22 березня у всьому світі відзначається День водних ресурсів. Це свято було встановлено за рішенням Генеральної Асамблеї Організації Об'єднаних Націй, щоб нагадати людству про важливість водних ресурсів для довкілля та розвитку суспільства.
В даний час 70% території нашої планети вкриті водою. При цьому пити можна лише 1% цієї води. З кожним роком проблем доступу до водних ресурсів стає гострішим. За останні 50 років у світі сталося цілих 507 конфліктів, пов'язаних із доступом до води. 21 суперечка привела до військових дій.
Вода - найпростіша та звична речовина на планеті. Але водночас вода таїть у собі безліч загадок. Її досі продовжують досліджувати вчені, знаходячи дедалі більше цікавих даних про воду.
Факт перший: найчистіша вода у Фінляндії
За даними ЮНЕСКО, найчистіша вода знаходиться у Фінляндії. Загалом у дослідженні свіжої природної води брало участь 122 країни. При цьому 1 млрд людей по всьому світу взагалі не мають доступу до безпечної води.
Факт другий: лід швидше отримати із гарячої води
Яка вода швидше перетвориться на кригу: гаряча чи холодна? Якщо міркувати логічно, то, звісно, холодна. Адже гарячої треба спочатку охолонути, а потім уже замерзнути, а от холодної остигати не потрібно. Проте досліди показують, що на лід швидше перетворюється саме гаряча вода.
Точної відповіді на питання, чому все-таки гаряча вода замерзає швидше за холодну, досі не існує. Можливо, справа у різниці у переохолодженні, випаровуванні, утворенні льоду, конвекції, або причина впливу розріджених газів на гарячу та холодну воду.
Факт третій: надохолодження води
Усі добре пам'ятають зі шкільного курсу фізики, що вода замерзає за 0 градусів, а за 100 градусів закипає. Однак існує так зване надохолодження води. Таку властивість має дуже чиста вода - без домішок. Навіть за охолодження нижче точки замерзання така вода залишається рідкою. Але і в тому, і в іншому випадку існують температури, за яких вода стане льодом або закипить.
Факт четвертий: у води понад 3 стани
Ще зі школи всі знають, що вода має 3 агрегатні стани: рідкий, твердий і газоподібний. Проте вчені виділяють 5 різних станів води в рідкому вигляді та 14 станів у замерзлому вигляді.
Факт п'ятий: вода як скло
Що буде, якщо взяти замерзлу чисту воду та продовжити охолодження? З водою відбудуться чудові перетворення. При мінус 120 градусах Цельсія вода стає надв'язкою або тягучою, а при температурі нижче мінус 135 градусів вона перетворюється на "скляну" воду. "Скляна" вода - це тверда речовина, в якій відсутня кристалічна структура, як у склі.
Факт шостий: основа життя – це вода
Вода – основа життя. Усі живі тварини та рослинні істоти складаються з води: тварини – на 75%, риби – на 75%, медузи – на 99%, картопля – на 76%, яблука – на 85%, помідори – на 90%, огірки – на 95 %, кавуни – на 96%. Навіть людина складається із води. 86% води міститься в тілі у новонародженого та до 50% у людей похилого віку.
Факт сьомий: вода – переносник хвороб
Вода не тільки дарує життя, але може й забирати його. 85% всіх захворювань у світі передається за допомогою води. Щороку 25 млн. людей помирають від цих захворювань.
Факт восьмий: людина без води вмирає
Якщо людина втрачає 2% води від маси свого тіла, то у неї виникає сильна спрага. Якщо відсотки втраченої води збільшаться до 10, то людина почне галюцинації. При втраті 12% людина не зможе відновитися без допомоги лікаря. При втраті 20% людей вмирає.
Факт дев'ятий: найбільше прісної води - у льодовиках
Де найбільше води? Відповідь здається очевидною: у Світовому океані. Однак насправді в мантії Землі води міститься в 10-12 разів більше, ніж у Світовому океані. При цьому майже вся маса води, що є на планеті, не придатна для пиття. Ми можемо пити лише 3% води – саме стільки у нас запасів прісної води. Але навіть більшість цих 3% недоступна, оскільки міститься в льодовиках.
Факт десятий: вода як дієта
За допомогою води можна боротися із зайвою вагою. Вживаючи з напоїв лише воду, можна різко зменшити загальну калорійність раціону. По-перше, тому, що людина припиняє пити калорійні солодкі газування та соки, по-друге, тому, що після води менше тягне взяти солодощів, як у випадку з чаєм чи кавою.
Факт одинадцятий: вода для здорового серця
Вода допомагає знизити можливість серцевого нападу. Під час досліджень вчені з'ясували, що ті люди, які п'ють близько шести склянок води на день, менше схильні до ризику серцевого удару на відміну від тих, хто випиває всього дві склянки.
Факт дванадцятий: 35 тонн води за життя
Без води людина може прожити дуже довго. Потреба у воді стоїть на другому місці після кисню. Без їжі людина може прожити близько шести тижнів, а без води – п'ять-сім діб. За все своє життя людина випиває приблизно 35 т води.
Факт тринадцятий: найдорожча вода
Вода може бути безкоштовною, а може бути й дуже дорогою. Найдорожча у світі вода продається у Лос-Анджелесі. Виробники упаковують дорогоцінну рідину зі збалансованим смаком та значенням ph у пляшки зі стразами "Swarovski". Коштує така вода 90$ за 1 л.
Факт чотирнадцятий: є вода, що горить
Існує й небезпечна вода. Так, наприклад, в Азербайджані є вода, в якій багато метану, тому вона може спалахнути, якщо піднести до неї сірник. А в Сицилії в одному з озер є підводні джерела кислоти, які отруюють всю воду в цій водоймі.
Факт п'ятнадцятий: білок у воді
Морська вода – дуже поживна субстанція. на 1 куб. см такої води міститься 1.5 г білка та інших речовин. Вчені вважають, що тільки Атлантичний океан за своєю поживністю оцінюється в 20 тис. урожаїв, які збирають за рік по всій суші.
«Вода! Ти не маєш ні смаку, ні кольору, ні запаху, тебе не опишеш, тобою насолоджуєшся, не розуміючи, що ти таке. Ти не просто потрібна для життя, ти і є життя». Не можна не погодитись зі словами відомого французького письменника Антуана де Сент-Екзюпері. Це найпоширеніше речовина Землі, справді дуже важливе існування всіх живих організмів. До речі, біологічна потреба людини та тварин у воді за рік перевищує в 10 разів їхню власну масу. Хоча її хімічний склад досить простий: водень і два атоми кисню, -цей елемент містить у собі багато секретів та міфів. Вчені протягом довгих років розуміються на корисних і шкідливих властивостях такої звичайно-незвичайної речовини. Про них сьогодні й поговоримо.
Про важливість питної води знали ще давні люди
Якщо людина може прожити без їжі 40 днів, то без води – не більше тижня. Про цей простий принцип знали ще давні люди. Тому місце для житла вони вибирали, виходячи з елементарних міркувань: селилися переважно біля річок та озер, де була прісна вода. Також використовувалися підземні та дощові води та джерела.
Почуття голоду, а може, спраги? Дослідження американських учених
Якщо для стародавньої людини було проблемою знайти чисту питну воду, то сьогодні вона тече у нас з кранів. Як кажуть, пий – не хочу. Однак дослідження, проведені в США, показали, що 75% американців страждають від спраги, але не знають. Як стверджують вчені, схожа тенденція спостерігається у всьому світі.
Виявляється, у кожної третьої людини неймовірно слабо розвинене почуття спраги. І бажання пити часто плутається із почуттям голоду.
Згадайте, коли ви по-справжньому відчували спрагу? Напевно, тільки в дитинстві або дуже спекотно. Поспостерігайте за собою та за дітьми, як жадібно вони п'ють. Тому і проблем із зайвою вагою у маленьких громадян менше, ніж у дорослих. Фахівці пояснюють це тим, що навіть незначне зневоднення знижує загальний метаболізм на 3%.
Вода – панацея практично від усіх хвороб
cardmaverick / bigstock.com
Ще Гіппократ, названий людьми «батьком медицини», активно використав у своїй практиці водолікування.
«Ванна пом'якшує біль у боці, грудях та спині, підвищує потовиділення, покращує дихання та знімає втому; крім того, вона усуває напругу в суглобах, розкриває пори, зволожує носову порожнину та прибирає тяжкість у голові».
Сучасні медики згодні з давньогрецьким цілителем. Вони впевнені, що тепла вода справді розслаблює, а отже, знімає головний та м'язовий біль, полегшує нежить.А якщо приймати цю чудо-рідину всередину?
Попереднє дослідження дієтологів Вашингтонського університету довело, що вживання 8-10 склянок сирої, тобто. джерельної або очищеної води в день полегшує біль у хребті та суглобах у 80% хворих (зауважимо, не у здорових людей!).
Також вчені кажуть, що незначне зниження кількості води в організмі, наприклад лише на 2%, може спричинити порушення короткочасної пам'яті, викликати серйозну проблему у найпростіших обчисленнях: людина не може зосередитися на екрані монітора, не може без помилки набрати простий текст.
2,5 л води на день: австралійські вчені заперечують міф
Aaron Amat/bigstock.com
У далекому 1945 р. Національна дослідницька рада США опублікувала статтю National Food and Nutrition Board, в якій говорилося:
«… норма споживання рідини для дорослої людини становить близько 2,5 л на день, але більша частина цієї кількості міститься в їжі».
Перша частина фрази благополучно було вирвано з контексту. З цього дня всі люди стали сприймати цю «формулу здоров'я» як незмінну істину, а багато авторів та дієтологи навіть побудували свої унікальні методики оздоровлення, взявши за основу цей нехитрий принцип.
Нещодавно команда вчених із Університету Монаша в Австралії остаточно спростувала рекомендацію пити якнайбільше води. У науковому експерименті взяли участь 20 людей. Протягом кількох днів добровольцям пропонували випити воду після фізичних навантажень, а також незабаром після того, як спрага була вгамована.
Обстеживши учасників після дослідів, вчені зафіксували зниження рівня натрію в крові у тих, хто пив щонайменше по 8 склянок води на добу. Таким чином, було доведено, що регулярне вживання великої кількості води є потенційною причиною розвитку гіпонатріємії– водної інтоксикації, що супроводжується зниженням рівня натрію у крові. Вона викликає нудоту, почуття втоми, млявість, сонливість.
Ускладнення гіпонатріємії можуть призвести до таких негативних наслідків як розвиток набряку головного мозку, параліч, психічні розлади (панічний синдром, депресія), артеріальна гіпертензія. Були випадки, коли ускладнення гіпонатріємії призводили до смерті.
Пити чи не пити?
Дослідження австралійських учених підтвердило, що пити воду потрібно не за розкладом та універсальними правилами, а за потребою організму. "Пийте, коли відчуваєте спрагу", - рекомендує дослідник Майкл Фаррелл.
Рясне питво не врятує. Дослідження нідерландських та британських учених
Studio MARMILADE / bigstock.com
У 80-х роках. минулого століття у Нідерландах проводилося дослідження, у якому брали участь 120 тис. Чоловік. Результати були опубліковані лише у 2010 р. у British Journal of Nutrition. Автори роботи не виявили зв'язку між споживанням рідини та причинами смертності. Люди, які пили багато води або мало, як з'ясувалося, помирають від тих самих хвороб.
Колег потримали британські вчені, опублікувавши статтю в Оxford Journals. Вони також не знайшли зв'язку між кількістю рідини, що споживається, і частотою появи хронічних захворювань нирок і смертності від серцево-судинних хвороб.
Досліди проводилися на здорових людях, які проживають у країнах з помірним кліматом. Особливу категорію тут складають мами, що годують, вагітні жінки, діти, спортсмени, люди на будь-якій стадії хвороби. Вони в особливій групі, де до питань пиття дійсно необхідно підходити індивідуально.
Рясне пиття буде корисне лише тим, хто потребує. Дослідження американських нефрологів
Нефрологи Пенсільванського університету з Філадельфії, США, Ден Нігойану та Стенлі Голдфар, проаналізувавши всі існуючі дані щодо впливу надлишкового споживання води на здоров'я людини, дійшли висновку, що більший обсяг повинні вживати тільки спортсмени і ті, хто живе в сухих кліматичних поясах. Також пацієнтам, які мають деякі захворювання, лікарі іноді рекомендують пити багато рідини, наприклад, при подагрі та високих температурах.
