їх хутір налетіли розбишаки, усіх побили, порізали, одну її не знайшли. Потім запалили хату й поїхали.

Мотря похапцем вдягла дівчинку, взула й хутко повела з двору до волості. Зарево від пожежі на Хоменковім хуторі вдарило їм прямо у вічі.

Незабаром набігли волосні, обступили кругом хату. Ні одної душі не випустили: всіх побрали, пов'язали.

Із своєї хатини вийшла Галя, побачила Чіпку із зв'язаними руками, дівчинку всю в крові:

— Так оце та правда?! Оце вона!!!— скрикнула не своїм голосом і несамовито залилась божевільним сміхом.

Христя дізналася про страшну новину від Грицька і зразу побігла до Галі. Перегодя трохи вернулася сама не своя і сказала, що Галя повісилася.

Уже під осінь по шляху йшла ціла валка каторжан у Сибір. Зупинилася в Пісках. Був там і Чіпка. Стояв насуплений, кидав на людей, що обступили арештантів, грізний погляд.

Чіпчину хату опечатали, забили.

Мотрю взяв Грицько догодовувати до смерті. Швидко після того вона й померла.

Недалеко від Пісок насипано високу могилу, а на ній стоїть височезний хрест. Під ним поховано вісім безневинних душ, загублених в одну ніч «страшним чоловіком».

План

1. Розподіл води на земній кулі.

2. Хімічні властивості води.

3. Фізичні властивості води.

4. Колообіг води

5. Водо забезпечення України водою.

1. Гідросфера — це сукупність усіх водних джерел земної кулі які розподілені дуже нерівномірно.

Більша частина поверхні Землі зайнята океанами і морями, які утворюють єдиний Світовий океан. Із загальної площі земної кулі (510 млн. км²) світовий океан займає 71 відсоток (361 млн. км²), а суша 29 % (149 млн. км²). Загальний об'єм води на Землі становить 1386 млн км3, з них на Світовий океан припадає 1338 млн км³, або 96,5 %. Загальна площа океанів і морів перевищує площу суходолу у 2,5 рази. Середня глибина Світового океану дорів­нює 3704 м, найбільша — 11034 м.

Як видно з таблиці (додаток 1), запаси води на Землі величезні. Проте це пере­важно солона вода Світового океану. Запаси прісної води, потреба в якої всіх живих істот та лю­дей є особливо великою, незначні (приблизно 35, 03 млн. км³) і є вичерпними природними ресурсами.. Більшість її сконцентрована в льодовиках Антарктиди та Гренландії. Кригою вкри­то 16 млн км² суходолу тобто 11% суші.

Третє за величиною джерело води — підземні води. Вони залягають на глибині 150 — 200 м. Загальний їх об'єм приблизно в 100 разів більший за об'єм поверхневих прісних вод річок, озер, боліт. До підземних вод відносять гравітаційну воду яка знаходиться в товщі земної кори, заповнюючи різноманітні пустоти гірських порід: пори, тріщини, каверни. Розрахунок природних запасів підземних вод зроблено до глибини 2000 метрів і складають 23,4 млн. км3. Точно визначити об’єм підземних вод неможливо оскільки невідома нижня межа їхнього поширення.

Ґрунтова волога це практично вся волога яка міститься у двометровому шарі, її загальні запаси становлять 16,5 тис. км3. На відміну від підземних вод ґрунтова волога тісно зв’язана з погодними умовами: у вологі сезони вона накопичується в ґрунті а в сухі витрачається на випаровування з різних поверхонь та транспірацію рослинністю.

Озера на поверхні суші зустрічаються більш менш рівномірно на всіх континентах. Сумарна площа їх складає 2,07 млн. км² , а об’єм води 176,4 тис. км³. З них 91 тис. км3 - води прісних озер, а решта солоні озера. Найбільшим прісним озером є Байкал, а солоним Каспійське море.

У 145 великих озерах світу зосереджено близько 168 тис. км³ води, або 95 % об’єму усієї води озер.

Багаторічна (вічна) мерзлота займає 14% суші. Більша частина її зосереджена в Арктиці та Антарктиці.

Близько 2% суші займають болота. Найбільша їх кількість переважно в лісовій зоні Азії, Європи та північної Америки.

Кількість води в руслах річок безперервно змінюється з року в рік від сезону до сезону залежно від зміни кліматичних факторів стоку - опадів і випаровування.

