Вода и лёд

Польза дождевой воды

Дождевая вода, как и талая вода ледников, раньше не случайно считалась полезной. Она обладала такими положительными свойствами:

• При умывании дождевой водой женщинам удавалось омолодить кожу.
• Если такой водой мыть голову, то получалось восстановить структуру и улучшить качество волос.
• Благодаря дождевой воде удаётся восстановить водный баланс организма, устранить излишнюю сухость и стянутость кожи.
• При регулярном умывании получается добиться разглаживания мелких морщин.
• Воду рекомендовали собирать в неметаллическую тару и умываться утром и вечером.

Конечно, чтобы судить о чистоте дождевой воды, можно выполнить анализ такой воды. Данную проверку вы можете заказать в нашей независимой лаборатории. Для этого вам нужно связаться с нами по указанным телефонам. Стоимость проверки уточняется при звонке менеджеру.

Причины кислотных дождей

Наибольшее влияние на величину pH водяного пара оказывают кислотные оксиды серы и азота, называемые также ангидридами. В атмосферу эти летучие вещества попадают из различных источников. Рассмотрим причины образования кислотных осадков в атмосфере.

Естественные факторы

В недавнем прошлом кислотные осадки выпадали только в результате действия естественных причин. Сейчас их значение снизилось по сравнению с антропогенными факторами.

Вулканическая деятельность

Извержение вулкана

При извержениях в воздух единовременно выбрасываются большие объемы вулканических газов. Многие из них токсичны и оказывают негативное влияние на окружающую среду. Для образования кислотных дождей значение имеют соединения серы: серный и сернистый ангидриды, сероводород.

Вулканы являются главной естественной причиной загрязнения атмосферы Земли серой.

Выбросы после извержений способны подниматься на большую высоту и распространяться на обширные территории, однако вулканическая деятельность наблюдается относительно редко и отмечается не во всех регионах.

Распад азотсодержащих соединений

Азот является важным компонентом органических соединений. В результате окислительно-восстановительных реакций, вызванных пожарами, в среду выделяются оксиды азота. Попав в атмосферу, эти вещества становятся причиной выпадения кислотных дождей.

Особенную опасность для состава воздуха представляют масштабные лесные пожары.

Деятельность микроорганизмов

За разложение органики на планете отвечают различные группы микроорганизмов. В результате деятельности бактерий и грибов образуются неорганические вещества, в том числе летучие соединения серы и азота. Процесс разложения органики происходит непрерывно и во всех средах.

Микробная активность являются основной естественной причиной загрязнения атмосферы оксидами азота.

Грозовые разряды

Атмосфера Земли содержит большие объемы атомарных азота и кислорода, и обычно эти два газа не вступают в реакцию друг с другом. Для их взаимодействия требуется приложить дополнительную энергию, источником которой может стать молния.

Образование оксидов азота регулярно происходит во время гроз.

Антропогенные факторы

Антропогенные факторы приобрели большое значение с момента появления промышленного производства. Также на частоту выпадения кислотных дождей влияют развитие сельского хозяйства и рост городов.

Промышленные выбросы

Диоксид серы образуется при переработке нефти, а также при производстве металлов и серной кислоты. Азотные ангидриды вырабатываются в процессе сжигания топлива (угля, природного газа, продуктов на основе нефти) и на химических предприятиях.

Вредные выбросы – главная причина появления кислотных дождей.

Транспортные выхлопы

Любой транспорт, работающий на ископаемом топливе, производит выхлопные газы, в составе которых присутствуют ангидриды.

Источниками выхлопов являются:

• городской транспорт (автомобили и автобусы);
• морские и речные суда с дизельными двигателями;
• самолеты;
• ракетоносители для орбитальных полетов.

Количество транспортных средств на Земле постоянно увеличивается, и их роль в формировании кислотных осадков возрастает.

Энергетические предприятия

Одной из причин образования кислотных дождей являются работающие теплоэлектростанции. В процессе сжигания ископаемого угля образуются вредные для окружающей среды отходов. ТЭЦ способствуют появлению в атмосфере соединений азота и серы, вызывающих кислотные дожди.

Удобрения и пестициды

Сельское хозяйство требует производства и внесения в почву значительных объемов агрохимикатов. Для получения высоких урожаев растениям необходимы соединения азота, а также – в меньших количествах – и серы. Избыточное применение удобрений и пестицидов на полях является актуальной экологической проблемой.

Загрязнения с предприятий химической промышленности, где производят агрохимикаты, также выступают в качестве одной из причин выпадения кислотных осадков.