Фахівці з Америки стверджують, що свідчень того, що надмірне питво корисне звичайним людям, немає. Тому варто звертатися до фахівців, зокрема до дієтологів, за індивідуальними порадами з харчування та пиття.
Протирічних один одному досліджень про воду багато. Вчені з усіх країн світу продовжують уважно вивчати цю речовину.Одне можна сказати з упевненістю: зневоднення ні до чого доброго не спричинить. Необхідно пити тоді, коли цього хочеться, або в спеку і при певних захворюваннях. А з приводу вищезазначених тверджень фахівців ось що каже експерт нашого журналу, дієтолог Олена Юріївна Григор'єва:
« Все перераховане вище є науково обґрунтованими висновками. Але з маленькими недомовками. При надмірному вживанні рідини відбувається демінералізація, але її можна уникнути, вживаючи мінеральну воду, або мінеральні комплекси, або свіжі овочі. У крайньому випадку під контролем макро- та мікроелементного складу крові.
У тому випадку, якщо хтось хоче схуднути, тоді необхідно робити індивідуальні розрахунки, тому що 2,5л - це норма для 100-кг людини. На 1 кг маси тіла – 30-35 мл. рідини, з додатковим надходженням води у спеку та під час тренувань. Така добова потреба у питві згідно з сучасними даними, яких дотримується офіційна медицина сьогодні».
Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.
1Вивченню властивостей води присвячені тисячі робіт як теоретиків, так і експериментаторів. Але вони розрізнені, не скоординовані. Проблема води – виключно важлива фундаментальна проблема ХХІ століття, яка має вирішуватись широким колом фахівців. Всі дослідження щодо води повинні координуватися з одного центру, і такого центру сьогодні немає. Відставання у вивченні фундаментальних проблем води гальмує розвиток усіх наук. Існує багато важливих та гострих питань, але проблема чистої води є найгострішою проблемою у світі. Понад 3 мільярди людей у світі страждають від нестачі води. Проблема збереження водних ресурсів та дбайливого ставлення до них – важлива, гостра та наболіла проблема. Проблема води – це проблема її очищення та опріснення. Вирішення цієї проблеми також сприятиме збереженню світового балансу прісної води. Постачання населення якісною питною водою стосується здоров'я людей. Ми повинні до кінця пізнати роль води, щоб її правильно використовувати. Тому однією із проблем води є проблема вивчення структури води. Вивчення структури води забезпечить новий науковий прорив у фундаментальному природознавстві.
структура
Питна вода
проблема води.
1. Алексєєв А.І. Хімія води. - СПб: СЗТУ, 2001.
2. Антонченко В.Я. Основи фізики води/В.Я. Антонченко, О.С. Давидов, В.С. Ільїн. - Київ: Наукова думка, 1991. - 669 с.
3. Бархатова О.С. Маловідомі властивості води (за матеріалами гіпотез)/О.С. Бархатова, Н.Л. Корзун / / Вісті вузів. Інвестиції. Будівництво. Нерухомість. - Іркутськ: Вид-во ФДБОУ ВПО НИ ІРГТУ, 2013. - Вип. 4. - С. 111-119.
4. Біла М.Л. Молекулярна структура води/М.Л. Біла, В.Г. Левадний. - М.: Знання, 1987.
5. Білоока Н.В., Паутов М.І., Толстой М.Ю. Флотаційні методи очищення стічних вод від нафтопродуктів // Природоохоронна діяльність у суспільстві: матеріали міжнародної науково-практичної конференції «Тункінському національному парку – 20 років; природоохоронна діяльність у суспільстві» (с. Кирен, Республіка Бурятія, 12-14 жовтня 2011 р.). Видавництво Інституту географії ім. В.Б. Сочави ЗІ РАН, 2011. - С. 190-192.
6. Бор Н. Атомна фізика. - 2-ге вид. - М.: Світ, 1967. - 493 с.
7. Габуда С.П. Фізичні властивості та структура зв'язаної води у фібрилярних білках колагенового типу за даними скануючої калометрії / С.П. Габуда, А.Л. Гайдаш, В.А. Дребущак, С.Г. Козлова// Листи в ЖЕФ. - 2005. - Т. 82, № 9-10. - С. 693-696.
8. Зацепіна Г.Л. Фізичні властивості та структура води. - М.: Вид-во МДУ, 1998. - 185 с.
9. Зенін С.В. Структурований стан води як основа управління поведінкою та безпекою живих систем: дис. … д-ра біол. наук. - М., 1999.
10. Кисельов А.Б. Структура соди у високо- та низькоінтенсивному рентгенівському випромінюванні // Сучасні наукомісткі технології. - 2008. - № 5 (додаток). - С. 9-12.
11. Колодін Р.М. Вода - золоте багатство планети/Р.М. Колодін, А.М. Колодін, Т.І. Шишелова // Сучасні наукомісткі технології. - 2008. - № 5 (додаток). - С. 23-24.
12. Лєтніков Ф.А. Активована вода/Ф.А. Лєтніков, Т.В. Кащеєва, А.Ш. Мінціс. - Новосибірськ: Наука, 1976. - 134 с.
13. Орлов А.В., Толстой М.Ю. Пневмогідравлічний аератор з плоскоструйним аеруючим факелом (ПГАПАФ). Патент на винахід 2515644(13) З2, МПК B03D 1/14 (2006.01). Опубліковано: 20.05.2014 Бюл. №14.
14. Смирнов О.М. Структура води: гігантські гетерофазні кластери води/О.М. Смірнов, В.Б. Лапшин, А.В. Балишев, І.М. Лебедєв, В.В. Гончарук, А.В. Сироїшкін // Хімія та технологія води. - 2005. - № 2. - C. 11-37.
15. Смирнов П.Р. Структура води, адсорбованої пористими матеріалами/П.Р. Смирнов, В.М. Тростін, Т. Ямагучи// Вода: структура, стан, сольватація. Досягнення останніх. - 2003. - С. 347-377.
16. Стебнівський С.В. Про зсувну міцність структурованої води // Журнал технічної фізики. - 2004. - Т. 74, № 1. - С. 21-23.
17. Толстой М.Ю. Теорія та практика пневмогідравлічної аерації // Ресурсоенергозберігаючі технології у житлово-комунальному господарстві та будівництві VI міжнародна науково-практична конференція, вересень 2015 р. – Іркутськ: ІРНІТУ, 2015.
18. Толстой М.Ю. Аналітичне дослідження поширення аерованого струменя пневмогідравлічного аератора в супутньому потоці рідини // Водоочищення, водопідготовка, водопостачання: виробничо-технічний та науково-практичний журнал. - 2012. - № 12. - С. 12-16.
19. Толстой М.Ю., Орлов А.В., Паутов М.І. Застосування пневмогідравлічних аераторів при очищенні стічних вод // Матеріали 9-го Міжнародного конгресу ЕКВАТЕК-2010, конференція міжнародної водної асоціації IWA «Водопідготовка та очищення стічних вод населених місць у XXI столітті: Технології, Проектні рішення, Експлуатація станцій» [електрон - М.: ЗАТ "Фірма СІБІКО Інтернешнл", 2010. "Очищення стічних вод". 5 с.
20. Толстой М.Ю., Василевич Е.Е., Лапковський А.А., Васильєва А.А. Очищення стічних вод каталізаторами «КАТАН» за різного ступеня аерації різної масової концентрації активного мулу // Вісник ІРГТУ. - 2011. - № 8 (55). - С. 66-70.
21. Толстой М.Ю., Стом Д.І., Васильєва А.А. Методологія досліджень біоценозу активного мулу стічних вод у спорудах при роботі аераційних систем міст та селищ Іркутської області // Матеріали 9-го Міжнародного конгресу ЕКВАТЕК-2010, конференція міжнародної водної асоціації IWA «Водопідготовка та очищення стічних вод населених місць у XXI столітті: Технології, Проектні рішення, Експлуатація станцій» [електронний ресурс]. - М.: ЗАТ "Фірма СІБІКО Інтернешнл", 2010, "Очищення стічних вод". 8 с.
22. Толстой М.Ю., Шишелова Т.І., Толстой В.М. Інтенсифікація процесу флотації // Вісті вузів. Інвестиції. Будівництво. Нерухомість: науковий журнал. - Іркутськ: Вид-во ІРНІТУ, 2015. - № 1 (12). - С. 120-127.
23. Шишелова Т.І. Пов'язана вода у мінералах // Сучасні наукомісткі технології. - 2010. - № 7. - С. 60-61.
24. Шишелова Т.І. Водні ресурси Іркутської області/Т.І. Шишелова, А.С. Кривошеєв, В.І. Левіна, А.В. Маленьких, А.В. Савінов // Успіхи сучасного природознавства. - 2010. - № 10. - С. 62-63.
25. Шишелова Т.І. Вода Байкалу/Т.І. Шишелова, Н.Є. Степанова, М.В. Клімов, Є.А. Скуратов // Успіхи сучасного природознавства. - 2009 (додаток). - № 8. - С. 18-19.
26. Шишелова Т.І. Вплив БЦПК на Байкал/Т.І. Шишелова, А.А. Щербаков, А.С. Янулевич // Успіхи сучасного природознавства. - 2010. - № 10. - С. 63-64.
27. Шишелова Т.І. Сучасний стан науки про воду. Проблеми та перспективи її розвитку // Успіхи сучасного природознавства. - 2011. - № 2. - С. 121-123.
28. Шишелова Т.І. Вода у мінералах. - Іркутськ: Вид-во ІрДТУ, 2012. - 110 с.
29. Емото М. Енергія води для самопізнання та лікування. - Софія, 2006.
30. Juutilainen I. Development effects of electromagnetic fields // Bioelectromagnetics. - 2005. - Suppl. 7. - P. 107-115.
31. Arkhipov V.I. Hierarchy of dielectric relaxation times у water // J. Non-Cryst. Solids. - 2002. - V. 305, № 1-3. - Р. 127-135.
32. Lussetti E. A fully polarizable і dissociable potential for water / E. Lussetti, G. Pastore, E. Smargiassi // Chem. Phys. Lett. - 2003. - V. 381, № 3-4. - P. 287-291.
33. Chipens G. Water structure як потенційний factor determining the code of amino acid interactions / G. Chipens, N. Levenu // Latv. ?im?. - 2005. - № 1. - P. 3-13.
34. Syroeshkin A.V. Laser diffraction for standardization of heteroge-neous pharmaceutical preparations / A.V. Syroeshkin, P.I. Попов, Т.В. Гребенникова, В.А. Фролов, Т.В. Pleteneva // J. Pharm. Biomed. Anal. - 2005. -V. 37 № 5. - P. 927-930.
35. Konovalova E.Yu., Stom D.I., Balayan A.E., Protasov E.S., Tolstoy M.Yu., Tyutyunin V.V. Використовуючи мікробіальні труби для використання промислового водопостачання / 2014 International Conference on Industrial, Mechanical and Manufacturing Science(ICIMMS 2014) will be held in Tianjin, China during June 12-13, 2014.
36. Konovalova E.Y., Stom D.I., Balayan A.E., Protasov E.S., Tolstoy M.Y., Tyutyunin V.V. Використовуючи мікробіальні труби для використання промислової води. Industrial, Mechanical and Manufacturing Science – Proceedings of the 2014 International Conference on Industrial, Mechanical and Manufacturing Science, ICIMMS 2014, 2015. ? Р. 71-74.
CURRENT STATE OF WATER SCIENCES. PROBLEMS AND PROSPECTS
Шишельова Т.І. 1 Tolstoy M.Yu. 11 National Research Irkutsk State Technical University
Abstract:
Study of properties of water devoted thousands of jobs, both theoreticians and experimentalists. Але вони є scattered, uncoordinated. The problem of water – is an extremely important fundamental problem of the XXI century, which needs to be addressed is to solve a wide range of specialists. Всі дослідження для води повинні бути підписані від одного центру, і завжди є не таким центром. Розділ у вивченні важливих проблем water hinders development of natural sciences. Там є багато важливих і pressing issues, але питання clean water is the most urgentní problem in the world. Більше 3 billion людей на світовому просторі від води з води. The problem of water conservation and respect for them – є важливою, urgentною та проблемою. The problem of water – it is a problem of its purification and desalination. Solving this problem will also help to maintain the global balance of freshwater. The supply of quality drinking water is a human health. Ви повинні знати, що роль role water in order use it correctly. Один з проблем water is the problema studying the structure of water. Study of structure of water provides a new breakthrough in the fundamental science.