В атмосфері вода знаходиться у вигляді у вигляді водяного пару, крапель води і кристалів льоду. Повітряними течіями вона переноситься з одних районів в інші і конденсуючись випадає у вигляді атмосферних опадів. Загальна кількість становить 12,9 тис. км3 і зосереджена (0-5 км.).

2. Хімічні властивості води.

Хімічно чиста вода являє собою найпростішу стійку сполуку гідрогену(водню) з оксигеном (киснем), має хічну формулу H2O. Хімічно чиста вода в природі майже ніколи не зустрічається. Її можна одержати тільки лабораторним шляхом. Природна вода є добрим розчинником і завжди містить у собі завислі і розчинні речовини. Хімічний склад природних вод поділяється на 6 груп:

- головні іони;

-розчинені гази;

-біогенні речовини;

-мікроелементи;

-органічні речовини;

-забруднювальні речовини

Гази і органічні речовини зустрічаються у воді у вигляді молекул, солі у вигляді іонів, деякі біогенні і органічні сполуки у вигляді колоїдів.

До головних іонів солей відносяться негативно заряджені іони (аніони): хлоридний (Cl), сульфатний(SO ₄), гідрокарбонатний (HCO ₃), карбонатний (CO ₃); позитивно заряджені іони (катіони): магнію, кальцію, натрію, калію. Сумарний вміст у воді розчинених солей (концентрація) характеризується мінералізацією. За вмістом солей природні води поділяються: прісні - менше 1%₀ проміле (проміле- 1 тисячна частина будь якої речовини), солоноваті 1-25 %₀, солоні (морської солоності) 25-50%₀ і високосолоні (розсоли)- понад 50%_0.

За переважанням аніону природні води поділяються на три класи: гідрокарбонатний, сульфатний і хлоридний; за переважанням катіону на 3 групи: кальцієву,магнієву і натрієву.

Річкові води переважно відносяться до гідрокарбонатного класу кальцієвої групи.

Підземні води до сульфатного класу і магнієвої групи.

Води океанів і морів до хлоридного класу і натрієвої групи.

Концентрація катіонів кальцію та магнію обумовлює загальну твердість води (сума мг/екв. іонів Ca i Mg в одному літрі води). Залежно від загальної твердості розрізняють воду дуже м’ягку до 1,5 мг/екв м’ягку 1,5-3, помірно тверду 3-6, тверду 7-9 і дуже тверду понад 9. З розчинних газів найбільше значення мають кисень і вуглекислий газ. Природні води збагачуються на кисень як за рахунок надходження його з атмосфери так і в результаті виділення його водною рослинністю в процесі фотосинтезу. Втрата кисню у воді пов’язана з процесом окислення органічних речовин (бродіння, гниття) органічних решток, а також виділення його в атмосферу. До групи біогенних речовин відносять сполуки азоту фосфору заліза і кремнію. Ці речовини потрапляють у воду з атмосфери, ґрунту а також при розкладанні органічних сполук. Мікроелементами називаються речовини, які знаходяться у воді у кількості менше 1 мг/л. Багато з них необхідні для життєдіяльності організмів, але підвищення концентрації їх у воді може перетворити воду на отруту. До мікроелементів відносять бром, йод, барій, фтор, так звані важкі метали цинк, кобальт, свинець, ртуть та ін.

В природних водах завжди є органічні речовини котрі являють собою продукти розпаду різних організмів (рослин і тварин).

3. Фізичні властивості води.

В природі вода зустрічається в трьох агрегатних станах - рідкому, твердому, газоподібному. Кожен з них характеризується певними фізичними властивостями. Перехід води з одного агрегатного стану в інший зумовлюються температурою і тиском.

До основних фізичних властивостей води відносяться: питома теплоємність - кількість теплоти необхідної для нагріву одиниці маси води на один градус. Внаслідок великої теплоємності вода нагрівається і охолоджується повільніше ніж повітря. Води океанів, морів, озер та річок поглинають (акумулюють) при нагріванні величезну кількість тепла яка при зниженні температури виділяється в атмосферу. Здатність води накопичувати великі запаси теплової енергії дозволяють згладжувати різкі температурні коливання на поверхні землі в різні пори року і протягом доби, отже вода є основним регулятором теплового режиму нашої планети.

Питома теплота пароутворення (випаровування) кількість теплоти необхідної для перетворення одиниці маси води в пар.

Питома теплота плавлення льоду кількість теплоти, необхідної для перетворення одиниці маси льоду при температурі плавлення та нормальному тиску у воду.

