Сколько лет воде?

Нашей воде 300 000 миллионов лет. Все та же некогда возникшая на Земле вода «используется» снова и снова. Это получается благодаря непрерывному циклу, который называется круговоротом воды в природе.

Жар Солнца превращает воду морей и океанов в водяной пар. Ветер разносит его по всей Земле. Постепенно пар остывает и выпадает на Землю в виде дождя. Реки несут воду обратно в моря. Таким образом, количество воды на Земле остается неизменным. Дождь из тучи насыщает на земле источники, которые стекают в реки и моря… И все повторяется сначала. Дождевые потоки размывают почву, способствуя ее эрозии (разрушению). Но дождь – явление естественное и поэтому полезное, ведь без него не было бы растительности. К сожалению, сильные дожди иногда вызывают наводнения. Так, 25 октября 1822 года в Генуе (Италия) за один день выпал 81 сантиметр осадков! Представляете, что это был за дождь? А вот в засушливой Индии – наоборот: жители с нетерпением ждут летних муссонов (ветров, которые меняют свое направление в зависимости от времени года), приносящих благодатные дожди.

Что такое жесткая вода?

Вода, как мы знаем, – это соединение двух газов. Она состоит из водорода, очень легкого газа, и кислорода, более тяжелого и активного газа. Вода существует в трех состояниях: как жидкость, как твердое тело (лед) и как газ (водяной пар).

Но когда мы обсуждаем различные качества воды, мы обнаруживаем, что вода, существующая в природе, никогда не бывает совершенно чистой. Она содержит растворенные в ней минеральные соли, газы и живые организмы. Мы очень редко имеем дело с просто «водой». Например, химически чистая вода безвкусная. Но все мы знаем, что у воды всегда есть какой-то привкус. Отчасти этот привкус дает присутствие в воде определенных примесей. Капли дождя, проходя через атмосферу, забирают из нее некоторые газы, через которые они проходят.

Наиболее важный из этих газов – кислород, который позволяет живым организмам существовать под водой. Двуокись углерода (угольная кислота) – другой важный газ в составе воды. Его наличие в растворе воды делает воду способной размывать известняковые породы и образовывать пещеры и впадины.

Действие угольной кислоты в воде растворяет известь и карбонаты магния, которые делают воду «жесткой». Жесткая вода не дает хорошую мыльную пену. Если ее вскипятить, то внутри чайника останется известковый налет.

Кроме газов природная вода содержит растворенные в ней соли. Речная и озерная вода содержат также неорганические частицы, которые просто плавают по воде.

Вода существует на Земле в рамках большого круговорота. В ходе этого круговорота вода и меняет свои свойства, такие как жесткость и тому подобные.

Как измеряют прозрачность воды?

Чтобы оценить прозрачность воды люди вот уже сто с лишним лет пользуются диском Секки. Это белый металлический круг, имеющий в диаметре 30 сантиметров. Судно выходит на точку замера, и с борта в воду опускается диск. Единственное условие: он должен находиться в горизонтальном положении. Глубина, на которой диск Секки был виден в последний раз, и есть прозрачность воды. Говорят: прозрачность озера (моря, океана, реки) в этом месте составляет столько-то метров.

Всем известна поразительная прозрачность вод озера Байкал. Однако оказывается, что есть на Земле еще более чистые и прозрачные водоемы. Так, по последним данным (а они получены в 1986 году), самым прозрачным морем планеты является море Уэдделла, которое омывает берега Антарктиды. Белый диск Секки, брошенный в воду в точке с координатами 7 градусов, 28,6 минуты южной широты и 15 градусов, 2,5 минуты западной долготы, оставался видимым до глубины 79 метров! А окружающие воды дали прозрачность не менее 70 метров. Между прочим, это уникальный результат: ведь по всем расчетам диск даже в дистиллированной воде должен исчезнуть из поля зрения на глубине 80 метров. Выходит, вода моря Уэдделла кристально чиста?

Так, да не так. Летом в воде появляются водоросли и микроорганизмы, и прозрачность значительно снижается. Так что все подобные измерения демонстрируют прозрачность (и, в некоторой степени, чистоту) только весенней воды.

Как ни странно, одним из самых прозрачных морей (помимо холодного моря Уэдделла) является теплое и очень обжитое человеком Средиземное. 53 метра – такую глубину прозрачности в его водах показал диск Секки. Было это в 1985 году. Увы, с каждым годом повторять этот результат морю становится все труднее и труднее. Слишком сильно загрязняет его человек.

Куда исчезает вода, когда она высыхает?

Выглянув на улицу или посмотрев на дорогу, вы увидели там лужу. Один час яркого солнечного света – и вода исчезает! Или, например, вывешенное на веревке белье высыхает к концу дня. Куда исчезает вода?

Мы говорим, что вода испаряется. Но что это значит? Испарение – это процесс, при котором жидкость на воздухе быстро становится газом или паром. Многие жидкости испаряются очень быстро, гораздо быстрее, чем вода. Это относится к алкоголю, бензину, нашатырному спирту. Некоторые жидкости, например ртуть, испаряются очень медленно.

Из-за чего происходит испарение? Насколько мы знаем, каждое вещество состоит из молекул. Две силы оказывают воздействие на эти молекулы. Одна из них – сцепление, которое притягивает их друг к другу. Другая – это тепловое движение отдельных молекул, которое заставляет их разлетаться.

Если сила сцепления выше, вещество остается в твердом состоянии. Если же тепловое движение настолько сильно, что оно превосходит сцепление, то вещество становится или является газом. Если две силы примерно уравновешены, тогда мы имеем жидкость.

Вода, конечно, является жидкостью. Но на поверхности жидкости есть молекулы, которые движутся настолько быстро, что преодолевают силу сцепления и улетают в пространство. Процесс вылета молекул и называется испарением.