Keywords:
the water problem.
Вступ
«Вода є стратегічним продуктом, - так відгукнувся про воду повноважний представник Президента РФ А.В. Квашнін – і, звичайно, з водою пов'язані фундаментальні наукові проблеми, які повною мірою ще не сформульовані, але вони є і їх треба буде вирішувати». Так, водою займаються давно, немає жодної галузі, жодного підприємства, якого б не торкалася вода. Здавалося, що про воду ми знаємо все, але чим більше ми її вивчаємо, тим більше відкриваємо аномальні, цікаві факти, які чекають на своє пояснення. І хоча в даний час вчені приділяють велику увагу нанотехнологіям, і особливо цінуються наукові дослідження в галузі нанотехнології або нанорозмірних станів, але найближчим часом буде особливо цінуватися водні технології.
Можна сказати, що вода у тонких плівках – це нанооб'єкт. Саме в тонких плівках води майже нанорозмірному вимірі проявляється більшість аномальних властивостей. І цілком можливо, що при вивченні її в такому стані ми можемо дізнатися про воду набагато більше.
Займаючись нанотехнологіями, нанооб'єктами ми обов'язково торкнемося нанорозмірного стану води. А звідси саме це призведе до принципово нових водних технологій. Вода створила життя - пізнавши цей механізм, можна його використовувати на благо людини.
Вивченню властивостей води присвячені тисячі робіт як теоретиків, так і експериментаторів. Але вони розрізнені, не скоординовані. Проблема води - винятково важлива фундаментальна проблема ХХІ століття, яка має вирішуватись широким колом фахівців. «Усі дослідження щодо води повинні координуватися з одного центру, і такого центру на сьогодні немає». «Відставання у вивченні фундаментальних проблем води гальмує розвиток усіх природничих наук, наука має обернутися обличчям до води».
Вода була і залишається найнезвичайнішою речовиною у світі. Звичайної води у світі немає. Вона завжди й усюди незвичайна та завжди різна. За рахунок водневого зв'язку кожна молекула води пов'язана досить добре із чотирма сусідніми молекулами. Взаємне наближення між молекулами зменшує розміри складної молекули води. Така незвичайна молекулярна будова води обумовлюється її незвичайними властивостями.
Вже багато років вода-об'єкт особливої уваги дослідників. Вивчають воду прісну, солону, заморожену, воду намагнічену. І чим більше її вивчають, тим більше накопичується разючих і незрозумілих фактів, які чекають на своє пояснення.
Вода - дорогоцінний дар природи
Вода - дорогоцінний дар природи, що забезпечує життя Землі. Природний розподіл її запасів дуже зручно людини; Більшість водної маси становлять солоні моря та океани. Прісна вода доступна нам далеко не вся: значна її частина законсервована у вигляді льоду або таїться глибоко під землею. Тільки частки відсотка земних ресурсів прісних вод є у нашому розпорядженні. Становище ускладнюється тим, що дедалі більше зростає потреба у воді і дедалі більше її витрачається. У 1900 року споживання води у світі становило 400 км3. За прогнозами на 2020 рік, споживання води досягне 7500 км3 (рис. 1). Сьогодні ми виразно відчуваємо вичерпність водних запасів.
Рис. 1. Споживання прісної води у світі
Нині підрахунок кількості води Землі виконаний з усією точністю, доступної сучасної науці. Цю роботу вчені виконали у рамках програми Міжнародного гідрологічного десятиліття 1964-1974 рр. . Результати цієї роботи опубліковані у багатотомній праці «Світові водні ресурси та водний баланс земної кулі».
Встановлено, що гідросфера – океани, моря, річки, озера, болота, атмосферна волога – вимірюється великою величиною – 1,385×10 9 км3 води, або 1,4×10 19 т. Три чверті поверхні планети вкрито водою. Якщо розподілити всю воду рівномірно на поверхні земної кулі, середній радіус якої 6370 км, вийде плівка завтовшки менше 3 км. Основну частину водного потенціалу становить вода: 97,75% або 1,338×10 9 км3, - це солоні води океанів і морів, решта 2,25% - прісні води, проте половина їх - 24×10 6 км3 - «законсервована» в у вигляді крижаних гігантських шапок Антарктиди, Арктики та інших високих гір.
Зміст води у атмосфері невелика - близько 0,001% її маси на планеті. Вода в атмосфері знаходиться у всіх трьох агрегатних станах - газоподібному (водяна пара), рідкому (краплі дощу) та твердому (кристаліки снігу та льоду). Повне поновлення складу води в атмосфері відбувається за 9-10 днів. Таким чином, атмосферна волога є найактивнішою ланкою круговороту води у природі.
При легкості і легкості хмари, що здається, містять значну кількість води. Водність хмар, тобто вміст води 1 м3, коливається від 10 до 0,1 г і менше. Оскільки обсяги хмар дуже великі (десятки кубічних кілометрів), навіть одна хмара може містити у вигляді крапель або кристаликів льоду сотні тонн води. Ці гігантські водні маси безперервно переносяться повітряними потоками над поверхнею Землі, викликаючи на ній перерозподіл води та тепла.
В середньому на поверхню Землі протягом року випадає шар опадів завтовшки 1 м, але реальні їх кількості дуже не однакові для різних областей земної кулі. У деяких районах Індії або на Гавайських островах річний рівень опадів перевищує 12 000 мм, у середньоазіатських пустелях або північному сході Сибіру він ледве сягає 200 мм.
По континентах ресурси річкових вод розподілені нерівномірно: у Європі та Азії, де мешкає 70% населення світу, зосереджено лише 39% світових запасів річкових вод. Розподіл рік на території нашої країни вкрай нерівномірний. Найбільш забезпечені водними ресурсами північні та північно-східні райони Росії.
Більшість запасів прісних вод зосереджена в озерах. У цілому нині на планеті запаси прісних озерних вод оцінюють в 176 000 км3. Найглибше озеро на планеті - Байкал (1620 м), потім африканське озеро Танганьїка (1470 м).
Значна частина води на планеті прихована під її поверхнею. У верхній п'ятикілометровій товщі земної кори на континентах міститься 84,4 10 6 км3 води. У тому числі 60×10 6 км3 становить вільна вода. У всій земній корі міститься близько 1,5×10 9 км3 води, що можна порівняти з обсягом Світового океану.
Під великими просторами верхніх пластів суші поширені підземні льоди. Їхня загальна маса оцінюється величиною в 500 000 км3. Потужність крижаного шару може досягати 50 м. На жаль, всього 0,025% прісних вод перебувають у рідкому стані та у доступних для людини сферах, і, звичайно, всі ці запаси витрачаються. Але як поповнити резерви прісної води? Опріснення води вимагає величезних витрат. XXI століття пов'язане з інтенсивним розвитком промисловості, зростанням населення планети, тому труднощі у постачанні прісною водою неминуче збільшуються. Для запобігання водній кризі знадобляться об'єднані зусилля багатьох країн щодо розробки довгострокових проектів забезпечення кожного жителя планети чистою водою у потрібних, але оптимальних кількостях.
Директор інституту водних проблем Данилов-Данільян В.М. розглянув проблему прісної води у світі у зв'язку з глобальною водною кризою, що насувається. Суть питання, на якому він зупинився, полягає в тому, яку роль може відіграти Росія у цій проблемі. Він зазначає, що за минуле століття глобальне споживання прісної води - висхідна крива. Вода споживалася навіть швидше, ніж очікувалося. Нисхідна крива представляє обсяг економічно доступних водних ресурсів, тобто частину запасу прісних вод, яку можна вилучити за дотримання технічних і екологічних обмежень. Ця крива, на жаль, опускається.
Справа в тому, що людина перевищила всі допустимі межі дії на навколишнє середовище, у тому числі на природні процеси відновлення водних ресурсів.
Як бачимо на рис. 2, перетин висхідних кривих прогнозу зростання водоспоживання та падаючої кривої, що скорочуються економічно допущених ресурсів відбувається в інтервалі від 2025 до 2035-2040 рр.
Рис. 2. Прогнози зростання глобального водоспоживання
Зараз, за даними ООН, понад 1 млрд. 100 млн. людей постійно живуть в умовах водної кризи, тобто постійного гострого дефіциту прісної води, і приблизно ще 1 млрд. - в умовах водного стресу, коли такий дефіцит виникає досить регулярно (наприклад, у сухий сезон).
Усі країни різко різняться за водозабезпеченістю. Так, наприклад, Росія має у своєму розпорядженні великі запаси підземних вод, їх потенційний ресурс оцінюється в 230 км3 на рік, з яких 60% припадає на Європейську частину РФ. Затверджені експлуатаційні запаси підземної прісної води становлять 22 км3 на рік. На кожного жителя Російської Федерації на рік припадає в середньому 30 тис. м3 сумарного річкового стоку, 530 м3 сумарного водозабору та 90-95 м3 води побутового водопостачання (тобто по 250 л на добу). У великих містах питоме водоспоживання становить 320 літрів на добу, у Москві - 400 літрів на добу. Середня водозабезпеченість населення у нас одна з найвищих у світі. Для порівняння: США – 320, Великобританія – 170, Японія – 125, Індія – 65, Ірак – 16 л на добу. Проте, порівняно з багатьма іншими країнами, прісна вода у нас витрачається вкрай неекономно. Росія посідає друге місце у світі за валовими запасами водних ресурсів. Перше місце належить Бразилії з річкою Амазонкою, яка за річним стоком принаймні в сім разів перевищує кожну з групи наступних за нею найбільших річок світу.
Людина відбирає із найрізноманітніших джерел майже 5 000 км3 води. Щоб врахувати кількість води, що фактично експлуатується людиною, до цих 5000 км3 треба додати ще 12-17 (за різними оцінками). Тим часом, загальна кількість економічно доступних ресурсів прісної води лежить в інтервалі 22-35 тис. км3.
Для виплавки 1 т чавуну та переведення його в сталепрокат необхідно 50-250 м3 води. Виробництво 1 т азотної кислоти вимагає 80-180 м3 прісної води, бавовняної тканини - 300-1100 м3, синтетичного волокна - 1000 м3, целюлози - 200-400 м3, гуми - 2500 м3, синтетичних тканин - 0. Величезні обсяги води споживають енергетичні установки для охолодження енергоблоків, причому значна її частина йде у безповоротні втрати. Так, для роботи ТЕС потужністю 1 млн. кВт необхідно 1-1,6 км3 води на рік, а для роботи АЕС тієї ж потужності – від 1,6 до 3 км3. Нижні межі цих інтервалів відповідають найпередовішому технічному рівню. Для вирощування 1 т пшениці, що продається на світовому ринку, потрібно в середньому 1000 м3 води.
Висновок: вода на світовому ринку скоро стане товаром, який за обсягами продажів буде цілком порівнянний із нафтою.
Рис. 3. ілюструє зростання водоспоживання душу населення у побутових цілях протягом останніх 2000 років.
Рис. 3. Зростання споживання води для побутових потреб на душу населення
Воду ми практично не продаємо, а для внутрішніх цілей наше господарство використовує 62,5 км3 води на рік – це 62,5 млрд. т, тобто у 180 разів більше, ніж видобуток нафти для внутрішніх потреб та експорту. На світовому ринку зростатиме виробництво та продаж водозберігаючих та водоефективних технологій, які дозволяють краще використовувати наявну воду, розвиватимуться водоохоронні технології.
Нині у Росії у всьому світі використовуються, передусім, поверхневі і підземні води. Поверхневі джерела погано захищені. Це може дати істотну модифікацію оцінок майбутньої витрати, тому що вода нікуди не зникає, просто вона з чистої перетворюється на брудну, з прісної - на солону, а за рахунок технології, у тому числі й технології очищення, можна багато що виграти.
З проблемою дефіциту води у світовій економіці вдасться впоратися не за 15-20 років, на це підуть, мабуть, дві третини цього століття. Для того, щоб вона не стала для нас загрозливою, а навпаки, визначила нове джерело добробуту для країни, треба з усією увагою та відповідальністю ставитися до неї.
Вчені підрахували, що 97,5% від усіх запасів води на планеті Земля припадає на солоні води морів і океанів. Іншими словами, прісна вода становить лише 2,5% світових запасів. Якщо врахувати, що 75% прісної води «заморожено» в гірських льодовиках і полярних шапках, ще 24% знаходиться під землею у вигляді ґрунтових вод, а ще 0,5% «розосереджено» у ґрунті у вигляді вологи, то виходить, що на найбільш доступний і дешевий джерела води - річки, озера та інші наземні водоймища припадає трохи більше 0,01% світових запасів води.