4. Вода — один з найпоширеніших мінералів на Землі який зустрічається у всіх її оболонках приймаючи участь в процесах, що в них відбуваються.

Згідно із законами екології речовина,енергія, інформація переміщуються, трансформуються, накопичуються, утворюються тощо. Цей рух розглядається кругообіг (колообіг) або цикл речовин (елементів) в біосферних системах.

Колообігів що охоплюють планету Земля велика кількість але найбільш потужним вважається колообіг води. У ньому обертається 16,5 мільйонів кубічних метрів речовини в секунду і використовується 40 мільярдів мегават сонячної енергії. Речовина рухається в трьох станах:газоподібному (водяна пара), рідкому (вода),твердому (лід,сніг).

У глобальному кругообігу води виділяють дві ланки:
- Океанічна ланка, в якої багато разів повторюється цикл: випаровування з поверхні океану – конденсація водяної пари над океаном - опади на поверхню океану - океанічні течії - випаровування і т.д.;
- Материкова ланка, в якої багато разів повторюється цикл: випаровування з поверхні океану та суші - перенесення водяної пари - опади на поверхню суші - поверхневий і підземний стік - випаровування і т.д. Обидва ланки пов'язані між собою перенесенням водяної пари з океану на сушу і по поверхневих і підземним стоком з суші в океан.

Постійний обмін вологою між гідросферою, атмосферою і земною поверхнею, що складається з процесів випаровування, перенесення водяної пари в атмосфері, її конденсації в атмосфері, випадання опадів і стоку, відбувається постійно.

Атмосферні опади частково випаровуються, частково утворюють тимчасові та постійні водотоки й водойми, частково просочується в землю і утворюють підземні води.

Опади на будь-якій ділянці суші складаються з "зовнішніх" опадів, що конденсуються з водяної пари, принесеної ззовні, і "внутрішніх" (або "місцевих") опадів, що конденсуються з вологи, яка випаровується з поверхні конкретної ділянки суші. Цей багаторазово повторюваний процес називається внутрішньо-материковим влогообертом.

На суші виділяють області зовнішнього (80% території) і внутрішнього (20%) стоку. Стік в океан відбувається тільки з території першої області. Друга область включає великі безстічні території, що зустрічаються на всіх материках окрім Антарктиди. У круговерті води ці території пов'язані з іншою частиною суші тільки атмосферним переносом вологи.

З океану щорічно випаровується в середньому 505 тис. км³ води. Повертається в океан у вигляді атмосферних опадів 458 тис. км³. Решта 47 тис. км³ переносяться на сушу у вигляді пари.

На поверхню суші в області зовнішнього стоку випадає 110 тис. км³ опадів; з них 47 тис. км³ за рахунок вологи принесеної з океану, і 63 тис. км³ за рахунок вологи, що утворюється на континенті.

42% води,що випаровується з поверхні суши припадає на транспірацію рослин. В океан з континенту стікає 47 тис. км³, у тому числі 42 тис. км³ - річковий стік, 3 тис. км³ - стік льоду і 2 тис. км³ - стік підземних вод.

На поверхню області внутрішнього стоку випадає 9 тис. км³ опадів і стільки ж випаровується. Принесення вологи ззовні з повітряними масами дорівнює її виносу.

Відношення всіх опадів, що випали на дану територію, до вологи, принесеної ззовні, називається коефіцієнтом вологоооберту (Кво). Чим більше число раз волога, що надійшла ззовні на дану територію суші у повітряних масах, випаде на її поверхню і знову випарується, тим більше буде внесок місцевих опадів в їх загальну суму, і, отже, Кво буде вищім.

Найбільші значення Кво властиві територіям з високою величиною випаровування, що характерно для екваторіального пояса.

Співвідношення між різними джерелами надходження води на поверхню (або в виділений обсяг суші або водного об'єкта), джерелами видалення води з цієї поверхні (з цього обсягу) і зміною запасів води на поверхні (в обсязі) називається водним балансом поверхні (об'єму). Джерела надходження (приходу) і видалення (витрачання) води називаються складових, або елементами водного балансу.