Другие факторы

Выпадение кислотных дождей может быть связано не только с соединениями азота и серы. Реже причиной становятся другие вещества с кислой реакцией.

Выпадение кислотных осадков вызывают:

• выбросы в воздух летучих органических веществ;
• загрязнение атмосферы неорганическими хлорсодержащими соединениями;
• большие объемы органических отходов в животноводстве.

Эти антропогенные факторы вносят свой вклад в загрязнение атмосферы и увеличивают риски возникновения кислотных дождей.

Как сделать талую воду?

Качество талой воды настолько полезно, что многие решаются пить её регулярно, тем более что приготовить такую целебную жидкость несложно. Основной принцип получения талой водной среды основан на том, что при замораживании сначала леденеет чистая жидкость, состав с большим солесодержанием и высокой концентрацией примесей замерзает под конец.

Чтобы приготовить талую водную среду дома, можно использовать традиционную водопроводную воду:

1. Вода заливается в стеклянную или пластиковую чистую тару с широким верхом (кастрюлю, например) на 85% от общего объёма, чтобы при замерзании не разорвало посуду.
2. Потом ёмкость закрывается крышкой и ставится в морозильную камеру на прослойку из картона, чтобы дно не промерзало сразу.
3. Как только на поверхности воды образуется тонкий слой льда, его нужно вынуть и выбросить, поскольку там замерзают тяжёлые компоненты водной среды.
4. Остальную жидкость опять ставим в холодильник и замораживаем на половину объёма.
5. Незамёрзшую воду сливаем, а лёд растапливаем – это та самая полезная талая водная среда. Талая вода не имеет цвет, то есть это прозрачная чистая жидкость.

Компоненты кислотных дождей

Как вы уже поняли, кислотный дождь – это общее название осадков (не только дождя, но и снега или тумана, например), которые содержат большое количество кислот.

Кислотность измеряется по шкале pH, которая варьируется от 0 до 14, где 0 – самая кислая реакция, а 14 – самая щелочная.

Нейтральная реакция, т.е. ни кислотная, ни основная, определяется pH, равным 7. Это то, что имеет дистиллированная вода.

Вода в обычном дожде обычно имеет слегка кислую реакцию, часто около pH 5,6. Это происходит потому, что она смешивается с оксидами, содержащимися в воздухе. Между тем, кислотный дождь, состоящий из раствора кислоты, имеет гораздо более высокую кислотность, с pH около 4,2-4,4.

Больше всего от кислотных дождей страдают те районы, где для производства тепла и электроэнергии обычно используется сернистый уголь. Как правило, эта проблема наиболее актуальна в горных районах, поскольку именно там, в силу особенностей рельефа, выпадает наибольшее количество осадков

Последствия

К основным негативным последствия кислотных дожей относят:

• Закисление почвы и повреждение корней растений, а также повышенная чувствительность к атмосферным воздействиям.
• Выщелачивание тяжелых металлов из почвы, которые в результате попадают в воду и вступают в контакт с пищей людей и животных.
• Ускоряет коррозию пластмасс и металлов.
• Уничтожение естественных мест обитания водных и наземных животных.
• Повреждение зданий и памятников.
• Ухудшение здоровья человека – более частое диагностирование сердечных заболеваний, пневмонии или астмы.

Хотя прямое воздействие кислотных дождей на здоровье человека невелико, их влияние на окружающую среду очень серьезно.

Последствие кислотного дождя

Кислотные дожди – что это такое

Считается, что любые осадки должны иметь кислотность, находящуюся в пределах 5,6–5,8 рН. В таком случае вода, выпадающая на конкретной территории, является слабокислым раствором. Он не представляет опасности для окружающей среды и безвреден для людей.

Что такое кислотные дожди

Если кислотность осадков повышается, их называют кислотными. В норме дождь отличается слабокислыми свойствами, что объясняется химической реакцией, которая происходит в воздухе между углекислым газом и водой. Вследствие такого взаимодействия образуется угольная кислота. Именно она придает дождю слабокислые свойства. Повышение кислотности осадков объясняется присутствием в составе нижних слоев атмосферы различных загрязняющих веществ.

Чаще всего данное явление вызвано оксидом серы. Он вступает в фотохимическую реакцию, что приводит к образованию серного ангидрида. Данное вещество взаимодействует с водой, что заканчивается формированием сернистой кислоты. Постепенно она окисляется при высокой влажности воздуха. В результате формируется особенно опасная серная кислота.

Другим веществом, которое провоцирует кислотные дожди, называют оксид азота. Он таким же образом вступает в химическую реакцию с частицами воздуха и воды, формируя опасные соединения. Основной опасностью таких осадков называют то, что они внешне никак не отличаются от обычных по цвету или запаху.