Зважаючи на те значення, яке вода має для життєдіяльності людини і всього живого на Землі, наведені цифри наочно підтверджують сакраментальну тезу про те, що вода - один із найдорожчих скарбів нашої планети.
Один із скарбів нашої планети є озеро Байкал. Вчені постійно ламатимуть голови над дивовижною загадкою – мінімальною мінералізацією його води, її абсолютною прозорістю (білий диск видно на глибині понад 40 метрів), його унікальною здатністю до самоочищення. Байкал - одне з найдавніших озер і найбільше сховище прісної води на планеті. Байкал не лише величезний резервуар, а й фабрика з підготовки чистої води. Щорічно у Байкалі формується 60 км3 чудової за якістю прісної води.
Лічені роки, на думку вчених, залишилися до моменту, коли «чорне золото» опиниться на задвірках світового ринку, а королевою його стане звичайна прісна вода. Від нестачі вологи страждатимуть 40% населення планети. До чого це призведе? Зі зростанням населення, яке збільшуватиметься ще близько півстоліття, зростатиме потреба прісної води. А обсяг економічно доступної води, навпаки, скорочуватися, половина населення планети в майбутньому опиниться в таких умовах, коли води не вистачатиме для задоволення елементарних потреб. Забруднення водойм та масові порушення екологічних норм на водозаборах можуть прискорити вбивчий процес скорочення водних запасів.
Якщо збройні конфлікти нинішнього століття нерідко виникали через нафту, то криваві конфлікти майбутнього століття спалахуватимуть через воду». Ці слова належать Ісмаїлу Серагельдіну, який фінансує проекти, пов'язані із захистом довкілля. Не будемо з ним сперечатися, однак його слова наводять на роздуми щодо значення та ролі води в житті як окремої людини, так і цілих країн і народів. Там, де вода, там і життя - ця проста істина, народжена на Сході, стала часто вживаною фразою, що точно відображає взаємозв'язок між водою та життям. На Сході завжди цінували та цінують воду. Недарма про неї кажуть: «Земля – скарбниця, вода – золото».
У зв'язку з цим мимоволі напрошуються питання: а чи багато води на нашій планеті, чи вистачає її вдосталь потреб людини і породженої ним цивілізації? Відповідь на ці запитання можна знайти у огляді експертів-екологів. У ньому наголошується, що більшість водних ресурсів нашої планети містять сіль, і в такому вигляді непридатна для вживання людиною. Відсотки, що залишаються, припадають на прісну воду, яка використовується людиною для харчування, задоволення потреб сільського господарства, промисловості та інших цілей. Але доступ до цих ресурсів прісної води ускладнений через їх знаходження у важкодоступних природних середовищах.
Ці факти яскраво показують нам, якою цінною є прісна вода і як дбайливо слід до неї ставитися. Доречно підкреслити, що запаси прісної води, що є на Землі, є більш-менш постійною величиною і не мають тенденції до мимовільного збільшення.
А тим часом людство з кожним роком споживає дедалі більше воістину безцінної вологи. Вчені-екологи підрахували, що 1995 року земляни «випили» 2300 кубічних кілометрів прісної води. Більшість цього обсягу було використано потреби сільського господарства та промисловості. Перед землеробства припадає нині вп'ятеро більше води, ніж на початку століття. Промисловість витрачає її в 26 разів, а муніципальні об'єкти в 18 разів більше, ніж на зорі століття.
Льодовики також є «коморами» прісної води, у яких зосереджено майже 69% світових запасів резервної прісної води. Танення льодовиків формує значну частину річкового стоку в гірських районах, особливо влітку, коли вода найпотрібніша для зрошення сільськогосподарських культур. Наприклад, у Середній Азії, де льодовики займають лише 5% площі, їхня частка у річковому стоку становить протягом року 20%, а влітку - 50%.
Фізичні властивості
Фізичні властивості повною мірою викладені у багатьох роботах. Вода (Н2O) - найпростіша стійка хімічна сполука (рис. 4) водню з киснем, безбарвна рідина з температурою кипіння 100°С. Хімічна формула води така проста: Н2О; Н-О-Н. Розмір однієї молекули води становить близько 3 Å (ангстрем) або 0,28 нм (нанометра).
Рис. 4. Схема будови
Під льодом всі молекули пов'язані між собою водневими зв'язками. При цьому чотири зв'язки кожної молекули локально організовані в тетраедричні структури, чотири прилеглі молекули розташовуються у вершинах тригранної піраміди, в центрі якої знаходиться п'ята молекула води (рис. 5).
Позитивно заряджене ядро атома кисню, зважаючи на свою велику масу і заряд, сильніше притягує до себе електронну хмаринку, оголюючи при цьому ядра водню.
Рис. 5. Тетраедрична структура молекули води
Три ядра в молекулі води утворюють рівнобедрений трикутник з двома протонами водню в основі та киснем у вершині. Відстань O-H 0,9568 Å (0,1 нм); H-H-1,54 Å (0,15 нм). Модель молекули води, запропонована Нільсом Бором, показана на рис. 6.
Рис. 6. Будова молекули води, запропонована Н. Бором: а - кут між зв'язками H-H; б - зовнішній вигляд електронної хмари молекули води
Властивості води переважно залежить від водневих зв'язків. Через велику різницю електронегативності атомів водню та кисню електронні хмари сильно зміщені у бік кисню. Через це, а також те, що іон водню не має внутрішніх електронних шарів і має малі розміри, він може проникати в електронну оболонку негативно поляризованого атома сусідньої молекули. Завдяки цьому кожен атом кисню притягується до атомів водню інших молекул і навпаки.
Кожна молекула води може брати участь максимум у чотирьох водневих зв'язках: два атоми водню – кожен в одній, а атом кисню – у двох; у такому стані молекули перебувають у кристалі льоду. При таненні льоду частина зв'язків рветься, що дозволяє укласти молекули води щільніше; при нагріванні води зв'язку продовжують рватися і щільність її зростає, але при температурі вище 4°С цей ефект стає слабкішим. При випаровуванні рвуться всі зв'язки, що залишилися. Розрив зв'язків вимагає багато енергії, звідси висока температура та питома теплота плавлення та кипіння та висока теплоємність. В'язкість води обумовлена тим, що водневі зв'язки заважають молекулам води рухатися з різними швидкостями. Будова електронної хмари молекули води така, що у льоду кожна молекула пов'язана чотирма водневими зв'язками з найближчими до неї молекулами, координаційне число молекул у структурі льоду дорівнює чотирьом. Про розмір молекули можна судити за величиною відстані між найближчими молекулами у льоду, що становить 2,67 Å (0,267 нм). Відповідно до молекули води можна приписати радіус рівний 1,38 Å (0,138 нм). Дипольний момент води дорівнює 1,87 Дебая. Електричний дипольний момент - векторна фізична величина, що характеризує, поруч із сумарним зарядом електричні властивості системи заряджених частинок (розподілу зарядів) у сенсі створюваного нею поля та на неї зовнішніх полів.
Дослідження показали, що у воді зберігається ближня впорядкованість, властива структурі льоду. Отже, тенденція кожної молекули води до оточення чотирма найближчими молекулами та утворення з ними водневих зв'язків властива як рідкому, так і твердому стану. Відстань між найближчими молекулами під час плавлення льоду змінюється від 2,76 Å (0,276 нм) до 2,90 Å (0,29 нм). Характерне середнє розташування найближчих молекул веде до дуже пухкої, ажурної структури. Саме з цим пов'язані аномальні властивості води.
Майже куляста молекула води має помітно виражену полярність, оскільки електричні заряди у ній розташовані асиметрично. Кожна молекула є мініатюрним диполем із високим дипольним моментом.
Полярність молекул, наявність у яких частково некомпенсованих електричних зарядів створює угруповання молекул - асоціати. Повністю відповідає формулі Н2O лише вода, що у пароподібному стані. У температурному інтервалі від 0 до 100 °З концентрація окремих (мономірних молекул) рідкої води не перевищує 1%. Решта молекул води об'єднані в асоціати різного ступеня складності, і їх склад описується загальною формулою [Н2O]Х. Причиною утворення асоціатів є водневі зв'язки. Вони виникають між ядрами водню одних молекул та електронними згущеннями у ядер кисню інших молекул води.
Аномальні властивості води
Вода аномальна щодо багатьох фізичних властивостей. На відміну від більшості рідин зі зростанням температури, об'єм води зменшується, щільність збільшується, досягаючи мінімуму об'єму (відповідно максимуму щільності) при 4°С, питомий об'єм води зі зростанням температури підвищується. При замерзанні зменшується обсяг приблизно на 10%. Теплоємність води аномально велика. При плавленні льоду теплоємність збільшується більше, ніж удвічі. Зазвичай у твердих тіл при плавленні вона незначно змінюється. В'язкість води зі зростанням температури зменшується, електропровідність води залежить від домішок. Діелектрична проникність води – 81 при 20°С, показник заломлення – 1,33. Аномальна вода також стосується швидкості поширення звуку та інших властивостей. Аномальні властивості води пов'язані з особливістю будови її молекул та структури у різних агрегатних станах.
Навіть після короткочасного впливу магнітних полів збільшується швидкість хімічних процесів та кристалізації розчинених речовин, інтенсифікуються процеси адсорбції, покращується коагуляція домішок та випадання їх в осад. Вплив магнітного поля на воду позначається на поведінці домішок, що знаходяться в ній, хоча сутність цих явищ поки точно не з'ясована. Існує кілька гіпотез про намагнічування води, наприклад, магнітне поле може призвести до деформації водневих зв'язків або перерозподіл молекул води в асоціативних утвореннях, що впливає на зміну фізико-хімічних характеристик, що протікають в ній процесів.
Сибірськими вченими, Ф.А. Лєтніковим та Т.В. Кащеєвої відкрите явище, коли знесолена вода внаслідок нагрівання її до високих температур під великим тиском змінює свої властивості. Питома електропровідність активованої знесоленої води в 10-20 разів вища, ніж активована. Отримано так звану слизьку воду. Звичайна вода перетворюється на слизьку при введенні в неї невеликої кількості полімерних сполук. Швидкість її перебігу збільшується у 2,5 рази, вона швидко заповнює будь-яку ємність. Причиною такої зміни є, очевидно, особливості взаємодії полімерних добавок і молекул води. Між ними легко виникають водневі зв'язки, певним чином орієнтовані на осі потоку рідини, що впливають на її структуру.
Вода залишається однією з найзагадковіших і найдивовижніших речовин на Землі. Її унікальність проявляється вже в тому, що це єдина речовина на планеті, яка зустрічається у всіх трьох агрегатних станах – твердому, рідкому та газоподібному – у природних умовах.
Вода за охолодження нижче +4°С не стискається, а розширюється.
Вода у твердому стані не важча, ніж у рідкому, як усі тіла, а навпаки – легше.
Ніякі інші гази, крім кисню та водню, не утворюють рідину при змішуванні один з одним.
Вода має власну енергетику, яка є однією із загадок, досліджуваних наукою.
Серед усіх речовин, що є на Землі, вода, завдяки своєрідності своїх фізичних та хімічних властивостей, займає виняткове становище у природі та відіграє особливу роль у житті людини. Основне призначення води – бути основою біологічного життя у Всесвіті. Саме вода лежить в основі всіх процесів у рослинному та тваринному світі нашої планети.
Вчені, які займаються вивченням води, виявили, що за певних умов молекули води можуть збиратися у стабільні утворення, що нагадують кристали.
Встановлено, що водне середовище є багаторівневим, ієрархічно організованим рідким кристалом, в основі якого лежить кластер, кристалоподібний «квант води», що складається з 57 і більше її молекул.
Вода, що складається з упорядкованих рідких кристалів з величиною кута H-O-H, що наближається до 109°, називається структурованою.
Молекули води відрізняються одна від одної за своїм ізотопним складом. В даний час відомі 5 різних ізотопів водню. З них тільки два є стабільними: найлегший протий - з атомною масою 1, його позначають символом 1Н - складається з 1 протона і 1 електрона, і важкий водень, або дейтерій з атомною масою 2, його позначають символом 2D - складається з 1 протона, 1 нейтрона та 1 електрона. Третій надважкий водень (з атомною масою 3) відповідно складається з 1 протона, 2-х нейтронів та 1 електрона. Тритій радіоактивний, його період напіврозпаду близько 12,3 років. Час життя інших ізотопів не перевищує кількох секунд.