Водний баланс може бути складений для земної кулі в цілому, для суші, для окремих материків, країн, адміністративних областей і районів, річкових басейнів, окремих водних об'єктів та їх частин. При складанні водного балансу суші в целому або для окремих її ділянок розглядають зазвичай певний шар літосфери, наприклад, шар від земної поверхні до першого водоупора або до самого нижнього водоносного горизонту, який бере участь у кругообігу води.
Водний баланс може визначатися за рік, окремі сезони, фази водного ре ¬ жиму, окремі добу в середньому за багаторічний період або за відрізки часу кон ¬ ретних років.
Водний баланс може бути записаний у вигляді рівняння, що представляє окремий випадок рівняння збереження речовини. Основні природні складові водного балансу: атмосферні опади, випаровування, відтік (сток) і приплив води поверхневим і підземним шляхом, зміна запасів води у виділеному обсязі (або площі).
Водний баланс може бути виражений в одиницях об'єму (м3, км3) або у вигляді тол ¬ Київщини шару води (у мм), одержуваного шляхом ділення обсягу на площу розглядає ¬ мій території.
Середній річний водний баланс Землі в цілому і окремо для Світового океану і суші наведено в табл. 2.2.
Таблиця 2.2
Середній річний водний баланс Землі
Частина Землі Площа, млн. км2 Опади x Випаровування z Сток
тис. км3 мм тис. км3 мм річковий
yp льодовиковий
yл підземний
w
тис. км3 мм тис. км3 мм тис. км3 мм
Весь Земна куля 510 577 1130 577 1130
Світовий океан 361 458 1270 505 1400 41,7 116 3,0 8 2,2 6
Суша
в тому числі: 149 119 800 72 485 41,7 280 3,0 20 2,2 15
область зовнішнього стоку 119 110 924 63 529 41,7 350 3,0 25 2,2 19
область внутрішнього стоку 30 9300 9300

Рівняння водного балансу: для всієї земної кулі х = z, для Світового океану xок + Yр + yл + w = ​​zок для всієї суші хс = ур + вул + w + zc, для зовнішньої області стоку x'с = Yр + yл + w + zc ', для області внутрішнього стоку хс "= z". Тут х, хок, хс, хс ', хс "- со ¬ відповідально опади на всю поверхню земної кулі, океану, всю сушу, район зовнішнього і внутрішнього стоку; z, zок, zc, zc', zс" - аналогічне значення випаровування, ур, вул, w - стік в океан відповідно річок, льоду, підземних вод.
Водний баланс ділянок суші, з урахуванням господарської діяльності, крім ука ¬ занних складових, може включати безповоротний забір води з водних об'єктів, перекидання стоку з інших територій. Землеробство, вирубка лісів, створення водосх ¬ ніліщ також впливають на співвідношення природних складових водного балансу.
Кругообіг наносів. Наноси - це тверді речовини, що містяться у водних об'єктах і переносяться водою в підвішеному або ваблене стані. Основний вико ¬ точніка надходження наносів у водні об'єкти - змив грунту з поверхні Водозбут ¬ рів талими і дощовими потоками (ерозія) і меншою мірою розмив дна і берегів водних об'єктів під дією течії і хвиль. Річками наноси виносяться в океан. Тут вони доповнюються продуктами розмиву морських берегів і взмучіванія дна віл ¬ нами на мілководді, а також частками рослинних і тваринних організмів.
Річний стік зважених наносів річок світу 15,7 млрд. т. на рік. Сток ваблених наносів річок світу 5-10% загального твердого стоку.
Кругообіг солей. Підземні води при своєму русі розчиняють гірські по ¬ роди і є основними джерелами формування сольового складу річок і водо ¬ емов суші. З річковими водами у Світовий океан виноситься 3,1 млрд. т. солей за рік, 1,2 млрд. т. солей надходить до нього безпосередньо з підземними водами, 0,2 млрд. т. утворюється в результаті розчинення річкових суспензій.
З поверхні океану з випаровувальними частинками води, а також з бризками щорічно йде 5 млрд. т. солей, з яких 4,5 млрд. т. відразу повертається назад, а 0,5 млрд. т. несеться на сушу. Таким чином, запас солей в океані щороку пополо ¬ вується на 4 млрд. т., тобто близько однієї десятимільйонна частки їх загальної кількості в ньому.
Кругообіг газів. З газів, що беруть участь у кругообігу речовин у природі, най ¬ більше значення мають кисень O2 і діоксид вуглецю (вуглекислий газ) СО2.. Важ ¬ дальшої фактор кругообігу цих газів - процес фотосинтезу:
6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6O2,
в результаті якого поглинається СО2., створюється органічна речовина (продукція) і виділяється О2. Внаслідок життєдіяльності фітопланктону океану продукується 154 млрд. тонн на рік (приблизно стільки ж, скільки рослинністю суші). Витратою ¬ ня О2 відбувається в результаті біохімічного та хімічного розкладання (окисле ¬ ня) органічної речовини (деструкція), яке супроводжується виділенням СО2.
З дощовими та річковими водами в океан надходить 3,6 млрд. т. О2. На окисли ¬ тільні процеси в океані, а також споживання живими водними організмами рас ¬ ходуется 151 млрд. т. О2.. Надлишок в 6,6 млрд. т. океан щорічно віддає атмосфері.
Джерелами надходження СО2 в океан крім процесу розкладання органічних речовин служать річкові і дощові води, подих водних організмів, виверження підводних вулканів. В океані у високих широтах СО2 завдяки підвищеній раство ¬ рімость при низьких температурах води поглинається з атмосфери. При переміщенні цих вод у низькі широти внаслідок підвищення температури води океан віддає СО2 в атмосферу. Помітним фактором надходження СО2 в атмосферу є господарської ¬ ва діяльність.