Почему вода испаряется быстрее, когда она находится на солнце или нагревается? Чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение в жидкости. Это значит, что все большее количество молекул набирает достаточную скорость, чтобы улететь. Когда улетают самые быстрые молекулы, скорость оставшихся молекул в среднем замедляется. Поэтому оставшаяся жидкость охлаждается за счет испарения.

Так что, когда вода высыхает, это означает, что она превратилась в газ или пар и стала частью воздуха.

Какие бывают источники воды?

Источники питаются атмосферными осадками. Дождевая вода просачивается сквозь землю, стекает вниз и, наконец, находит выход либо на склоне холма, либо у подножия горы.

Подземные воды очень обильны: они образуют огромные бассейны. Источники же – это как бы сливные отверстия из подобных подземных резервуаров. Состав воды зависит от того, какие породы она встречает на своем пути. Различают минеральные и термальные (с температурой воды свыше 20°С) источники. В некоторых реках вода просачивается через дно и, скапливаясь в одном месте, вновь выходит на поверхность. Такие источники называются карстовыми.

Почему вода гасит огонь?

На столь простой вопрос не всегда умеют правильно ответить, поэтому постараемся объяснить, в чем тут дело.

Во-первых, прикасаясь к горящему предмету, вода превращается в пар, отнимая при этом много теплоты у горящего тела; чтобы превратить крутой кипяток в пар, нужно в 5 раз больше теплоты, чем для нагревания того же количества холодной воды до 100°С.

Во-вторых, пары, образующиеся при этом, занимают объем, в сотни раз больший, чем породившая их вода; окружая горящее тело, пары оттесняют воздух, а без воздуха горение невозможно.

Чтобы увеличить огнегасительную силу воды, иногда примешивают к ней… порох! Это может показаться странным, однако это вполне разумно: порох быстро сгорает, выделяя большое количество негорючих газов, которые, окружая собой горящие предметы, затрудняют горение.

Откуда добывают подземную воду?

Чтобы добыть воду, люди с древних времен и по сей день роют колодцы. По форме они напоминают собой вертикальный продолговатый сруб. Глубина обычного колодца не превышает 20 метров. Этого достаточно, чтобы дойти до насыщенного водой слоя песка.

Ниже песчаного слоя располагаются глинистые пласты, которые не позволяют воде уходить глубже. Просачивавшаяся с поверхности дождевая вода скапливается. Проходя сквозь многометровую толщу, вода очищается от большинства примесей и становится пригодной для питья.

Правда, водоносные пески имеют низкую водоотдачу. Поэтому в деревнях даже на одной улице выкапывают несколько колодцев. Бывает и так, что колодец истощается, и тогда приходится выкапывать новый.

Развитие техники позволило искать воду на больших глубинах. Впервые такой колодец появился во французской провинции Артуа (по-латыни – Artesium), поэтому способ бурения и сами колодцы называются «артезианскими». Глубина артезианского колодца колеблется от нескольких десятков до 100–120 метров. Источником воды являются «водяные линзы» – подземные полости, в которых вода накапливалась в течение многих веков. Ученые установили, что водяные линзы образуются в результате передвижения подземных пород. Оно происходит далеко не везде.

Водяные линзы образуются между глиняными или известняковыми пластами. Глина и известняк не только удерживают влагу, но и влияют на ее состав: вода в линзах чище, чем в верхних слоях земли. Кроме того, средний объем линзы составляет несколько десятков тысяч кубометров. Поэтому даже одного артезианского колодца достаточно для снабжения водой небольшого поселка.

Бывает так, что вода в артезианской линзе испытывает сильное внутреннее давление и при бурении скважины поднимается на поверхность земли самотеком. В этом случае артезианский колодец не нуждается в насосном оборудовании.

Чтобы найти водоносную линзу, проводятся специальные геологические исследования.

Известняковые линзы встречаются чаще, чем глиняные, но они находятся на большей глубине, которая может составлять от 130 метров до 250. Поэтому воду из известняковой линзы выкачивают насосом.

Известняковые линзы иногда преподносят приятные сюрпризы: при бурении в них обнаруживают минеральную воду. В обычной воде количество солей не превышает 5 миллиграммов на литр. Вода с более высоким содержанием солей, от 5 до 10 миллиграммов на литр, называется минеральной и используется в лечебных целях.

Иногда для получения пригодной для питья воды скважину приходится переносить. Чаще питьевую воду получают, продолжая бурение и увеличивая длину скважины. Бывает и так, что при рытье скважин наталкиваются на несколько водоносных слоев, лежащих на разных глубинах. В одном из них вода может быть минеральной, а в другом – обычной. Как правило, в известняковых линзах содержатся большие запасы воды.

В последние годы в поисках воды бур уходит все глубже, достигая подземных морей. Правда, находятся они на глубине от одного до нескольких километров. Но запасы воды в них практически неисчерпаемы. Чтобы добраться до такого моря и поднять из него воду на поверхность, требуется дорогостоящее современное оборудование. Впервые промышленная добыча глубоких подземных вод началась в Африке и Саудовской Аравии. Но со временем ее развернут и в других районах мира; уже сейчас водами подземного моря снабжаются некоторые населенные пункты в Средней Азии.

Есть ли жизнь в кипятке?

До последнего времени считалось, что в кипящей воде погибают все, даже самые стойкие бактерии, но природа, как всегда, опровергла и это убеждение. На дне Тихого океана обнаружены сверхгорячие источники с температурой воды от 250 до 400 °С, и оказалось, что в этом кипятке прекрасно себя чувствуют живые организмы: бактерии, гигантские черви, различные моллюски и даже некоторые виды крабов.