У кисню виявлено шість ізотопів: О14, О15, О16, О17, О18 та О19. Три з них: О16, О17 та О18 - стабільні, а О14, О15 та О19 є радіоактивними ізотопами. Стабільні ізотопи кисню містяться у всіх природних водах: їх співвідношення таке: на 10000 частин О16 припадає 4 частини О17 та 20 частин О18.
Імовірність утворення молекул із різним ізотопним складом не однакова. Найпоширенішою є молекула з найменшою масою, що складається з водню - 1 (проти) і кисню - 16. Зміст інших більш важких молекул у природі вбирається у 0,23% , вміст ізотопних модифікацій води у природі представлено табл. 1.
Таблиця 1
Тяжка вода - це вода, в якій проти повністю заміщений на дейтерій і представлена формулою D2О. Ізотопний склад по кисню у цій воді зазвичай відповідає складу кисню повітря. Щільність тяжкої води 1104 кг/м3. Тяжка вода кипить за більш високої і замерзає за нижчої температури, ніж легка.
Структура води
Рідка вода має дуже складну структуру, і багато її особливостей досі не знайшли чіткого пояснення. Для води характерна яскраво виражена здатність до самоорганізації внаслідок утворення водневих зв'язків.
Первинними структурами можуть бути димери, тримери, …, полімери, у тому числі у подальшому утворюються циклічні структури переважно п'яти- і шестичленные, які далі формують різні просторові багатогранники. Найбільш привабливими є багатогранники, що мають вісь симетрії п'ятого порядку (додекаедр та ікосаедр), так як це пояснює багато властивостей води, наприклад, її плинність, здатність утворювати газові гідрати та ін. З цих структурних елементів надалі можуть утворюватися довгі ланцюги та просторові структури, що заповнюють весь обсяг. Структура рідкої води була предметом великих досліджень.
Запропоновані різні теорії та структурні моделі води володіють тим недоліком, що, з одного боку, задовільно пояснюють тільки частину явищ, з іншого, - часто суперечать одна одній. Є в даний час експериментальних даних недостатньо, щоб вирішити ці протиріччя. Теоретичні та експериментальні методи дослідження, що застосовувалися раніше, не дозволяють детально з'ясувати складну структуру води. Вивчення структури води породило безліч концепцій, більшість яких зізнаються наявність упорядкованих доменів у питній воді. Ці теорії (структурних дефектів Самойлова, структур Бернара-Фалуера, «гідратів» Полінга, мерехтливих кластерів Франка та Відня та багато інших) інтенсивно обговорювалися в цілій низці монографій.
Методи розсіювання рентгенівського випромінювання або нейтронів не підтверджують утворення у воді впорядкованих структур з розмірами більше десятків ангстрем, що не узгоджується з даними по гістерезисних температурних аномаліях показника заломлення води або аномальним розсіюванням світла у водних розчинах органічних сполук. У рідкій воді зареєстрований ефект ІЧ – люмінесценції. Існування смуг ІЧ – люмінесценції пов'язане з присутністю у воді порожніх кластерів (клатратів). Кластери води теоретично розраховуються зазвичай лише для десятків молекул, або поблизу міжфазної межі, наприклад, розділу вода/лід є досить певною структурою глибиною до 15Å (0,15 нм).
Багато властивостей води, наприклад, її плинність, здатність утворювати газові гідрати, припускають утворення протяжних упорядкованих структур, наприклад, континуальну модель води. Дані акустичної емісії з водних розчинів в області від 500 до 2,5 кГц припускають джерело генерації звукових хвиль з лінійними розмірами на багато порядків більшими, ніж молекулярні кластери.
Структурні дослідження води рентгенівськими методами проведено Кисельовим А. Б., їм показано, що в температурній області 20-40°С і тиск близькому до нормального в дистильованій воді під дією рентгенівського випромінювання виникає структура, яка є розширеною тетраедричною льдоподібною упаковкою молекул води, що містить -іонні комплекси Н3О+-ОН-. Відстань між молекулами води 3,1 10 -10 м, відстань між атомами кисню в комплексі 2,3 10 -10 м. Молекули води коливаються з амплітудою 0,9 10 -10 м у порожнину структури води, що виражається відстанню 3, 9·10 -10 м. При подальшому русі молекул з часом експозиції відстань між частинками збільшується і у воді виникає тетраедрична льодоподібна структура з відстанню між молекулами води 2,7·10 -10 м, а потім на відстані (3,0-3, 1)·10 -10 м у воді утворюються комплекси Н3О+-ОН- з відстанню між іонами гідроксонію та гідроксилу 2,3·10 -10 м.
Структурованість води найбільше виявляється при переході від високо - до низькоінтенсивного випромінювання, заміни молібденового мідним випромінюванням.
Період зміни структури води зростає із зменшенням температури рідини та збільшенням інтенсивності рентгенівського випромінювання. Зі зменшенням інтенсивності рентгенівського випромінювання період зміни структури води зменшується, і порядок структури води перетворюється на безлад, який також змінюється при низькоінтенсивних фізичних впливах.
Водні ресурси Іркутської області. Вода Байкалу
Поверхневі води. У межах Іркутської області є колосальні запаси озерної, річкової та підземної прісної та мінеральної води. Питомі витрати на отримання 1 м3 води, що споживається промисловістю, комунальним господарством та населенням регіону, у 2-5 разів нижчі, ніж у Європейській Росії.
Південно-східний кордон області протягом кількох сотень кілометрів проходить акваторією Байкалу найбільшого озера планети. У ньому міститься 23 тис. км3 найчистішої прісної води, що становить близько 80% загальноросійських та 20% світових запасів поверхневих прісних вод. Байкальська вода використовується населенням прилеглих селищ як питна, деякі промислові підприємства прибережної зони беруть її для технологічних цілей.
Аналізи байкальської води, проведені Лімнологічним інститутом СО РАН, Інститутом екотоксикології Мінприроди РФ, Університетом Південної Кароліни, лабораторіями Японії та Кореї підтверджують її високу якість. В даний час створено підприємства з її розливу та організовано реалізацію населення як питну їдальню води. Водозабір на діючих виробництвах здійснюється з глибини понад 400 м, що гарантує високу якість продукції.
Прибуткова частина водного балансу озера Байкал становить 71,16 км3, з яких опади становлять 13%, приплив річкових вод – 82,5%, приплив підземних вод – 3,2% та конденсація –1,3%. Витратна частина становить 70,72 км3 (стік з озера дорівнює 6039 км3) на випаровування припадає 10,33 км3.
У межах Байкальського регіону протікає 31359 річок із загальною довжиною 116417 км. і налічується близько 18469 озер із загальною площею дзеркала 1292 км2.
Всього в Іркутській області налічується понад 67 тис. річок, річечок і струмків загальною довжиною 310 тис. км та середньою щільністю 400 м річкової мережі на 1 км2. У гірничо-тайгових районах Східних Саян, Північно-Байкальського та Патомського нагорій ця щільність зростає до 1 тис. м на 1 км2.
Річкова мережа представлена басейнами таких великих річок, як Ангара, Лєна, Нижня Тунгуска та їх численними притоками. Середній багаторічний річковий стік у межах Іркутської області приблизно становить 7,5 тис. м3/с (160-240 км3/год).
Вода – основа життя на землі. Найбільше, найглибше і найстаріше озеро Байкал оголошено організацією ЮНЕСКО світовою спадщиною за неймовірну різноманітність біологічних видів тварин та рослин, що населяють цей регіон. Це найглибше озеро у світі. Байкал, безперечно, є безцінним національним надбанням Росії.
Сьогодні все, що пов'язане з Байкалом, викликає непідробний інтерес не лише в нашій країні, а й за кордоном. За останні десятиліття Байкал приваблює туристів, приваблює вчених, оскільки озеро справді унікальне. У величезній кам'яній чаші, майже в центрі Азії, на висоті 455 м над рівнем моря розкинулося велике озеро, довжина якого дорівнює 636 км, найбільша ширина - 79 км, найменша - 25 км. Максимальна глибина озера 1637 м, середня – 730 м.
Байкалу близько 25 мільйонів років. Зазвичай озеро, вік якого наближається до 12-20 тисяч років, вважається старим, а Байкал молодий, і немає ознак того, що він починає старіти і колись зникне з лиця Землі, як зникло і зникає багато водойм.
Але Байкал тендітний, і його екологічна рівновага під загрозою. Наприклад, згідно з даними природоохоронних організацій, щодня Байкальський целюлозно-паперовий комбінат (БЦПК) скидав у води Байкалу 120 кубометрів стічних вод. Перелік забруднюючих речовин включав понад 25 найменувань (хлорорганічних, нітратів, фосфатів, фенолів, сульфатів, похідних лігніну).
Кому спала на думку побудувати целюлозно-паперовий комбінат на березі Байкалу, тепер уже невідомо. Але 7 червня 1954 був підписаний наказ про призначення комісії з вибору майданчика для майбутнього підприємства, а 17 квітня 1960 на березі Байкалу висадилися перші будівельники. Вже восени 1966 року побудований комбінат став отруювати Байкал і псувати найчистіше байкальське повітря. Протести вчених та громадськості проти БЦПК почалися ще до початку споруди. Спочатку заперечували проти будівництва, потім, коли стало видно екологічні наслідки, закликали перепрофілювати або закрити. Випускалися рішення, ухвали, укази, але комбінат чадив, знищуючи тайгу, і продовжував лити отруту в Байкал. Пилогазові викиди Байкальського ЦПК розповсюджувалися вздовж узбережжя Байкалу до 160 км на північний схід, потрапляючи на територію Байкальського заповідника, до 40-50 км і більше на захід.
У 1994 році зі стічними водами Байкальського ЦПК в озеро потрапило забруднюючих речовин (у тоннах): легкоокислюваних органічних сполук - 538, сульфатів - 9535, хлоридів - 6171, фосфору - 0,41, азоту амонійного - 9 , нітритів - 32, ртуті - 0,02, алюмінію - 3,5, сіркоорганічних речовин - 5, метанолу - 0,06, нітратів - 0,04, скипидару - 4, формальдегіду - 2,4, фурфуролу - 2,3, лігніну – 54.
На вимогу Мінприроди було ухвалено рішення про перехід з вересня 2008 року на замкнутий цикл водообігу, який виключав попадання забруднених стоків у Байкалі, а на даний момент БЦПК нарешті закрито.
Відомо, що п'ята частина чистої прісної води Землі знаходиться у чаші озера Байкал. Вартість її води визначена фахівцями Лімнологічного інституту РАН 23 1015 трлн. доларів, тобто кожен літр оцінено в один долар. Згодом, зважаючи на зростання дефіциту питної води, вода Байкалу лише дорожчатиме.
Байкал створювався мільйони років, а проект розрахований на 2000 років. Але які наслідки очікують на нас вже незабаром? Що створено природою, треба дбайливо зберігати та правильно експлуатувати.
Заходи щодо розширення інформативності на тему «Вода для життя»
У грудні 2003 року Генеральна Асамблея Організації Об'єднаних Націй оголосила 2005-2015 роки Міжнародним десятиліттям дій «Вода для життя» (Десятиліття).
Основним завданням Десятиліття «Вода для життя» є заохочення зусиль для виконання прийнятих на міжнародному рівні зобов'язань з питань води та водопостачання до 2015 року. Усі ці зобов'язання включено до Декларації тисячоліття.
Десятиліття «Вода для життя» було урочисто відкрито 22 березня 2005 року у Всесвітній день водних ресурсів Генеральним секретарем Організації Об'єднаних Націй Кофі Аннаном, який виступив із відеозверненням. Зокрема, він сказав: «Це - важливе питання як для людського розвитку, так і для людської гідності. Давайте ж цього Всесвітнього дня водних ресурсів візьмемо на себе зобов'язання зробити більше для того, щоб забезпечити людей у всьому світі безпечною та чистою водою. Давайте ще раз підтвердимо своє зобов'язання раціональніше використовувати світові водні ресурси, які є основою для виживання та сталого розвитку у ХХІ столітті».
Основною метою Міжнародного десятиліття дій «Вода для життя», 2005-2015 роки, було скоротити до 2015 року наполовину частку людей, які не мають доступу до безпечної питної води та базової санітарії.
