Voda hraje v přírodě obrovskou roli. Ve skutečnosti to bylo moře, které bylo první arénou života na Zemi. Amoniak a sacharidy rozpuštěné v mořské vodě při kontaktu s některými minerály při dostatečně vysokém tlaku a působení silných elektrických výbojů by mohly zajistit tvorbu bílkovinných látek, na jejichž základě následně vznikly nejjednodušší organismy. Podle K.E. Ciolkovského přispělo vodní prostředí k ochraně křehkých a zpočátku nedokonalých organismů před mechanickým poškozením. Země a atmosféra se následně staly druhou arénou života.
Můžeme říci, že všechno živé se skládá z vody a organických látek. Bez vody by člověk například nemohl žít déle než 2 dne, ale bez živin může žít několik týdnů. Pro zajištění normální existence musí člověk do těla vnést přibližně 3krát více vody na váhu než živin. Ztráta více než 2 % vody lidským tělem může vést ke smrti. Tělo rostlin a živočichů obsahuje v průměru více než 10 % vody, v těle medúzy je to až 50, v řasách 96, ve sporách a semenech od 95 do 99 %. Půda obsahuje minimálně 7 % vody, přičemž v lidském těle tvoří voda asi 15 % (v těle novorozence až 20 %, u dospělého 65 %). Různé části lidského těla obsahují nestejné množství vody: sklivec oka se skládá z 75% vody, krev obsahuje 60%, tuková tkáň 99%, kostra 83% a dokonce i zubní sklovina 29%.
V primární vodní skořápce zeměkoule bylo mnohem méně vody než nyní (ne více než 10 % z celkového množství vody v nádržích a řekách v současnosti). Další množství vody se objevilo následně v důsledku uvolnění vody, která byla součástí zemského nitra. Podle odborníků obsahuje zemský plášť 10krát více vody než Světový oceán. S průměrnou hloubkou 12 km pokrývají oceány asi 4 % povrchu planety a obsahují 71 % známých světových zásob volné vody. Řeky a jezera obsahují 97,6 % světové volné vody.
Velkými zásobárnami vláhy jsou také ledovce, které obsahují až 2,1 % světových zásob vody. Pokud by roztály všechny ledovce, hladina vody na Zemi by stoupla o 64 m a asi 1/8 zemského povrchu by byla zaplavena vodou. Během éry zalednění v Evropě, Kanadě a na Sibiři dosahovala tloušťka ledové pokrývky v horských oblastech 2 km. V současné době dochází vlivem oteplování zemského klimatu k postupnému ústupu hranic ledovců. To způsobuje, že hladina vody v oceánech pomalu stoupá.
Asi 86 % vodních par se do atmosféry dostává odpařováním z povrchu moří a oceánů a pouze 14 % odpařováním z povrchu pevniny. V důsledku toho je 0,0005 % celkové zásoby volné vody koncentrováno v atmosféře. Množství vodní páry v povrchovém vzduchu je proměnlivé. Za zvláště příznivých podmínek může odpařování z podkladového povrchu dosáhnout 2 %. Navzdory tomu není kinetická energie pohybu vody v mořích větší než 2% kinetické energie proudů vzduchu. To se děje proto, že více než třetina slunečního tepla absorbovaného Zemí se spotřebuje na odpařování a jde do atmosféry. Navíc se do atmosféry dostává značné množství energie v důsledku absorpce slunečního záření procházejícího skrz ni a odrazu tohoto záření od zemského povrchu. Zářivá energie Slunce a nebeské klenby procházející vodní hladinou klesá na intenzitě na polovinu již v horním půl metru vody vlivem silné absorpce v infračervené části spektra.
Velký význam v životě přírody má fakt, že nejvyšší hustotu vody pozorujeme při teplotě 4°C. Když se sladkovodní útvary v zimě ochlazují, jak klesá teplota povrchových vrstev, klesají hustší masy vody a na jejich místě vystupují zespodu teplejší a méně husté masy. To se děje, dokud voda v hlubokých vrstvách nedosáhne teploty 4°C. V tomto případě se konvekce zastaví, protože dole bude těžší voda. K dalšímu ochlazování vody dochází pouze z povrchu, což vysvětluje tvorbu ledu v povrchové vrstvě nádrží. Díky tomu se život pod ledem nezastaví.
Vertikální promíchávání mořské vody se provádí díky působení větru, přílivu a odlivu a změn hustoty s výškou. K míšení vody dochází větrem shora dolů, zatímco přílivové míšení probíhá zdola nahoru. K míchání hustoty dochází v důsledku ochlazování povrchových vod. Větrné a přílivové míchání sahají do hloubky až 50 m, ve větších hloubkách to může ovlivnit pouze míchání hustoty.