5. Протягом тривалого історичного періоду людина повністю задовольня­ла всі свої потреби у воді і не відчувала її нестачі. Однак у зв'язку із швидким зростанням населення на Землі та його виробничої діяльності потреби у воді значно збільшились. Нині вони досягли таких масш­табів, що в багатьох місцях планети, а особливо в промислово розвине­них регіонах, виник гострий дефіцит прісної води. Сучасне споживання води сягає 3500 км³/рік, або близько 300 м³ на кожного жителя плане­ти. Протягом останніх років за приблизними підрахунками вона зросла в 10 разів. Сучасне місто використовує води з розрахунку на одну людину 300 — 500 л/добу, що значною мірою перевищує мінімальну потребу у воді однієї людини (25 л/добу).

Головним водним джерелом України є Дніпро. Водні ресурси його басейну становлять 80 % усіх водних ресурсів України. Середньобагаторічний об'єм його стоку в гирлі дорівнює 53 км3. У маловодні роки він зменшується до 43,5 км3, а в дуже маловодні — до ЗО км3. Дніпро забезпечує водою не тільки водо споживачів у межах свого басейну, а і є головним, а інколи і єдиним джерелом водопостачання великих промис­лових центрів півдня і південного сходу України.

Для системи водопостачання в басейні Дніпра використовуються поверхневі і підземні води. Основним джерелом поверхневих вод є малі річки, яких у басейні Дніпра налічується 15380 загальною довжиною 67 156 км. Розподіл водних ресурсів тут дуже нерівномірний. Найкра­ще забезпечена водою верхня частина басейну, де в середній за водністю рік її припадає 219 тис. м3. Для регулювання річкового стоку в часі й просторі в басейні Дніпра створено штучні водойми — шість великих водосховищ із загальним об'ємом води 44 км3. Об'єм підземних вод в українській частині басейну становить 12,8 км³/рік (35 млн м³/добу). Експлуатаційні запаси підземних вод, тобто розвіданих і затверджених до використання, становлять лише 2,6 км3/рік. Максимальна кількість підземних вод зосереджена в Чернігівській області, проте частка розві­даних водних підземних ресурсів тут незначна — 6 %.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО Гідрологія ВОДНИХ ОБ'ЄКТІВ, ХІМІЧНИХ І ФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТІ ПРИРОДНИХ ВОД
Загальні поняття
Вода має величезне поширення на земній кулі - на його поверхні, у грунті товщі гірських порід, в атмосфері. Вода - необхідна умова життя людини ¬ ка, а також переважної більшості тварин і рослин вона є найважливішим чинником економічного розвитку територій.
Скупчення природних вод на земній поверхні й у верхніх шарах земної кори утворюють водні об'єкти. Виділяють три групи водних об'єктів:
1) водотоки - водні об'єкти на земній поверхні з поступальним движе ¬ ням води в руслах (природних або штучних) в напрямку ухилу; до них відносяться річки і канали;
2) водойми - водні об'єкти в зниженнях земної поверхні з уповільненим водообміном - океани, моря, озера, водосховища, болота;
3) особливі водні об'єкти - льодовики і підземні води.
Сукупність водних об'єктів утворює гідросферу, що представляє собою переривчасту водну оболонку земної кулі.
Для опису водних об'єктів і їх режиму використовуються гідрологічні характеристики:
1) морфометричні, тобто пов'язані з розміром і формою об'єктів (площа, довжина, ширина, глибина і т.п.);
2) власне гідрологічні, що характеризують кількість води та її рух (рівень і витрата води, швидкість течії);
3) гідрофізичні, що характеризуються фізичні властивості води (температура, товщина льоду, щільність і т.д.);
4) гідрохімічні (мінералізація, концентрація окремих іонів);
5) гідробіологічні (склад і чисельність живих організмів, біомаса і т.д.)
6) хронологічні (дати настання і тривалість, гідрологічних явищ).
Гідрологічний стан водного об'єкта - сукупність його гідрологічних характеристик в даний момент часу, Гідрологічний режим - закономірна зміна стану водного об'єкта в часі. Гідрологічні процеси - сукупність фізичних, хімічних і біологічних процесів, що визначають гідрологічний стан і режим водних об'єктів.
Гідрологія - це наука, що вивчає кругообіг води (разом з містяться в ній речовинами), її розподіл на земній кулі, процеси відбуваються у водних об'єктах, просторово-часові зміни характеристик водних об'єктів.