Основні напрямки діяльності:
1. Дефіцит води, санітарія та медичне обслуговування
Сьогодні 1,1 мільярда людей, або 18% населення світу, не мають доступу до доброякісної питної води. Близько 2,6 мільярда людей, або 42% світового населення, не мають доступу до базових засобів санітарії.
Хоча вода займає 70% поверхні планети, лише 1% всіх водних ресурсів Землі придатний споживання людиною (рис. 7).
Рис. 7. Запаси води на планеті
За прогнозами, до 2025 року дві третини населення світу, або приблизно 5,5 мільярда людей, житимуть у районах, які зазнають нестачі води від помірного до серйозного ступеня.
2. Інший напрямок – фінансування, вартісна оцінка.
Вода має ціну. Забезпечення людей у всьому світі водою та санітарією – це грандіозне завдання, для вирішення якого потрібні гроші. Розробка схем ціноутворення на воду, що забезпечують облік соціальних, технічних, економічних та екологічних складових, є нелегким завданням.
3. Право на воду. Без води неможливе життя людини. Водночас сьогодні весь світ стоїть на порозі надзвичайної ситуації щодо використання та надання прісної води. На міжнародній арені обговорюють питання про визнання права на питну воду як один із прав людини. Крім того, право на воду є одним з основних прав людини і необхідним для здійснення всіх інших загальнолюдських прав.
Координатором Десятиліття «Вода для життя» 2005-2015 роки є Механізм «ООН – водні ресурси», в рамках якого взаємодіють усі установи, департаменти та програми, що займаються питаннями водопостачання. Нині головою Механізму «ООН – водні ресурси» є Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ).
У ході діяльності Десятиліття «Вода для життя» було запрошено брати участь усі організації та люди з усіх країн світу. Кожна країна на національному рівні розробляла свій індивідуальний підхід до організації заходів протягом десятиліття. Більшість країн призначали координатора, якому мають надсилатися всі запити на національному рівні. Рекомендувалося проводити будь-які заходи, націлені на розширення поінформованості громадськості з питань, пов'язаних із темою «Вода для життя», включаючи конференції, семінари, виставки та інші громадські заходи.
Координатором Десятиліття у Росії є Федеральне агентство водних ресурсів (Росводресурси).
Основними функціями Федерального агентства водних ресурсів є:
а) забезпечення в межах своєї компетенції заходів щодо раціонального використання, відновлення та охорони водних об'єктів, попередження та ліквідації шкідливого впливу вод;
б) надання права користування водними об'єктами, що у федеральної власності та інші.
У Росії Міжнародний день води відзначається з 1995 року під девізом «Вода - це життя». Всесвітній День води покликаний привернути увагу громадськості до стану водних об'єктів та проблем, пов'язаних із їх відновленням та охороною; замислитися про роль води у житті кожної людини Землі; про необхідність збереження та раціонального використання водних ресурсів.
Агенство Росводресурси проводило широкомасштабні заходи, присвячені цій події, використовуючи їх для привернення уваги органів влади всіх рівнів та місцевого самоврядування, громадських організацій та населення.
Кафедра фізики ІРНІТУ спільно з РАЄ протягом усього десятиліття проводила широкий фронт робіт із цієї проблеми.
Так, у 2006 році в Іркутську відбулася виїзна сесія РАЄ, у якому взяли участь вчені Іркутська. У березні 2008 року Іркутське відділення Російської Академії Природознавства спільно з кафедрою фізики Іркутського національно-дослідницького технічного університету провели міжгалузеву регіональну конференцію: «Вода – проста і незбагненна». Цей захід зібрав понад 200 учасників. Це вчені та науковці шести Іркутських освітніх закладів системи вищої освіти. Учасниками конференції стали вчені Ангарського науково-дослідного інституту медицини праці та екології людини ВСНЦ СО РАМН, Іркутського військового авіаційного технічного училища. З доповідями виступили представники великих виробничих підприємств – ІркутськЕнерго, ЗАТ «Золотопродукт» та інші. Об'єднуючим моментом для дискусії представників різних галузей та відомств, науковців, педагогів, виробничників, медиків, екологів стала найгостріша тема води. Цей захід викликав живий і величезний інтерес у студентської аудиторії.
Щорічно проходили у форматі живого діалогу з широкою участю вчених, викладачів, студентів та школярів конференції, круглі столи, фестивалі науки з тем, пов'язаних з різними аспектами застосування та використання води, сучасними технологіями економіки, зберігання та очищення води, про значущість та різноманітність водних ресурсів та необхідності дбайливого ставлення до них. Директор інституту архітектури та будівництва ІрНІТУ Чопін В.Р. відзначив: «Важливість конференцій полягає в тому, що вони мають природничо та орієнтовану спрямованість, і тим самим сприяють залученню молодих кадрів до наукових досліджень».
На таких щорічних конференціях багато уваги було приділено екологічному стану водних об'єктів Росії, якості та санітарно-гігієнічним характеристикам питної води, проблемам опріснення, ролі води у життєзабезпеченні біологічних систем, води у живих організмах та мінералах. Особлива увага приділялася проблемам збереження чистоти Байкалу. Але, на жаль, на великому озері не все гаразд.
Примітно, що вченими виступили студенти з повідомленнями на тему «Байкал - природна спадщина Сибіру». Вони дали природну характеристику унікальному озеру Байкал - сховищу прісної води, що відрізняється чудовими смаковими якостями. Вони зазначили, що ціна цієї води є достатньо великою. Байкальська вода вийшла на масовий ринок, продається в Москві та інших великих містах за ціною, що в два з половиною рази перевищує ціну бензину АІ-95.
Однією з головних екологічних проблем людства є якість питної води, яка безпосередньо пов'язана зі станом здоров'я населення, екологічною чистотою продуктів харчування, з вирішенням проблем медичного та соціального характеру. Кількість питної води за 150 років на одну особу зменшилася в 4 рази. За останні 40 років загальна кількість прісної води на кожного мешканця зменшилася на 60%, а в наступні 25 років очікується скорочення ще вдвічі. «А ми знищуємо наші запаси прісної питної води. Озеро Байкал у небезпеці – заступіться та допоможіть йому» – просять студенти.
До участі в таких заходах залучаються іноземні студенти та аспіранти, які навчаються в ІРНІТУ. Вони розповідають про проблеми води у своїх країнах, а також охоче опікуються темою «Екологічні проблеми озера Байкал».
За матеріалами конференцій та круглих столів було випущено інформаційні плакати, збірники статей. За минулий період кафедрою опубліковано на цю тему 3 монографії, випущено понад 50 студентських статей.
В ІРНІТУ є багато спеціальностей, пов'язаних із водою. Співробітники, аспіранти, студенти проводять великі дослідження з цієї тематики. Нижче ми наводимо матеріали щодо напрямків дослідження води в ІРНІТУ, які представлені в роботах
Іркутська область є найбагатшим регіоном Російської Федерації та всього світу за змістом водних ресурсів. На її території щорічно формується 175-180 км3 води, надходить з-за меж області 135-140 км3, межі області стікає понад 310 км3.
Незважаючи на таку забезпеченість області водними ресурсами, гостро постає проблема забезпечення населення доброякісною питною водою. Причин цієї проблеми багато: високий рівень зносу мереж водопостачання та водовідведення; відсутність нових очисних споруд із застосуванням сучасних технологій очищення води; мала кількість зливових каналізацій; наявність бездіючих свердловин, раніше пробурених для цілей водопостачання; марнотратність та нераціональність споживання води.
На сьогоднішній день 55,1% мереж водопостачання зношені (390 кілометрів із 708), через що відбувається до 500 аварій на рік.
Скидання стічних вод у водні об'єкти Іркутської області здійснюють 154 підприємства-водокористувача з 218 випусків, у тому числі: в р. Ангару від 101 підприємства з 145 випусків обсягом 1030 млн м3, їх 861 млн м3 забруднених стічних вод; у басейн озера Байкал від 4 підприємств за 4 випусками обсягом 36 млн м3.
Основним джерелом забруднення поверхневих вод Іркутської області були підприємства целюлозно-паперової промисловості (27%), хімічної та нафтохімічної промисловості (23%), житлово-комунального господарства (24%). Водовідведення за перерахованими вище галузями становить 74% від загального.
Важливу роль грають зливові каналізації - одні з основних форм благоустрою сучасного міста. Від ефективної роботи зливової каналізації залежить і довговічність дорожнього полотна, і комфортність міської території та її санітарний стан.
Необхідно ліквідувати безгосподарні свердловини, які є прямим джерелом забруднення господарсько цінних підземних вод, або переводити їх у крановий режим. У квартирах необхідно встановлювати лічильники для контролю за кількістю води, щоб скоротити її кількість, що використовується не за призначенням.
За словами міністра будівництва та житлово-комунального господарства Російської Федерації Михайла Олександровича Меня: "Вода єдина сфера в ЖКГ, де відсутня можливість передачі в заставу об'єктів інфраструктури або акцій, хоча в теплі та електриці це дозволено".
Російська асоціація водопостачання та водовідведення (РАВВ) на круглому столі газети «Ведомости» на тему реформування системи ЖКГ заявила: «Законодавчо сьогодні сфера ВКГ може розвиватися лише за концесійною моделлю, яка передбачає активну участь приватного капіталу, але бізнес, як і раніше, стикається з низкою інституцій. проблем у галузі, які досі не вирішені».
Незважаючи на створювані комфортні умови для бізнесу, інвестори, що приходять у водопровідно-каналізаційний комплекс, змушені зважати на цілий комплекс системних проблем:
Вода має найменший річний виторг: водопостачання та водовідведення - 348 мільярдів, тепло - 900 мільярдів, електроенергія - понад 1 трильйон.
У воді негативна фондовіддача: на 1 вкладений карбованець дохід становить 44 копійки.
Економічно необґрунтований тариф на водопостачання та водовідведення. Внаслідок спочатку низької вартості послуг (економічно необґрунтованого тарифу) на водопостачання та водовідведення, перехід на довгострокове тарифне регулювання не призведе до покращення ситуації, а лише продовжить подальше накопичення випадаючих доходів на підприємствах.
Для залучення приватних інвестицій у галузь необхідно не тільки створення комфортної для бізнесу правової бази, але, перш за все, вирішення інституційних проблем, що накопичилися у сфері водопостачання та водовідведення, які вимагають пильної уваги з боку держави. Особливо це позначається на галузі освіти у сфері підготовки кадрів вищої освіти.
Міністерство праці та соціального захисту Російської Федерації, Міністерство будівництва та ЖКГ Російської Федерації, Національна рада при Президентові Російської Федерації з професійних кваліфікацій та Російська асоціація водопостачання та водовідведення розробляють професійні стандарти для водопровідно-каналізаційного комплексу.
Професійні стандарти описують вимоги до працівників, які виконують певні трудові функції, будучи основою формування Національної системи кваліфікацій. У професійному стандарті кожна трудова функція описується з погляду критеріїв її виконання (необхідних знань, умінь та додаткових вимог до рівня самостійності та відповідальності), що є основою віднесення трудової функції до певного рівня кваліфікації. Такий формат опису містить у собі цілу низку системних посилів для проектування освітніх програм:
Опис трудових функцій через параметри трудових процесів. При цьому кожна дія, по суті, є результатом навчання та елементом цілісної компетенції, яка корелюється з трудовою функцією (завдяки цьому трудові функції стають опорними точками або критеріями, які можуть бути використані для проектування процедур оцінки);
Опис умінь у трудових функціях також несе додаткову змістовну та методичну інформацію;
Аналіз вимог до знань дозволяє уточнити предметний зміст освітніх програм та дисциплін;
Введення додаткових параметрів важливо для врахування особливостей професійної діяльності.
Якісний прорив у сфері інженерної інфраструктури з водопостачання та водовідведення можливий лише за умови забезпечення виробничих підприємств висококваліфікованими кадрами, що володіють відповідними компетенціями та практичними навичками у вирішенні складних та динамічних завдань сучасного будівельного виробництва.
У Сибірському федеральному окрузі та Іркутській області зокрема існує багато будівельних підприємств, що становлять основу промислового розвитку регіону. Одним з таких підприємств є Муніципальне унітарне підприємство «Водоканал» м. Іркутська, яке входить до числа найбільш сучасних підприємств Іркутська, що динамічно розвиваються. Сьогодні водогін в Іркутську одна з найскладніших інженерних споруд. Це, перш за все, Єршівський водозабір, ще один водозабір, який знаходиться в тілі греблі Іркутської ГЕС, і понад 700 кілометрів мереж.