Intenzita promíchávání spodních a povrchových vod přispívá k jejich osvěžení, obohacení kyslíkem a živinami nezbytnými pro rozvoj života. Vzduch rozpuštěný ve vodě je vždy bohatší na kyslík než atmosférický vzduch. Kyslík přítomný ve vodě má příznivý vliv na vývoj životních procesů v ní. V důsledku zvýšeného množství kyslíku v rozpuštěném vzduchu podléhají kovy ponořené do vody zvýšené destrukci (korozi).
Čistá voda při zamrznutí expanduje téměř o 10 %, u mořského ledu dochází ke změně objemu o menší množství. Protože voda při zamrznutí expanduje, zvýšení vnějšího tlaku snižuje její bod tuhnutí; Teplota tání ledu se naopak s tlakem zvyšuje. V laboratorních podmínkách, při tlaku více než 40 tisíc atmosfér, je možné získat led, který bude tát při teplotě 175°C. Tepelná kapacita a teplo tání ledu klesá s teplotou, ale tepelná vodivost je téměř nezávislá na teplotě. Když tloušťka ledu na povrchu nádrže dosáhne 15 cm, stává se spolehlivým tepelným izolantem mezi vodou a vzduchem.
Mořská voda zamrzá při teplotě -1,91°C. Při dalším poklesu teploty na – 8,2°C začíná srážení síranu sodného a teprve při teplotě – 23°C se z roztoku vysráží chlorid sodný. Protože část solanky opouští led během krystalizace, je její slanost menší než slanost mořské vody. Víceletý mořský led se natolik odsolí, že jej lze použít k výrobě pitné vody. Teplota maximální hustoty mořské vody je pod bodem mrazu. To je příčinou poměrně intenzivní konvekce, která pokrývá značnou tloušťku mořské vody a ztěžuje zamrzání. Tepelná kapacita mořské vody je na třetím místě po tepelné kapacitě vodíku a kapalného amoniaku.
Někdy voda zamrzne při kladných teplotách. Tento jev je pozorován u potrubí a půdních kapilár. Voda v potrubí může zamrznout při teplotě +20°C. To se vysvětluje přítomností metanu ve vodě. Vzhledem k tomu, že molekuly metanu zabírají přibližně 2krát větší objem než molekuly vody, „odtlačují“ molekuly vody, čímž se zvětšuje vzdálenost mezi nimi, což vede ke snížení vnitřního tlaku a zvýšení bodu tuhnutí. V půdní vlhkosti hrají molekuly bílkovin podobnou roli. Vlivem molekul bílkovin se může teplota tuhnutí vody v půdních kapilárách zvýšit až na +4,4°C.
Sněhové vločky mají zpravidla podobu šesti- a dvanáctipaprskových hvězd, šestihranných desek, šestihranných hranolů. S klesající teplotou vzduchu se zmenšuje velikost vzniklých krystalů a roste rozmanitost jejich tvarů. Charakteristiky růstu krystalů ve vzduchu jsou spojeny s přítomností vodní páry v něm.
Každý ví, že soda v moři je slaná. To závisí na koncentraci solí v ní rozpuštěných, ale ne každý ví, že slanost vody se v různých mořích a oceánech liší. Průměrná slanost oceánských vod je 35 %; Slanost mořské vody se může lišit od nuly v blízkosti soutoku velkých řek až po 40 % v tropických mořích. Pitná voda by měla obsahovat méně než 0,05 % rozpuštěných solí. Rostliny umírají, pokud je v závlahové vodě přítomno více než 0,25 % solí jako nečistota.
Kapaliny existující v přírodě lze rozdělit na normální a přidružené. Normální kapaliny jsou takové, ve kterých molekuly netvoří skupiny (asociace). Kapaliny, které tuto podmínku nesplňují, se nazývají asociované. Voda je jednou ze souvisejících kapalin. Pokud by voda byla nesouvisející kapalina, bod tání ledu by za normálních podmínek byl +1,43 °C a bod varu vody by byl 103 °C. Tepelná kapacita kapalin se zpravidla zvyšuje s teplotou, ale u vody, jak se teplota blíží +35°C, tepelná kapacita po zvýšení klesá na minimum a pak opět začíná monotónně narůstat. To se děje proto, že při této teplotě jsou molekulární asociace zničeny. Čím jednodušší je molekulární struktura, tím nižší je tepelná kapacita látky. Teplota nejvyšší hustoty vody se zvyšujícím se tlakem klesá a při tlaku 150 atmosfér dosahuje 0,7°C. To je také vysvětleno změnami ve struktuře molekulárních asociací.