За завданням і методам дослідження гідрологія ділиться на ряд розділів. Це - загальна гідрологія, що вивчає найбільш загальні закономірності гідрологічних процесів і явищ, регіональна гідрологія (або гідрографія) займається вивченням і описом конкретних водних об'єктів, прикладна (інженерна) гідрологія, розробляє методи розрахунків і прогнозів різних гідрологіче ¬ ських характеристик, гідрометрія, розробляє методи вимірювань і спостережень щодо природних вод.
Гідрологія є галуззю географії. На стику з іншими фундаментальними науками виникли спеціальні розділи гідрології: Гідрофізика, що вивчає фі ¬ зические процеси у водних об'єктах (динамічні, термічні) і формування фізичних характеристик води (льоду, снігу); гідрохімія, що вивчає хімічні процеси у водних об'єктах, формування хімічного складу природних вод і його зміна в часі і просторі; гідробіологія, що вивчає живі організми у водних об'єктах, їх взаємовідносини один з одним і з умовами проживання.
По об'єктах досліджень гідрологія підрозділяється на три основні частини: океанологию (або гідрологію морів); гідрологію суші, або точніше гідрологію поверхневих вод суші (ріки, озера, водосховища, болота, льодовики); гідрологію підземних вод, яка одночасно є складовою частиною геологічної науки - гідрогеології. Деякі пооб'єктний розділи гідрології суші одночасно входять до складу комплексних наук: гідрологія боліт до складу болотознавство, гідро ¬ логія льодовиків до складу гляціології.
Будова молекули води і хімічні властивості природних вод
Молекула води являє собою рівнобедрений трикутник з двома атомами водню в основі і атомом кисню у вершині. Атом кисню в моле ¬ куле води приєднує до себе два електрони, відібраних від атомів водню, і тим са ¬ мим здобуває негативний заряд. Атоми водню, позбавлені електронів, стано ¬ вятся позитивно зарядженими протонами. Таким чином виникає полярність молекули води, тобто негативний заряд з боку атома кисню і позитивно ¬ ний заряд з боку атомів водню.
Позитивно заряджене ядро ​​водню однієї молекули може з'єднуватися з негативно зарядженим атомом кисню іншої молекули. В результаті Возника ¬ ють так звані водневі зв'язки, які біля води (на відміну від інших жидко ¬ стей) набагато міцніше, ніж зв'язки, обумовлені, міжмолекулярними взаємодії ¬ виями. Подолання цих зв'язків при плавленні, випаровуванні, нагріванні води вимагає набагато більшої енергії в порівнянні з іншими рідинами. Це визначає ряд "аномалій" теплових властивостей води.
Водяна пара складається переважно з поодиноких молекул води без уперед ¬ ченного будови. Водневі зв'язки не реалізуються. У твердому стані (лід) будова води у високому ступені впорядковано. Молекули становлять гексагональ ¬ ву 'структуру з міцними водневими зв'язками. Ця структура "ажурна", тобто щодо великий простір займають порожнечі. Вода в рідкому стані со ¬ зберігає елементи "льодоподібної" каркаса, порожнечі якого частково заповнюються одиночними молекулами, що обумовлює більшу, ніж у льоду, щільність води.
Вода - слабкий електроліт, тобто її молекули здатні ділитися на іони (диссоциировать) за рівнянням
H2O ↔ H + + OH-
При відсутності домішок концентрації іонів H і OH (в молях на 1 л) рівні між собою. При температурі від 0 до 50 [H +] = [OH-] = 10-7. При наявності домішок це рівність може порушитися. У разі переважання іонів ОН-має місце лужна реакція води, при надлишку іонів Н + - кисла. Для характеристики реакції використовують ¬ ється водневий показник рН, що дорівнює логарифму концентрації водневих іонів, узятий з оберненим знаком: рН =-lg [H +].
У природній воді завжди содержатс розчинені речовини. Їх кількість в одиниці об'єму - мінералізація (мг / л), в одиниці маси - солоність (г / кг, або ‰).
Основну масу розчинених речовин складають макрокомпоненти, до яких належать аніони HCO3-, катіони Са2 +, Mg2 +, Na +, K +. Сумарний вміст Са2 + Mg + визначає жорсткість води.
Багато речовин, що містяться в природній воді у значно меншій кількості, проте грають важливу роль в існуванні водних екосистем, визначають споживчі властивості води. Серед них виділяють такі групи.
Біогенні речовини - сполуки натрію, фосфору, кремнію, заліза, найбільш активно беруть участь у життєдіяльності рослинних і тваринних організмів.
Органічні речовини - складні сполуки, що утворюються в результаті розкладання рослинних і тваринних організмів. Вуглець складає приблизно по ¬ Ловін їх маси, а разом з киснем і воднем 95%.
Мікроелементи - речовини, що знаходяться у воді в дуже малих кількостях (менше 0,01 мг / л). До них, зокрема, відносяться важкі метали, радіоактивні речовини.