В даний час МУП "Водоканал" м. Іркутська завершило модернізацію системи телеметричного контролю над роботою своїх об'єктів. Проект дозволить підприємству швидше реагувати на позаштатні ситуації та скоротити час на усунення порушень. У 2013 р. запущено станції знезараження води на основі мембранних біполярних електролізерів. Також у МУП "Водоканал" м. Іркутська запустили нове обладнання для диспетчерської служби. Нова система дозволяє автоматично відстежувати технологічні параметри та стан обладнання на водопровідних та каналізаційних насосних станціях, водозаборах, розподільних вузлах та регулювати їхню роботу для оптимального водопостачання та водовідведення.
Підприємство бере участь у розвитку матеріально-технічної бази Університету за профілем діяльності Підприємства. Організовує проходження виробничої практики студентів на Підприємстві з наданням робочих місць, забезпечуючи умови безпечної роботи, інструктаж з охорони праці та розслідування нещасних випадків відповідно до законодавства РФ. Надає студентам можливість користуватися обладнанням та технічною документацією підприємства, необхідні для успішного освоєння програм навчання. Надає додаткове обладнання для практичних та лабораторних занять.
На тлі зростаючих виробничих завдань на Підприємстві гостро відчувається дефіцит у висококваліфікованих кадрах з будівельних напрямків підготовки у сфері водопостачання та водовідведення, у сфері теплопостачання. Крім того, існує постійна потреба у підвищенні кваліфікації кадрового складу підприємства, яка має здійснюватися в освітніх установах, які мають як високий науково-педагогічний потенціал, так і значний виробничий досвід. Також велике значення має матеріально-технічне оснащення навчального процесу. Створення такого освітнього підрозділу можливе при об'єднанні кадрових та матеріально-технічних можливостей МУП «Водоканал» та ІРНІТУ. МУП «Водоканал» та ІРНІТУ мають досвід багаторічної ефективної співпраці у справі підготовки висококваліфікованих кадрів та при виконанні багатьох науково-технічних та дослідно-конструкторських розробок.
З метою подальшої плідної співпраці ІРНІТУ та Водоканалу у 2014 році було створено базову кафедру ІРНІТУ «Водопостачання та водовідведення» на базі МУП «Водоканал» міста Іркутська. Основним напрямом діяльності базової кафедри є посилення практичної спрямованості освітнього процесу за рахунок залучення до викладання висококваліфікованих фахівців МУП «Водоканал», використання у процесі навчання студентів сучасного дорогого обладнання, розвиток науково-дослідної роботи студентів за напрямом діяльності базової кафедри, орієнтованої на вирішення актуальних завдань МУП "Водоканал" міста Іркутська. Для МУП Водоканалу студенти розробляли такі проекти: «Технологія очищення стічних вод на Правобережних каналізаційних очисних спорудах міста Іркутська» та «Визначення неврахованих втрат у мережі каналізації міста Іркутська на прикладі Ленінського району».
В інституті архітектури та будівництва, а також в інституті енергетики Іркутського національного дослідницького технічного університету проводяться дослідження щодо застосування, використання та вивчення найголовнішої речовини на планеті – води.
Дані роботи здійснюються на кафедрах інженерних комунікацій та систем життєзабезпечення (Толстой М.Ю.), міського будівництва та господарства (Чупин В.Р.), фізики (Шишелова Т.І.).
Дослідження проводяться студентами, магістрантами та аспірантами під керівництвом провідних викладачів кафедр.
На кафедрі інженерних комунікацій та систем життєзабезпечення створено унікальну лабораторію «Якість води». Лабораторія акредитована в системі РОСАКРЕДИТАЦІЯ.
Наприклад, деякі теми дипломних, магістерських та аспірантських робіт.
«Дослідження аераційних систем очищення стічних вод із застосуванням вібраційних впливів».
Темою дипломної роботи є дослідження аераційних систем очищення стічних вод із застосуванням вібраційних впливів.
Актуальність роботи. Очищення стічних вод - одне з найважливіших завдань, від вирішення якого залежить наше благополуччя. Від якісної роботи очисних споруд залежить екологічне благополуччя довкілля і як її невід'ємної частини. Тим часом моральне та фізичне зношування споруд очищення стічних вод більшості населених пунктів змушує шукати нові шляхи вирішення інтенсифікації роботи міських каналізаційних станцій.
В умовах постійного зростання міст стає все гострішою проблема інтенсифікації очищення стічних вод. Це з тим, що зростання обсягів стоків тягне у себе необхідність збільшення площ, займаних очисними спорудами, що завжди можливо. Тому необхідно модернізувати те, що вже є, з використанням сучасних матеріалів, технологій та механізмів.
Одним із напрямків, який потребує поліпшення, є підвищення ефективності процесу аерації стічних вод при одночасному зниженні енерговитрат на його здійснення. Крім того, необхідно прагнути до того, щоб надійність змонтованої системи була високою, тому аеруючі пристрої повинні бути практично не засмічені або легко очищаються.
У процесі біологічного очищення стічних вод використовуються колонії аеробних мікроорганізмів, які переробляють органічні речовини, що містяться в стоках. Ці мікроорганізми потребують кисню підтримки своєї життєдіяльності. Однак надходження кисню з атмосфери через поверхню рідини мізерне, тому в усьому обсязі води, що очищається, виникає «кисневе голодування» і мікробіальне середовище може загинути.
Таким чином, основним принципом біологічної очистки стічних вод є насичення їх киснем за допомогою генерування рідини бульбашок повітря.
Для флотаційного очищення стічних вод можливе застосування інтенсифікуючих технологій, що полягають у властивостях бульбашок повітря притягувати завислі речовини за наявності резонансного ефекту від вібраційних впливів у рідині.
Дипломна робота «Дослідження пневмогідравлічного аератора для очищення стічних вод».
Сучасні ідеї щодо інтенсифікації процесу обробки на міських очисних спорудах. Різноманітність способів аерації рідини та пристроїв для їх здійснення вимагає створення більш досконалих пристроїв, необхідних для різних галузей промисловості, таких як збагачення корисних копалин, очищення стічних вод, біотехнології, харчова промисловість та інші.
З усіх відомих способів аерації рідини найбільш перспективним є газорідинний. Він дозволяє не тільки генерувати бульбашки повітря, але й управляти необхідними параметрами аерації, а саме: розмірами бульбашок, що утворюються, їх розподілом в обсязі, гідродинамікою потоків в камері апарату, витратою реагентів і т.д.
Виявлення закономірностей, що піддаються теоретичному опису, що визначають співвідношення фаз газу і рідини в газорідинних аераторах, поняття процесу формування розмірів газової фази, гідродинамічний розрахунок факела аерованого струменя і створення на цій основі керованої динаміки флотаційного апарату було б серйозною основою надалі. генерація бульбашок, щодо однакових розмірів із заданими параметрами співвідношення фаз та далекобійністю факела можлива тільки газорідинними аераторами.
Інститут тісно співпрацює з підприємствами, що займаються проектуванням водних систем – проектні інститути, дослідженнями водних ресурсів – ІНЦ СО РАН, що експлуатують організації – водоканали.
Вода у мінералах
Багато мінералів схильні до води. Завжди містять зв'язану воду глини. Завдяки їй вони набувають пластичності, податливості, гнучкості. Пов'язана вода впливає на міцність та стійкість до деформацій мінералу. Наявність пов'язаної води в кристалічній решітці мінералу знижує його еластичність, викликає зниження його поверхневої енергії. Вода грає велику роль у формуванні властивостей різних гірських порід та у розвитку багатьох геологічних процесів.
Розглянемо воду в мінералах, пов'язану воду, яка меншою мірою схильна до нашого впливу, але від якої залежать багато властивостей мінералів і виробів з них. Вода у цих мінералах перебуває у своєму первозданному вигляді. Загалом її не так і мало. Як вона впливає на мінерал, видозмінюючи його? Вода грає велику роль як сполучна ланка у всіх процесах в навколишньому світі. Це стосується також мінералів. І чим глибше і тонше ми вивчаємо світ, тим більше переконуємось у винятковій ролі води, особливо на нанорівні. У нанотехнологіях воді відводиться виняткова роль, багато завдань нанотехнології можна виконати за допомогою простої непізнаної води.
Питання вивчення пов'язаної води в мінералах, незважаючи на проведені великі дослідження, повністю не вирішено, і проведені дослідження в цьому напрямку актуальні. Це стосується і шаруватих силікатів, зокрема слюд. Велику увагу приділено вивченню пов'язаної води у природних слюдах. Знаючи кількість та вид різних угруповань OnHm у слюдах, можна заздалегідь передбачити їх фізико-хімічні властивості. Впливаючи на воду, можна змінювати властивості мінералу. Крім того, цікаве питання про міжплощинну воду. Під впливом поля поверхні мінералу вода сильно видозмінює свої властивості.
Велика різноманітність термінів визначення води в мінералах вносить велику плутанину, і часом складно визначити, з якою водою маємо справу. Вода в мінералах буває: конституційна, кристалізаційна, вода твердих колоїдів, міжплощинна, міжшарова, гігроскопічна, фізично пов'язана, хімічно пов'язана, цеолітна та адсорбційна. Тому потрібна більш строга класифікація води та сучасніший метод її віднесення.
Багато методів визначення води в мінералах складні і недосконалі, тому що вони переважно ґрунтуються на втратах маси та температури, які можуть включати всі види різновиду води. І температура не є кінцевим фактором, тому що інтервали температур для різних видів води можуть сильно перекриватися. Найбільш надійними методами є метод ЯМР та метод ІЧ-спектроскопії, які дозволяють класифікувати її за енергією зв'язку з мінералом.
Методом ІЧ-спектроскопії, рентгено-структурного аналізу та термографії проведено дослідження властивостей зв'язаної води у слюдах, встановлено наявність у структурі різних форм води. Найбільш повно в ІЧ-спектрах вивчені області валентних та деформаційних коливань OnHm-зв'язків. Кількість смуг, а також співвідношення між їх інтенсивностями залежать від ступеня гідратації слюд.
Незважаючи на велику кількість робіт, опублікованих з цієї проблеми, час показує, що все нові і нові властивості ми відкриваємо у цього простого на перший погляд речовини. Постійно стикаючись з різними речовинами, вода завжди представляє розчин часом дуже складного складу, оскільки є універсальним розчинником і розчиняє тверді, рідкі, газоподібні речовини. Також відбувається і з мінералами, вони, у свою чергу, теж надають свій істотний вплив на воду. Змінюють її структуру, перетворюючи її з рідкої фази на тверду, утворюючи суцільні структури - конгломерати. Під дією полів кристала вона перетворюється і стає пов'язаною, інакше вона «підпорядковується» мінералам, а він залишається таким, доки вона його не покидає. Але, втративши цю вільну воду, він перестає бути таким і перетворюється на інший мінерал, тобто це ще раз підтверджує, що вода - це вершина буття. Без неї в земних умовах не живе жива та нежива матерія.
Висновок
Існує ще кілька важливих та гострих проблем. Для їх вирішення потрібна певна стратегія. Так, за оцінками експертів ООН, проблема чистої води є найгострішою проблемою у світі. Понад 3 мільярди людей у світі страждають від нестачі води. У цьому плані можна сформулювати проблему збереження водних ресурсів та дбайливого ставлення до них. І звичайно, тут не можна не зупинити увагу на воді Байкалу. Це теж важлива, гостра та наболіла проблема. Озеро Байкал містить 23,6 тис. куб. км прісної води, що становить 20% світових запасів прісної води. Слід зазначити, що за останні 150 років кількість питної води на одну людину зменшилася в 4 рази. За останні 40 років загальна кількість прісної води на кожного мешканця зменшилася на 60%, а за наступні 25 років має скоротитися ще вдвічі.
Унікальне озеро Байкал - сховище прісної води, що відрізняється прекрасними питними якостями, слабко мінералізоване та близьке до дистильованої. Байкальська вода вийшла на масовий ринок і продається в Москві та інших великих містах за ціною в два з половиною рази перевищує ціну бензину АІ-95. Але, на жаль, на великому озері далеко не все гаразд. Забруднення від Байкальського ЦПК охопило площу 299 км2 дна озера, а окремими каньйонами воно поширилося на 50 км від берега. За 22 роки діяльності БЦПК у 2 рази зменшилася біомаса зоопланктону, знизилися темпи зростання та погіршилися фізіологічні характеристики байкальських риб. За даними природоохоронних організацій щодня БЦПК скидав у води Байкалу 120 м3 стічних вод. Перелік забруднюючих речовин включав понад 25 найменувань (хлорорганічних, нітратів, фосфатів, фенолів, сульфатів, похідних лігніну та ін.). Наразі БЦБК зупинено.