Voda má mezi kapalinami v přírodě nejvyšší tepelnou kapacitu. To předurčuje jeho velký vliv na klima. Hlavním klimatickým termoregulátorem jsou vody oceánů a moří: v létě akumulují teplo, v zimě ho uvolňují. Absence vodních ploch v oblasti obvykle vede k vytvoření ostře kontinentálního klimatu. Díky vlivu oceánů na velké části zeměkoule převažují srážky na pevnině nad výparem a rostlinné a živočišné organismy dostávají množství vody, které potřebují k životu. Vodní a vzdušné obaly zeměkoule si neustále vyměňují oxid uhličitý s horninami, flórou a faunou, což také přispívá ke stabilizaci klimatu.
Je známo, že molekuly umístěné na povrchu kapaliny mají přebytek potenciální energie, a proto mají tendenci být vtahovány dovnitř, takže na povrchu zůstává minimální počet molekul. Díky tomu působí podél povrchu kapaliny vždy síla, která má tendenci zmenšovat povrch. Tento jev se ve fyzice nazývá povrchové napětí kapaliny.
Mezi přirozeně se vyskytujícími kapalinami je povrchové napětí vody na druhém místě po rtuti. Povrchové napětí vody je spojeno s jejím silným smáčecím účinkem (schopnost „přilnout“ k povrchu mnoha pevných látek). Voda je navíc univerzální rozpouštědlo. Teplo jeho vypařování je vyšší než teplo odpařování jakýchkoli jiných kapalin a teplo krystalizace je na druhém místě po amoniaku.
V přírodě existuje šest izotopů kyslíku. Tři z nich jsou radioaktivní. Stabilní izotopy jsou O 16, O 17 a O 18. Během odpařování přechází izotop O 16 převážně do vodní páry, zatímco neodpařená voda je obohacena o izotopy O 17 a O 18. Ve vodách moří a oceánů je poměr O 18 k O 16 větší než v říčních vodách. Izotopy těžkého kyslíku jsou častější ve zvířecích krunýřích než ve vodě. Obsah izotopu O 18 v atmosférickém vzduchu závisí na teplotě. Čím vyšší je teplota vzduchu, tím více vody se odpařuje a tím větší množství O 18 jde do atmosféry. V období zalednění planety byl obsah izotopu O 18 v atmosféře minimální.
Jak víte, molekula vody se skládá ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku. Ve složení obyčejné vody H2O je zde malé množství těžké vody D2O a velmi malé množství supertěžké vody T2O. Místo obyčejného vodíku H – protium obsahuje molekula těžké vody svůj těžký izotop D – deuterium, molekula supertěžké vody obsahuje ještě těžší izotop vodíku T – tritium. V přírodní vodě na 1 molekul H2O představuje dvě molekuly D2O a na molekulu T2O – 10 19 molekul H2O.
Těžká voda D2O je bezbarvý, bez zápachu, chuti a nemůže být absorbován živými organismy. Jeho bod tuhnutí je 3,8 °C, bod varu 101,42 °C a maximální hustota 11,6 °C. Z hlediska hygroskopičnosti se těžká voda blíží kyselině sírové. Její hustota je o 10 % větší než hustota přírodní vody a její viskozita převyšuje viskozitu přírodní vody o 20 %. Rozpustnost solí v těžké vodě je přibližně o 10 % nižší než v běžné vodě. Protože D2O se odpařuje pomaleji než lehká voda, v tropických mořích a jezerech je ho více než v nádržích v polárních šířkách.
Kombinací různých kombinací izotopů vodíku a stabilních izotopů kyslíku lze získat následující typy molekul vody: H2O16,H2O17,H2O 18, HDO 16, HDO 17, HDO 18, D2O16, D2O17, D2O 18, T2O 16, T2O 17, T2O 18, THO 16, THO 17, THO 18, TDO 16, TDO 17, TDO 18. Pokud používáte také nestabilní izotopy kyslíku O 14, O 15 a O 19, můžete celkem získat 36 druhů vody. V přírodě se častěji vyskytují molekuly vody tvořené nejběžnějšími izotopy. Molekuly H2Přírodní voda obsahuje 16 % molekul O 99,73, H2O 18. 0,2 % a molekuly H2O 17. 0,04 %.