Образование кислотных дождей

История появления термина

Начало развития европейской промышленности в начале XIX века привело к упоминанию в ученых кругах явления повышенной кислотности дождей. Химик из Шотландии Роберт Смит на протяжении своей жизни изучал взаимосвязь между загрязнениями атмосферы в Манчестере и кислотными осадками. В 1852 году он первым заговорил о климатологической аномалии в виде кислотных дождей, но поддержки своей гипотезы Смит не получил.

Не сдаваясь, он в течение 10 лет публиковал доклады о химическом составе атмосферы. Общественность заинтересовалась мнением учёного только после выхода его книги в 60-е годы. Термин официально признали после публикации в «Нью-Йорк Таймс» отчетов о влиянии природных изменений на леса. Со временем стали появляться предложения по решению проблемы кислотных дождей в странах Старого и Нового света.

Почему дождевая вода мягкая и можно ли ее пить?

Вода имеет множество различных химических и физических свойств. Учеными доказано, что в природе невозможно найти абсолютно чистую воду, даже дождевые воды содержат много примесей. В любом случае она будет содержать в себе какие-либо примеси, это могут быть растворённые в неорганические вещества, минеральные вещества, а также увесистые частицы.   Жесткость воды определяется количеством растворенных в ней солей.  Дождевая вода относится к мягкой воде, поскольку она практически не содержит солей жёсткости. Связано это с тем, что дождевая вода образовывается в процессе испарения жидкостей на поверхности земли.

Процесс парообразования предполагает  переход воды в другое агрегатное состояние. При этом другие примеси, которые есть в этой воде,  превратиться в пар не могут, а значит, отделяются от воды.

Конечно, так происходит далеко не со всеми веществами, которые есть в воде. Некоторые из них способные испаряться вместе с водой.  Однако про увесистые частицы и механические загрязнения с уверенностью можно сказать, что они останутся на поверхности земли.

Таким образом, круговорот воды в природе является своеобразным фильтром, который позволяет очистить воду от множества примесей, в том числе и солей жесткости. Ученые склонны считать, что дождевая вода для живых организмов является более полезной, чем водопроводная. Это связано с тем, что, совершая круговорот, вода ионизируется, и приобретает отрицательный заряд.  В народе такую воду называют «живой».

Но не спешите идти набирать дождевую воду и употреблять ее в пищу. Ведь вместе с водой с поверхности могут испаряться другие химические вещества, которые являются не менее вредными, чем соли жесткости, а иногда — и более вредными.  Из-за неблагоприятной экологической обстановки во всём мире дождевые воды могут насыщаться токсичными веществами, эта характеристика делает воду крайне опасной для людей и других живых организмов.

Феномен «монгольского циклона»

В 1998 году Читинскую область и Бурятию буквально залило водой. Десятки дачных поселков скрылись под водой, видны были только крыши. Пострадали тысячи семей, материальный ущерб исчислялся миллионами рублей.

Но если посмотреть статистику, Бурятия чуть ли не каждый год испытывает удар стихии и переживает катастрофы с пугающей регулярностью. Дождевые паводки различные по масштабам она переживала в 1936, 1940, 1971, 1973, 1990, 1992, 1993, 1994, 1998, 2001, 2006, 2014 годах. Наверняка они были и до 1936 года.

Первопричиной всех этих катастроф, по мнению метеорологов, почти всегда был циклон, приходящий из Монголии, каждый раз приносивший огромные массы воды. Длившиеся сутками ливни и дожди провоцировали паводки, переходящие в настоящие наводнения.

Бароцентр в Западной Монголии – самый крупный из четырех, расположенных в Северном полушарии. Однако если остальные три (Гренландский, Альпийский, Эльбрусский) расположены вблизи больших водных массивов, то объяснить наличие влаги в циклоне, образовавшемся над монгольской пустыней… сами понимаете. Так откуда же берутся эти массы влаги в монгольском циклоне?

Схема образования кислотных дождей

Появлению таких осадков предшествует цепочка химических реакций. Так проходит процесс образования кислотных дождей, на примере серы:

1. Диоксид серы, попав в воздух с отходами промышленности, трансформируется вследствие фотохимических реакций. Образуется серный ангидрид.
2. Последний, соединяясь с молекулами воды, образует серную кислоту.
3. Другая часть диоксида посредством реакций преобразовывается в сернистую кислоту.
4. Сернистая кислота, пройдя окисление, становится серной.