Фізичні властивості води
Вода знаходиться в природі в рідкому, твердому і пароподібному стані. Перех ¬ ди води з одного агрегатного стану в інший - фазові переходи:
- Перехід з рідкого стану в твердий (лід, сніг, град) - замерзання води (кристалізація льодоутворення), в пар - випаровування;
- З пароподібного стану в рідке - конденсація (освіта крапель дощу, дощ, роси), в тверде - сублімація (утворення інею, ожеледі, паморозі);
При нормальному тиску прісна вода замерзає при температурі Про ° С; при уве ¬ ліченіе мінералізації (солоності) і тиску (атмосфери, шару води) вона знижує ¬ ся. Випаровування істотно підвищується зі збільшенням температури і зменшенням атмосферного тиску.
Теплові "аномалії" води:
1) Дуже великі значення
- Питомої теплоємності (1 кал для нагрівання 1г води на 1 ° С); це обумовлює за ¬ повільне, в порівнянні з повітрям, нагрівання і охолоджування води, звідси Отепя ¬ ляющее вплив океану взимку та охолоджувальне - влітку;
- Питомої теплоти плавлення і льодоутворення (відповідно поглинання і виділення ¬ ня 80 кал на 1г води); останнє уповільнює наростання крижаного покриву на річках та водоймах;
- Питомої теплоти пароутворення, або випаровування (необхідне 597 кал на перетворений ¬ ня 1г води в пару), це веде до охолодження поверхні води при випаровуванні і замед ¬ лению процесу висихання водойм в посушливих місцевостях.
2) Низька теплопровідність води і льоду, що уповільнює охолодження води на ре ¬ ках і водоймах взимку.
Особливості зміни щільності води (ρ):
1) Найбільша щільність прісної води спостерігається при 4 ° С; при зростанні температури вище цього значення щільність води (як і інших рідин) зменшується ¬ ється, при зменшенні температури нижче 4 ° С щільність води також зменшується; це головна особливість води, що перешкоджає промерзанню річок і водойм до дна.
2) Щільність води, на відміну від інших рідин, у твердому стані (лід) менше, ніж в рідкому (щільність дистильованої води при 4 ° С 1000кг/м3 або 1кг / л, при 0 ° С 999,9 кг/м3, щільність кристалічного льоду при 0 ° С 917кг/м3); це запобігання ¬ обертає опускання льоду, що утворюється на поверхні води, на дно. Щільність по ¬ Рісто льоду і тим більше снігу набагато менше, ніж кристалічного льоду. З поні ¬ жением температури льоду щільність його трохи збільшується.
Зі збільшенням солоності (S) щільність води зростає, а температура наиболь ¬ ший щільності (Тн.пл.) і температура замерзання (Тзмрз) води знижуються, Тн.пл.. від 4 ° С, Тзмрз від 0 ° С при S = ​​0 ‰. Тн.пл._ знижується більш інтенсивно, ніж Тзмрз. При S = ​​24,7%, Тн.пл порівнюються: Т н.пл. = Тзмрз. = -1,2 ° С.
До важливих особливостей води ставиться дуже високий поверхневий натяже ¬ ня (поступається за величиною тільки ртуті). Воно викликане силами притягання між молекулами води на поверхні розділу вода - повітря або вода - тверде тіло. Це властивість обумовлює підйом води в капілярах грунту і рослин.
Відносно висока плинність води викликана порівняно невеликий в'язко ¬ стю, тобто силою тертя між суміжними шарами рухомої рідини. Кількісного ¬ ний показник цієї властивості - динамічний коефіцієнт в'язкості (μ). Ділячи цей коефіцієнт на щільність води, отримують кінематичний коефіцієнт в'язкості υ = μ / ρ. В'язкість істотно зменшується зі збільшенням температури води.