Podívejme se na některé z nejdůležitějších optických vlastností vody a ledu. Ne každý ví, že voda je průhledná pouze pro viditelné paprsky a silně pohlcuje infračervené záření. Na infračervených fotografiích se proto vodní hladina jeví vždy černá. Při průchodu světla vrstvou mořské vody o tloušťce 0,5 m jsou absorbovány pouze infračervené paprsky, pod tím postupně červené, žluté a poté modrozelené tóny. Podle pozorování z batyskafu dokáže lidské oko zaznamenat přítomnost slunečního světla v hloubce až 600, 700 m. Standardem průhlednosti vody je Sargasové moře. Bílý kotouč v tomto moři je viditelný v hloubce až 66,5 m. Rozsah viditelnosti zdola nahoru v povrchové vrstvě moře je asi 100 m.
Ne všechno sluneční světlo je absorbováno vodou. Voda odráží 5 % slunečních paprsků, zatímco sníh asi 85 %. Pod oceánský led pronikají pouze 2 % slunečního záření.
Modrá barva čisté mořské vody je způsobena selektivní absorpcí a rozptylem světla ve vodě. V podmínkách difúzního osvětlení mořské hladiny se moře v důsledku převahy odraženého světla jeví šedivější. Při výskytu vlnění a vlnění se zvyšuje sytost barev (na závětrné straně více než na návětrné straně).
Optické vlastnosti vodní páry hrají v životě rostlin významnou roli. Vodní pára totiž silně pohlcuje infračervené paprsky o vlnové délce 5,5 až 7 mikronů, což je důležité pro ochranu půdy před mrazem. Ještě účinnějším lékem na mráz je rosení a tvorba mlhy: kondenzace vlhkosti je doprovázena uvolňováním velkého množství tepla, které zpomaluje další ochlazování půdy.
Lidé znali fyzikální vlastnosti vody a ledu a odpradávna je využívali při své praktické činnosti. Někdy se například používá pokládání holých elektrických vodičů přímo přes led, protože elektrická vodivost suchého ledu a sněhu je velmi nízká. Je mnohonásobně menší než elektrická vodivost vody. Různé nečistoty mají významný vliv na elektrickou vodivost vody a téměř nemění elektrickou vodivost ledu. Elektrická vodivost chemicky čisté vody je způsobena částečnou disociací molekuly vody na ionty H + a OH –. Pohyby H + iontů („proton hopping“) mají primární význam pro elektrickou vodivost vody i ledu. Elektrická vodivost chemicky čisté vody při 18°C je 3,8·10–8 Ohm–1·cm–1 a elektrická vodivost mořské vody je asi 5·10–2 Ohm–1·cm–1. Elektrická vodivost sladké přírodní vody může být 1 000krát nižší než vodivost mořské vody. To se vysvětluje tím, že ve vodě moří a oceánů je rozpuštěno více solí než v říční vodě.
Podstatnou charakteristikou elektrických vlastností látky je relativní dielektrická konstanta. Pro vodu má hodnotu 79, pro led 81, pro vodní páru 3,26.
Bez vody by na Zemi nebyl život ani výroba.
Arabadži Vsevolod Isidorovič. Hádanky jednoduché vody. M.: “Znalosti”, 1973
Voda sama o sobě nemá žádnou nutriční hodnotu, ale je nepostradatelnou složkou všeho živého. Žádný z živých organismů na naší planetě nemůže existovat bez vody.
Všechny živé rostlinné a živočišné bytosti jsou vyrobeny z vody:
ryby – o 75 %; medúza – 99 %; brambory – o 76 %; jablka – o 85 %; rajčata – 90%; okurky – 95%; vodní melouny – o 96%.
Obecně se lidské tělo skládá z 50–86 % hmotnosti vody (86 % u novorozenců a až 50 % u starších osob). Obsah vody v různých částech těla je: kosti – 20-30%; játra – až 69%; svaly – až 70 %; mozek – až 75 %; ledviny – až 82%; krev – až 85 %.
Tato okolnost umožnila spisovateli sci-fi V. Savčenkovi prohlásit, že člověk „má mnohem více důvodů považovat se za kapalinu než například čtyřicetiprocentní roztok hydroxidu sodného“.
Po celý život se člověk s vodou potýká každý den. Používá ho k pití a jídlu, k mytí, v létě k odpočinku, v zimě k topení.
Voda je pro člověka cennějším přírodním zdrojem než uhlí, ropa, plyn, železo, protože je nenahraditelná.
Člověk vydrží bez jídla asi 50 dní, pokud se během hladovky napije sladké vody, bez vody nevydrží ani týden – smrt nastane za 5 dní. Podle lékařských experimentů při ztrátě vlhkosti ve výši 6-8% tělesné hmotnosti upadá člověk do stavu polomdloby, při ztrátě 10% začínají halucinace, při 12% se člověk nemůže zotavit bez zvláštní lékařskou péči a při ztrátě 20 % nastává nevyhnutelná smrt.