Аномальные осадки, содержащие N2O5, образуются по принципу серных, поскольку оксид азота, взаимодействуя с дождевой водой, образует кислоты.

Если причина кислотности хлор, то образование происходит следующим образом:

1. Наполнение хлором воздуха за счёт отходов химической промышленности или продуктов горения.
2. Вследствие реакции хлора и метана получается хлороводород.
3. Образовавшееся вещество взаимодействует с водой, получается соляная кислота.

Исходя из указанного, можно утверждать, что многие вещества, загрязняющие атмосферу образуют аномальные осадки повышенной кислотности. При этом основную массу среди «образующих» элементов составляет SO2, поскольку его выбрасывает в воздух промышленные предприятия.

Схема образования кислотных дождей зависит от уровня кислотности осадков, а он обусловлен составляющими веществами.

Преобразование соединений серы

Многие промышленные выбросы содержат серу. Механизм образования кислотных дождей заключается в окислении указанного вещества. Воздух наполняется частично окисленной серой. Атмосфера содержит окислители, превращающие соединения серы в сульфаты и кислоту.

Взаимодействие сернистой кислоты и кислорода повышает уровень окисления серы, из чего получается сернистый ангидрид. Триокись при взаимодействии с водой, находящейся в воздухе, преобразуется в серную кислоту.

Помимо двуокиси, окисляются и другие соединения этого вещества. Они образуют кислоту, молекулы которой быстро конденсируется. Этим объясняется относительно небольшое количество серы в аномальных осадках.

Преобразование соединений азота

Азот также наполняет атмосферу, как правило, это NO (окись). Реакция её окисления образует двуокись, которая преобразовывается в азотную кислоту. Этому способствует взаимодействие с радикалом гидроксила.

По сравнению с серной кислотой, азотная более летучая, поэтому она почти не конденсируется, а её пары поглощаются частицами аэрозоли, облаками, осадками.

Такая ситуация считается проблемой промышленных государств, но подобные химические превращения серы и азота характерны для регионов, подверженных горению биомасс.

Агрегатные состояния

Из всех веществ, существующих на Земле, только вода может иметь три принципиально разных агрегатных состояния: жидкое, газообразное и твердое. Благодаря трём агрегатным состояниям происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле. Рассмотрим подробнее каждое агрегатное состояние.

1. Жидкое (вода). В нормальных условиях вода является жидкостью. Образует мировой океан, реки, ручьи и т.д.
2. Газообразное (водяной пар) — это бесцветный газ, не имеет вкуса и запаха. Испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух или образуется путём кипения жидкой воды или сублимации из льда. Сублимация — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя стадию плавления (перехода в жидкое состояние).
3. Твердое (лёд). При температуре от нуля и ниже вода превращается в лёд. В холодное время года он сковывает реки и лужи, выпадает в виде осадков: снежинок, града, инея, образует ледяные облака. Встречается в виде ледников и айсбергов.

Строение в различных агрегатных состояниях

Жидкая вода, лёд и водяной пар имеют один и тот же состав, но разные состояния.

Рассмотрим строение молекулы на изображении.

Многочисленные исследования ученых подтверждают, что по структуре вода и лед близки друг к другу. Структура льда – это решетчатый каркас. Структура воды зависит от содержания разных веществ, которые в ней растворяются, а также от нерастворимых соединений и некоторых других факторов.

В воде возникают структуры, которые стали называть «кластерами» — группа атомов или молекул, которые представляют собой единую структуру, но внутри имеют свои индивидуальные особенности.

При температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах. При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Свойства

Вода — уникальный природный компонент, который обладает рядом свойств. Рассмотрим основные:

• не имеет цвета, запаха и вкуса;
• распространенный растворитель;
• обладает высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути;
• имеет большую теплоту испарения (используется для терморегуляции);
• чистая вода — хороший изолятор;
• обладает большой теплоёмкостью (увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры);
• плотность в разных диапазонах температур меняется неодинаково.

Существуют необычные свойства. Например, в твердом виде вода легче, чем в жидком. Лёд не тонет в воде. В твёрдом состоянии частички воды располагаются по порядку, между ними остается много свободного пространства. Когда лёд тает, активность частичек повышается, свободное пространство заполняется. Жидкая форма становится более тяжелой, нежели твердая.

Такая уникальная способность даёт возможность любому водоёму не замерзать по всей глубине. Даже при самом сильном морозе температура воды у дна не опускается ниже +4 ᵒС. Все живые существа (рыбы и другие) могут спокойно пережить самую суровую зиму подо льдом.

Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Это связано с большей скоростью испарения и излучения тепла.

