• подземной, пресной или минерализованной, залегающей до глубины 800 м – 4 млн. км3 (4×1016 м3) и до 1600 м – 4 млн. км3 (4×1015 м3)
В атмосфере также содержится вода, причем на высоте до 1 км над поверхностью Земли концентрация водяного пара в воздухе в среднем составляет около 2 %.
Пресной воды – всего 0,06 % от всех доступных нам водных ресурсов, что составляет 826000 кубических километров.
Большая часть воды находится не в открытых водоемах, а в земной коре: 110–190 млн. км3. Эти воды подразделяются на два типа в соответствии с глубиной их залегания: подземные и поверхностные воды.
Подземные воды глубокого залегания расположены в десятках и даже 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.
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.
Другой источник воды – живые организмы. В растениях и животных, состоящих на две трети из воды, содержится 6 тыс. км3 воды. Так распределены водные ресурсы на нашей планете.
Каждая молекула воды состоит из трех атомов: одного атома кислорода и двух атомов водорода. Все три атома расположены в молекуле таким образом, что если мысленно соединить их линиями, то образуется равнобедренный треугольник, у которого две стороны равны.
Атомы соединены в ней друг с другом силами, которые называют силами химического сродства. Величина и направление действия этих сил таковы, что молекула воды является устойчивой именно тогда, когда атомы образуют треугольник. Всякая другая «постройка» из атомов оказывается менее устойчивой. И если по каким-либо причинам расположение «атомов» изменится, то после устранения этой причины атомы вновь образуют такой же треугольник.
Взаимодействием между молекулами воды и объясняются в первую очередь незакономерно высокие температуры ее плавления и кипения. Нужно подвести дополнительную энергию, чтобы расшатать, а затем разрушить водородные связи. И энергия эта очень значительна. Именно поэтому так велика теплоемкость воды.
В молекуле воды имеются две полярные ковалентные связи Н-О. Они образованы за счет перекрывания двух одноэлектронных р-облаков атома кислорода и одно-электронных S-облаков двух атомов водорода. В молекуле воды атом кислорода имеет четыре электронных пары. Две из них участвуют в образовании ковалентных связей, т. е. являются связывающими. Две другие электронные пары являются не связывающими. В молекуле имеются четыре полюса зарядов: два – положительные и два – отрицательные. Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода. Два отрицательных полюса приходятся на две не связывающие электронные пары кислорода: подобное представление о строении молекулы позволяет объяснить многие свойства воды – в частности структуру льда.
Поведение воды «нелогично». Получается, что переход воды из твердого состояния в жидкое и газообразное происходит при температурах, намного более высоких, чем следовало бы. Этим аномалиям найдено объяснение. Молекула воды H2О построена в виде треугольника: угол между двумя связками кислород – водород – 104 градуса. Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислорода, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярная, что является причиной особого взаимодействия между разными ее молекулами. Атомы водорода в молекуле H2О, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул. Такая химическая связь называется водородной. Она объединяет молекулы H2О в своеобразные полимеры пространственного строения; плоскость, в которой расположены водородные связи, перпендикулярна плоскости атомов той же молекулы H2О.
Любая вода, откуда бы она ни была взята – из Северного Ледовитого океана, из глубокой шахты Донбасса, была заключена в снежинке или сверкала ранним утром в капельке росы на цветке, – состоит из одинаково построенных молекул. Однако взаимное расположение отдельных молекул относительно друг друга в жидкой воде, снежинке или в паре из парового котла оказывается неодинаковым.
Пары воды, нагретые до 300 °C, при атмосферном давлении подобны обычным газам: в них расстояния между молекулами достаточно велики, так что каждая отдельная молекула может существовать более или менее самостоятельно, не испытывая существенного взаимодействия со стороны своих соседей, за исключением тех случаев, когда молекулы в результате беспорядочного теплового движения сталкиваются друг с другом.
В снежинке или кусочке льда молекулы сближены и закреплены в определенных местах кристаллической решетки; движения молекул в большинстве своем ограничиваются колебанием около некоторых средних положений.
Изучение строения воды с помощью инфракрасных и рентгеновых лучей дало возможность считать, что при температурах, близких к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы и «упаковываются» в пространство приблизительно так, как в кристаллах, а при температурах, близких к точке кипения воды, при нормальном давлении, они располагаются более свободно, беспорядочно. Однако «каркас», составленный в жидкой воде из отдельных молекул, должен быть очень гибким. Иначе трудно было бы объяснить подвижность воды, способность ее быть «рабочим телом», приводящим в движение тяжелое колесо турбины, и переносчиком различных питательных веществ по тончайшим сосудам живых организмов.
По-видимому, и в водяном паре при невысоких температурах часть молекул воды объединена или, как говорят, ассоциирована.
Вода – это единственное вещество в природе, которое в земных условиях существует во всех трех агрегатных состояниях: жидком – вода; твердом – лед; газообразном – пар. Выдающийся ученый В. И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества – минерала горной породы, живого тела, – которое ее бы не заключало. Все земное вещество ею проникнуто и охвачено».
Имеются сведения и о том, что вода может запоминать, хранить и передавать информацию о различных воздействиях, т. е. обладает памятью. Считается также, что негативное воздействие (например, плохие мысли), записавшись в воде, передается с водой человеку. Точно так же и положительные мысли записываются и передаются человеку с водой.
За память живых организмов отвечает в частности нервная система. За «память» воды отвечает ее структура. В зависимости от воздействия структура воды меняется и сохраняется некоторое время. Эта сохранившаяся структура и воздействует на человека.
Вода загадочная и волшебная
Вода – загадочное вещество. Удивительны и уникальны ее свойства. Воду, пожалуй, можно назвать «непослушным» веществом. Она не подчиняется многим физико-химическим закономерностям, справедливым для других соединений, потому что взаимодействие ее молекул необычайно велико, и требуется их особенно интенсивное тепловое движение, чтобы преодолеть дополнительное притяжение.
Почти все физико-химические свойства воды – исключения в природе. Некоторые из этих аномалий имеют определяющее значение для развития и возникновения жизни, формирования климата и рельефа нашей планеты. Аномальны, например, такие характеристики, как температура кипения и замерзания воды – 100 °C и 0 °C. Напомним, что составные части воды – водород и кислород – кипят и замерзают соответственно при температурах порядка 200 °C и 250 °C. Согласно аналогиям с веществами, схожими по молекулярным строениям, вода должна была бы кипеть при 70 °C, а замерзать при –90 °C. Но это значило бы, что вода смогла бы существовать на нашей планете лишь в виде пара. И планета была бы мертва. К счастью, молекулы воды обладают необычайно сильной способностью притягиваться друг к другу, а разрываются с большим трудом, поэтому температуры плавления и кипения воды гораздо выше «нормальных».