Ve vodě lidského těla:
- zvlhčuje kyslík pro dýchání;
- reguluje tělesnou teplotu;
- pomáhá tělu absorbovat živiny;
- chrání životně důležité orgány;
- maže klouby;
- pomáhá přeměňovat jídlo na energii;
- podílí se na metabolismu;
- odstraňuje různé odpadní látky z těla.
Člověk začíná pociťovat žízeň, když se množství vody v jeho těle sníží o 1-2 % (0,5-1,0 l). Ztráta 10% vlhkosti tělesné hmotnosti může vést k nevratným změnám v těle a ztráta 20% (7 – 8 litrů) je již fatální.
Průměrný člověk ztrácí 2-3 litry vody denně. V horkém počasí, vysoké vlhkosti a při sportu se zvyšuje spotřeba vody. I dýcháním člověk ztrácí každý den téměř půl litru vody.
Správný pitný režim předpokládá udržení fyziologické vodní rovnováhy – jedná se o vyvážení příjmu a tvorby vody s jejím výdejem.
Denní potřeba vody dospělého člověka je 30-40 gramů na 1 kg tělesné hmotnosti. Přibližně 40 % denní potřeby vody v těle je pokryto potravou, zbytek je nutné přijmout ve formě různých nápojů. V létě je potřeba vypít 2 – 2,5 litru vody denně. V horkých oblastech planety – 3,5 – 5,0 litrů za den a při teplotě vzduchu 38-40 C a nízké vlhkosti budou ti, kteří pracují venku, potřebovat 6,0 – 6,5 litrů vody denně. Zároveň se nemůžete soustředit na to, zda máte žízeň nebo ne, protože tento reflex nastává pozdě a není dostatečným ukazatelem toho, kolik vody vaše tělo potřebuje.
Je zajímavé, že kaše obsahuje až 80 % vody, chléb – asi 50 %, maso – 58-67 %, zelenina a ovoce – až 90 % vody, tzn. „suché“ jídlo se skládá z 50–60 % vody.
A asi 3 % (0,3 l) vody se tvoří jako výsledek biochemických procesů v těle samotném.
Podle některých odhadů člověk za 60 let života vypije asi 50 tun vody – celou nádrž!
Účastí na metabolismu voda pomáhá snižovat hromadění tuku a hubnutí. Mnoho z těch, kteří chtějí zhubnout, věří, že jejich tělo zadržuje vodu a snaží se pít méně. Voda je však přírodní diuretikum a pokud ji budete pít, zhubnete.
Pokud tělo přijímá dostatek vody, člověk se stává energičtějším a odolnějším. Je snazší kontrolovat svou váhu, protože se zlepšuje trávení, a když máte chuť na svačinu, často stačí pít vodu, abyste potlačili chuť k jídlu. Mezi příznaky dehydratace patří suchá kůže (může svědit), únava, špatná koncentrace, bolesti hlavy, vysoký krevní tlak, špatná funkce ledvin, suchý kašel, bolesti zad a kloubů.
Vědci již dokázali, že pití dostatečného množství vody může minimalizovat bolesti zad, migrény, revmatické bolesti a také snížit hladinu cholesterolu v krvi a krevní tlak, a tím snížit pravděpodobnost infarktu. Pít dostatek vody je jedním z nejlepších způsobů, jak zabránit ledvinovým kamenům. Jelikož voda neobsahuje soli, tuk, cholesterol a kofein, vylučuje se z těla jinak.
Němečtí vědci, kteří provedli testy na studentských dobrovolnících, dospěli k závěru, že ti, kteří pijí více vody a nápojů, vykazují větší vytrvalost a kreativitu než ti, kteří pijí méně.
Pravidelná konzumace vody zlepšuje myšlení a koordinaci mozku. Mozek i celé tělo bude dostatečně nabito potřebnými látkami, pokud bude voda, kterou pijeme, kvalitní, tedy bohatá na minerály. Zdravý člověk by se neměl omezovat v pití, ale mnohem zdravější je pít málo a často. Je škodlivé vypít velké množství tekutin najednou, protože všechna tekutina se vstřebá do krve a dokud její přebytek není odstraněn z těla ledvinami, srdce je zbytečně zatěžováno.
Můžeme tedy konstatovat, že role vody pro člověka je obrovská. Každý člověk si dnes může správnou organizací pitného režimu vytvořit podmínky pro udržení neocenitelné vodní bilance.