Теплоемкость и некоторые другие физические свойства воды тоже зависят от температуры неодинаково. Другие виды жидкостей не имеют таких особенностей – чтобы какой-то один параметр менялся по-разному на разных порогах температуры.

Круговорот воды в природе

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу.

Её делят на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и ледники, а также подземные водоёмы. Переходы H2O из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле

Круговорот воды в природе — это непрерывное движение воды в гидросфере Земли. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную и обратно.

Рассмотрим на примере.

• С поверхности океанов, морей, рек и суши вода в виде пара поднимается вверх.
• Высоко над землей он охлаждается и образует множество водяных капелек и льдинок. Из них образуются облака.
• В виде осадков вода возвращается на Землю.

Подземные воды

Помимо вод на поверхности почвы существуют еще подземные воды. Они расположены в верхнем слое литосферы. Создаются подземные воды вследствие проникновения поверхностных вод и осадков по трещинам и порам в почву. Просачивается вода только через водопроницаемые слои, состоящие из гравия, песка, гальки. Пласты, слагаемые глиной или глинистыми сланцами, будут водоупорными. Данные породы препятствуют проникновению влаги.

Осадки и поверхностные воды, просочившись сквозь водопроницаемые породы, задерживаются у водоупорного участка, формируя водоносный слой. Здесь вода медленно перемещается и может подниматься вверх в виде родников.

Подземные воды, расположенные в водоносном слое, именуются грунтовыми.

Располагаться они могут на всевозможной глубине, поэтому залегание грунтовых вод определяется рельефом и климатом.

Уровень грунтовых вод определяется количеством выпавших осадков и испарением. Достаточный объем осадков приводит к высокому уровню грунтовых вод, в засушливое время года он понижается.

Между водопроницаемым и водоупорным слоем располагаются межпластовые подземные воды. Там, где напор межпластовых вод большой происходит их выход из почвы в виде фонтана. Данные воды именуются артезианскими. Этот тип межпластовых вод характерен для мест, где слои литосферы изогнуты как чаша. Вода в нижней части изгиба пластов находится под напором и может выходить в виде артезианского источника.

Артезианские воды Источник

В этих водах содержатся всевозможные минералы, органические вещества и газы. По количеству растворенных солей подземные воды подразделяют на классы или группы: пресные, минерализованные и рассолы.

Минерализованные подземные воды и рассолы применяются в промышленности с целью добычи поваренной соли, соды и брома.

Добыча поваренной соли на озере Баскунчак

Если минерализованные воды обладают целебными свойствами, они называются минеральными. Помимо различных солей в минеральных водах могут содержаться различные газы и используются они как лечебные.

Лечебные минеральные воды используют для питья и принятия ванн. В местах, где есть такие воды, построены курортные зоны. Самыми известными в России минеральными источниками являются города-курорты Кисловодск, Пятигорск, Ессентуки.

Минеральные воды 

Подземные воды считаются стабильным источником питания рек или озер, широко используются в промышленности, для водоснабжения населения, а также орошения полей.

Иногда работа воды способствует образованию пещер или карстов. Такие формы рельефа формируются в местах залегания растворимых пород, например известняков, гипса и соли. Грунтовые воды, растворяя эти породы, образуют пустоты и пещеры, вследствие этого, происходит развитие карста.

Формы карста могут быть глубинные и поверхностные. К глубинным относят различные пещеры, полости, ходы.

Карстовая пещера 

Поверхностными формами могут быть колодцы, воронки, желоба, то есть все, что имеет выход на поверхность суши.

Карстовые воронки 

Карст может различаться и по минеральному составу, то есть в каких породах он образуется. В зависимости от этого различают следующие типы карста: карбонатный, меловой, соляной, гипсовый и смешанный. На территории России встречаются все типы, познакомиться с распространением карста можно на карте.

Подведем итог

Хотя сбор дождевой воды кажется простым способом получить питьевую воду, ее употребление не всегда безопасно.

Загрязняющие окружающую среду вещества, вредные бактерии и паразиты могут загрязнять дождевую воду, и ее употребление может вызвать заболевание.

Кипячение, фильтрация и химическая обработка дождевой воды могут сделать ее более безопасной для потребления человеком

Однако важно иметь надежные системы сбора, обработки и тестирования, прежде чем пить

Заявления о том, что дождевая вода более полезна для вашего здоровья, чем чистая питьевая вода из других источников, не были подтверждены научными исследованиями.

Обильное питье чистой воды, независимо от ее источника – отличный способ избежать обезвоживания и поддержать свое здоровье.