Якщо виділити в водному потоці обсяг у вигляді куба, верхня і нижня межі кото ¬ рого паралельні водної поверхні, то на нього будуть діяти сили, які відносять ¬ ся а) до всієї маси обсягу - це об'ємні, або масові сили і б) до граней виокрем ¬ ленного обсягу - поверхневі сили. Останні діляться на нормальні, направ ¬ лені перпендикулярно гранях, і дотичні, що діють вздовж граней.
До об'ємних (масовим) відносяться наступні сили:
1. Сила тяжіння (Fg), спрямована вертикально вниз (до центру Землі) Fg = mg, де т - маса, g - прискорення сили тяжіння. Поздовжня складова сили тяжіння, що викликає рух води, Fgnp = mg sinα = mgI, де α - кут між водної та горизонтальної поверхнями, I = sinα - ухил водної поверхні.
2. Відцентрова сила (Fц) проявляється на поворотах потоку. Якщо уявити ділянку річки на повороті у вигляді дуги кола, то відстань від неї до центру ок ¬ ружності називається радіусом кривизни (r). Тоді Fц = mv2 / r, де v - швидкість течії. Гц спрямована перпендикулярно дузі окружності в сторону від центру.
3. Сила Коріоліса (Fк), що виникає в результаті обертання Землі і направ ¬ ленна перпендикулярно руху потоку в північній півкулі вправо, у південному вліво. Fk = 2 mv sinφ, де φ - географічна широта. Fк збільшується від екватора, де вона дорівнює нулю, до полюсів.
Відцентрова сила і сила Коріоліса помітно проявляється тільки для великих потоків (з великою величиною маси води).
До нормальним поверхневим силам належить гідростатичний тиск, тобто вплив на грані виділеного обсягу вищерозміщеного стовпа покоїться рідко ¬ сти, і гідродинамічний тиск, тобто вплив рідини, що рухається на ці грані і обтічні нею тверді тіла.
Серед дотичних поверхневих сил найбільше значення для потоків має сила тертя на дні. Для турбулентного потоку її величина, віднесена до одиниці площі дна (питомий тертя, або дотичне напруження), залежить від характеру дна (його шорсткості), пропорційна щільності води і швидкості течії для лами ¬ Нарнії течії і квадрату швидкості для турбулентного.
Види руху води:
Зазначені види руху води різняться тим, що при ламінарному плині частки води рухаються по паралельних траєкторіях без перемішування, а при тур ¬ булентном течії в потоці виникають вихори, що призводять до переміщення частинок води по глибині і ширині потоку.
Як показник гідродинамічного характеру потоку використовується число Рейнольдса: Re = vh / υ, де v - швидкість течії (в м / с), h - глибина потоку (в м), υ-кінематичний коефіцієнт в'язкості (в м2 / с). При значеннях Re <300 рух ла ¬ мінарное, при Re> 3000 - турбулентний, між цими значеннями Re характер потоку перехідний.
У водних об'єктах розрізняють також поступальний рух, при якому відбувається переміщення води в певному напрямку, і коливальний движе ¬ ня, при якому таке переміщення відсутня.

Таблиця 1.

Світові запаси води

Вода	Об'єм, тис. км'	Частка загальних запасів, %	Період відновлення, роки
Світового океану		96,5
Підземна		1,7
Переважно прісна
підземна		0,76	—
ґрунтова	16,05	0,001
У вигляді льодовиків та снігового покриву	24064,1	1,74
Озер	176,4	0,013
у тому числі прісна	91,0	0,007	—
солона	85,4	0,006	—
Боліт	11,47	0,0008
Річкових русел	2,12	0,0002	16 днів
Біологічна	1,12	0,0001	Кілька годин
Атмосферна та ін.	12,9	0,001	8 днів
Загальна кількість
води в гідросфері	1 385 984,6		—
У тому числі прісної	35029,21	2,53	—

Дата добавления: 2014-01-07