title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Распространение воды на земле и уникальность ее свойств

Распространение воды на земле и уникальность ее свойств

93 % атомов Вселенной составляет водород («родящий воду»), но его кислородное соединение — вода — вещество во вселенских масштабах гораздо более редкое. Из планет солнечной системы следы воды обнаружены в атмосфере Юпитера. Значительные запасы замерзших поверхностных вод в виде меняющих свою площадь ледяных «шапок» обнаружены на Марсе. Однако можно считать доказанным отсутствие другого земного феномена на этих планетах — жизни, а именно вода и жизнь создают всю специфику геологических и гидрогеологических условий, отличающих нашу планету от других небесных тел.
В курсе общей геологии были кратко охарактеризованы основные оболочки Земли — литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера. В данном курсе нас прежде всего интересует гидросфера и ее взаимодействие с другими оболочками.
Под гидросферой понимаются все природные воды Земли. Только при таком понимании можно и дальше анализировать гидросферу как земную систему. Одним из главных свойств гидросферы является ее постоянное проникновение в другие земные оболочки. Поэтому можно выделить надземную гидросферу, пронизывающую всю атмосферу, наземную, объединяющую совокупность поверхностных вод Земли, и подземную, располагающуюся ниже поверхности Земли и дна водоемов и водотоков.
Только в конце XVIII — начале XIX в. стало известно, что представляет собой вещество, называемое водой. Опытами Г. Кавендиша, А. Лавуазье, А. Гумбольдта, Ж.Л. Гей-Люссака было доказано, что вода образуется из двух объемов водорода и одного объема кислорода, т. е. имеет химическую формулу Н2О и молекулярную массу 18. Постепенно, однако, становилось ясно, что почти по всем своим физико-химическим параметрам это вещество уникальное, резко отличающееся от других природных соединений.
Температуры кипения и плавления воды при атмосферном давлении соответственно 100 и 0 °С, на них основываются принятые системы отсчета температур. Другие водородные соединения группы кислорода (H2S, H2Se и Н2Те) кипят при отрицательных температурах (—61, —42 и —4 °С), а плавятся при температурах —82, —64 и —51 °С, причем эти температуры ложатся на плавные линии (в зависимости от молекулярной массы веществ), экстраполяция которых дает теоретические температуры кипения и плавления воды порядка —70 и —100 °C (рис. 2.1). Согласно общим закономерностям, определяемым периодическим законом Д. И. Менделеева, вода при стандартных условиях (t = 25 °C и р = 0,1 МПа) должна была бы быть Дурно пахнущим газом. Впрочем, если бы вода утратила аномалийность температуры плавления и кипения, сами «стандартные условия» стали бы другими (поскольку вода регулирует температурный и газовый режим нашей планеты).

Теплоемкость воды — самая высокая из всех жидкостей и составляет 4,19 Дж/°С; на ней также основана система отсчета значения теплоемкости. Для сравнения теплоемкость этилового спирта 0,53, бензола 0,39, песка приблизительно 0,2. Это означает, что вода медленно нагревается и медленно остывает, в результате чего она становится главным регулятором климата на Земле. Влияние Мирового океана сказывается практически во всех точках Земли, даже наиболее удаленных от морских берегов и характеризующихся так называемым континентальным климатом. Подсчитано, например, что если бы вся Земля была покрыта океаном, годовая амплитуда температуры воздуха изменялась бы от 0 на экваторе до 5—6 °C на полюсах.
С высокой теплоемкостью воды связаны и такие показатели как скрытая теплота плавления, составляющая 333,7*10в3 Дж/кг и скрытая теплота парообразования, составляющая 2258*10в3 Дж/кг, т. е. для превращения 1 кг льда в жидкость и 1 кг жидкой воды в пар нужны огромные затраты энергии (для бензола, например, эти показатели соответственно 126,9*10в3 и 394,8*10в3 Дж/кг). Перечисленные показатели характеризуют высокую энергоемкость воды, предопределяющую ее исключительную роль как аккумулятора энергии при протекании природных процессов.
Вода обладает самой высокой из всех жидкостей диэлектрической постоянной (80,1 при t~20 °С). Это означает, что при растворении в воде солей сила электрического взаимодействия между разноименно заряженными частицами уменьшается в 80 раз, в результате чего соли диссоциируют на ионы. Явление электролитической диссоциации имеет исключительно важное значение, предопределяя большинство свойств водных растворов, и, в частности, одно из главных — инертность воды как растворителя: разлагая соли на разноименно заряженные ионы, вода в большинстве случаев сама не участвует в химических реакциях с растворенными веществами, и они могут быть вновь получены при выпаривании водного раствора. Эта особенность воды имеет колоссальное геологическое и биологическое значение, предопределяя водные круговороты самых разных порядков, от измеряемых несколькими часами (в живых организмах) до измеряемых миллионами лет (геологические). По-видимому, и появление жизни на Земле в значительной степени связано с этим удивительным свойством воды.
В отличие от других жидкостей вода обладает максимальной плотностью (1,00 г/см3) не при температуре плавления, а при 4 °С; при охлаждении от 4 °C до 0 вода расширяется. Чистый пресный лед при 0 °C имеет плотность 0,918 г/см3. Удивительное свойство льда не тонуть в собственном расплаве характерно только для воды. Благодаря ему водоемы замерзают с поверхности и образовавшаяся ледяная корка защищает живые организмы от гибели: вода не только породила, но и оберегает жизнь. Гидрогеологическое значение этого явления также огромно: зимой сохраняются главные базисы дренирования водоносных горизонтов.
Таким образом, по всем своим параметрам вода является веществом уникальным; аномальные свойства предопределяют особую миссию воды в формировании геологического лика нашей планеты и в появлении и поддержании удивительного явления — жизни на Земле.

title-icon Подобные новости