Інша і не менш важлива фундаментальна проблема води – це проблема очищення та опріснення води. Вирішення цієї проблеми також сприятиме збереженню світового балансу споживання води. Постачання населення якісною питною водою - не менш важлива проблема, оскільки це стосується здоров'я людей.
Вода - найважливіша і найважливіша речовина навколишнього світу. Роль води, безсумнівно, велика, вона впливає всі оточуючі процеси, передусім людини, а замінити чи видозмінити їх у цьому плані ми можемо, оскільки вона творець життя, ми маємо остаточно її пізнати, щоб правильно її використовувати, а головне зберегти та берегти її. Видозмінивши її, ми цим порушимо баланс, і що найголовніше втратимо життя. Треба завжди пам'ятати, що вода і життя – нероздільні.
Ще зовсім недавно багато хто скептично ставився до питань структури води. Сьогодні вже майже всі згодні з тим, що вода має структуру. Тому однією із проблем води є проблема вивчення структури води.
Нині немає прямих методів, дозволяють досліджувати структуру води, а відомі фізичні методи недостатні, щоб розшифрувати цю структуру, але все удосконалюється, і методи теж. Цілком можливо, що найближчим часом сформується метод дослідження, який допоможе вирішити цю проблему.
Саме структурні дослідження води можуть дозволити розкрити таємниці води. Так ми знаємо склад води, угруповання води, але ми мало знаємо про властивості пов'язаної води, тому що в цьому випадку вона завжди різна, по-різному вона зв'язується з об'єктами, з якими вона стикається. Розмаїття навколишнього світу визначається різноманітністю структури води.
За словами А.В. Квашніна «Вивчення структури води забезпечить новий науковий прорив у фундаментальному природознавстві». Це, мабуть, найважливіша проблема та перспективний напрямок у науці про воду.
В ІРГТУ спільно з Російською академією природознавства щорічно відбувається регіональна конференція «Вода та життя». У форматі живого діалогу на цих конференціях, з широкою участю вчених, студентів, школярів обговорюються основні властивості та парадокси води, сучасні технології економії, зберігання та очищення води, питання структури води, значущість та різноманітність водних ресурсів Іркутського регіону та необхідність дбайливого ставлення до них. Багато уваги приділяється екологічному стану водних об'єктів Росії, якості та санітарним гігієнічним характеристикам питної води, проблемам опріснення, ролі води у життєзабезпеченні біологічних систем, води у живих організмах та мінералах.
Вивченню властивостей води присвячені тисячі робіт як теоретиків, так і експериментаторів. Але вони розрізнені, не скоординовані. Проблема води - винятково важлива фундаментальна проблема ХХІ століття, яка має вирішуватись широким колом фахівців. «Усі дослідження щодо води повинні координуватися з одного центру, і такого центру на сьогодні немає». «Відставання у вивченні фундаментальних проблем води гальмує розвиток усіх природничих наук, наука має обернутися обличчям до води» .
Бібліографічне посилання
Шишелова Т.І., Толстой М.Ю. СУЧАСНИЙ СТАН НАУКИ ПРО ВОДУ. ПРОБЛЕМИ І ПЕРСПЕКТИВИ// Науковий огляд. Реферативний журнал - 2016. - № 4. - С. 61-80;URL: http://abstract.science-review.ru/ru/article/view?id=1799 (дата звернення: 19.02.2020). Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»
Кандидат хімічних наук І. МЕЛЬНІКОВ, керівник сектору прикладної екології води; О. РОЩІНА, Н. БОРОДІНА (співробітники ЗАТ "МЕТТЕМ-Технології").
Фільтр-глечик БАР'ЄР Гранд Нео.
Фільтр-глечик БАР'ЄР ЕСО.
Змінні касети БАР'ЄР чотирьох типів.
Зворотноосмотичний водоочисник БАР'ЄР К-OSMOS.
Фільтр для душу БАР'ЄР Комфорт.
В останні роки людство особливо стурбоване глобальними проблемами. Одна з найважливіших у тому числі, звісно, проблема питної води. І це невипадково. Всі ми чудово пам'ятаємо зі шкільної лави, що без води немає життя, адже наше тіло на 70% складається із води. Ще в 1962 році президент США Джон Кеннеді сказав: "Забудьте про нафту - думайте про воду". Дійсно, сьогодні футурологи в один голос стверджують, що водний дефіцит може настати набагато раніше, ніж закінчаться запаси природного палива.
Незважаючи на те, що загальна кількість води на Землі становить близько 1400 млн км3, 97,5% з них припадають на солону воду Світового океану. 2,5% прісних вод, що залишилися, розподіляються між водою у вигляді вічних снігів і льодів, підземними і поверхневими водами. Причому придатними для безпосереднього використання залишаються лише 9000 км3 води, які продовжують повсюдно забруднюватися і поступово стають непридатними. Так, запаси прісної води щодня зменшуються, тоді як чисельність населення та споживання води постійно зростають. Згідно з прогнозами ООН, до 2030 року населення нашої планети зросте з 6 до 8,5 млрд. людей. За публікаціями Департаменту громадської інформації ООН за вересень 2005 року, зараз для виробництва денного раціону однієї людини потрібно близько 3000 літрів води, тобто приблизно тисячу разів більше, ніж добова потреба людини в чистій воді для пиття.
У численних дослідженнях міжнародних організацій йдеться про кризове становище, в якому вже сьогодні опинилися багато регіонів світу. За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, 1,4 млрд людей у світі не мають доступу до безпечної питної води - це понад 1/3 всього людства. 2,2 млн людей щорічно помирають від хвороб, пов'язаних із нестачею води, а 250 млн страждають від таких хвороб.
Незважаючи на те, що в Росії проблема нестачі води менш ймовірна, ніж в інших країнах (у нашій країні зосереджено більше 1/5 всіх світових запасів прісної води), виникають складнощі з її якістю. За даними наглядових органів, у Росії, залежно від регіону, від 35 до 60% питної води не задовольняють санітарні норми. Не відповідає нормам стан близько 40% поверхневих та 17% підземних джерел питного водопостачання. Причини цього передусім у зношеності систем водопостачання, недосконалості технологій водопідготовки, а також у погіршенні якості води в об'єктах, які є джерелами води питного призначення. З наведених фактів можна дійти невтішного висновку у тому, що забезпечення населення водою належної якості залишається однією з найважливіших державних проблем.
У більшості міст Росії для знезараження питної води досі застосовують "класичну" технологію, тобто хлорування. Однак цей метод поряд з безперечними перевагами, наприклад такими, як знищення збудників тифу, дизентерії, холери і чуми, є і серйозні недоліки. При взаємодії хлору з органічними речовинами, що містяться в оброблюваній воді, існує ризик утворення цілої гами канцерогенних і токсичних сполук (наприклад, чотирихлористого вуглецю, хлороформу) і навіть за певних умов небезпечних отрут - діоксинів. Серйозність цієї проблеми підтверджує те, що зараз через вихідне діоксинове забруднення водойм у Росії щороку гинуть 20 тис. осіб (за даними Б. Тангієва, журнал «Громадянин і право», 2006 № 7). Крім того, розчинений у воді хлор, потрапляючи в шлунок, знищує поряд з патогенною та здорову мікрофлору, що призводить до дисбактеріозу.
Було б неправильно вважати, що достатньо очищати лише питну воду, щоб надійно захистити себе від шкідливого впливу хлору. Існують дані, що свідчать про те, що велика кількість хлору надходить в організм людини через легені та шкірний покрив.
Доктор Герберт Шварц із Камберлендського коледжу взагалі вважає, що хлор настільки небезпечний, що його слід заборонити. «Додавання хлору у воду рівносильне запуску бомби з годинниковим механізмом у наш організм. Рак, проблеми з серцем, розумове та фізичне передчасне старіння – такі наслідки хлорування води. Хлор змушує організм зношуватися раніше, викликаючи такі типово старечі симптоми, як затвердіння артерій», - зазначає він в інтерв'ю агентству Reuters.
Крім хлору та хлорорганічних сполук у питній воді можуть бути й інші шкідливі для здоров'я домішки, до яких у нашій країні насамперед варто віднести іони неорганічного заліза. Причиною перевищення гранично допустимої концентрації (ГДК) по залізу у водопровідній воді, як правило, є застарілі та застарілі системи водопостачання. У такій воді надлишкове залізо присутнє в ступені окислення +3, внаслідок чого вода набуває бурого відтінку. Але навіть якщо вода артезіанська і абсолютно прозора на вигляд, вона може містити іони Fe 2+ . Їхня наявність у воді визначається лише після відстоювання, коли вони окислюються до Fe 3+ і на дні ємності утворюється червоно-бурий осад гідрооксиду заліза (III). З'єднання тривалентного заліза утворюють колоїдне залізо, яке міститься у воді у вигляді нерозчинних частинок FeO(OH). Вони утворюють суспензії і не осідають, постійно перебуваючи у зваженому стані. Тому вода з колоїдним залізом набуває жовто-бурого кольору. Крім того, вода багата іонами Fe 2+ служить довкіллям феробактерій. Ці мікроорганізми «живляться» двовалентним залізом, перетворюючи його на тривалентне, сполуки якого утворюють навколо колонії бактерій желеподібну оболонку.
Розчинене неорганічне залізо токсично впливає на організм в цілому і може призвести до порушення функції печінки. Отруєння надлишком заліза займає шосте серед найчастіших причин отруєння в дітей віком до п'яти років. Як зазначає головний санітарний лікар РФ Г. Г. Онищенко (Постанова № 5 від 11.07.2000 «Про корекцію якості питної води за вмістом біогенних елементів»), підвищений вміст у воді заліза сприяє розвитку алергічних реакцій та хвороб крові.
Вкрай важливою є також проблема жорсткості води. «Солі жорсткості», тобто солі кальцію та магнію, у певній кількості присутні у воді завжди, і, більше того, вони необхідні нашому організму для нормальної роботи. Але якщо «солей твердості» у воді дуже багато, вони можуть зашкодити здоров'ю. «Підвищена жорсткість збільшує ризик розвитку сечокам'яної хвороби, призводить до порушення стану водно-сольового обміну, раннього звапніння кісток, уповільнення зростання скелета у дітей», - наголошується у вже згаданій Постанові.
Багато хто заспокоює себе тим, що достатньо прокип'ятити воду, щоб зробити її безпечною для організму. Проте це зовсім так. Кип'ятіння води вбиває хвороботворні мікроби, але не вирішує всієї проблеми очищення води. При кип'ятінні існує ймовірність того, що вільний хлор, що залишився після хлорування, вступить у взаємодію з органічними сполуками, що містяться у воді, з утворенням високотоксичних, малолетючих речовин. І що довше кипить вода, то більше концентрація цих забруднювачів. Крім того, потрібно врахувати, що більшість неорганічних сполук, що містяться у воді, в процесі кип'ятіння не розкладаються.
На сьогоднішній день турбота про очищення води значною мірою лягає на плечі споживачів. Для тих, хто дбає про власне здоров'я, чиста вода для щоденного вживання вже давно стала нагальною проблемою. Багато компаній пропонують фільтри для води, які видаляють більшість шкідливих домішок та допомагають зберегти наше здоров'я. В основному це фільтри, що містять активоване кокосове вугілля. Вони проводять базове очищення води від активного хлору, органічних та хлорорганічних забруднень. З їх допомогою усуваються неприємні запахи та присмаки. Однак сьогодні існують фільтри, призначені для того, щоб знімати й інші проблеми питної води. Наприклад, фільтри торгової марки БАР'ЄР пропонують чотири типи змінних касет, які, крім очищення води від основних забруднювачів, видаляють надлишок неорганічного заліза, знижують жорсткість або, якщо це необхідно, фторують воду до гігієнічних нормативів.
Важливо пам'ятати, що вугільні фільтри-глечики не очищають воду від мікробів та вірусів. Вони призначені тільки для водопровідної води централізованого водопостачання, що попередньо пройшла стадію знезараження. Тому, наприклад, на дачі краще встановити зворотноосмотичну систему очищення, в якій вода проходить через полімерну пористу мембрану. Розміри пір в мембранах, які застосовуються для зворотного осмосу, такі, що не дозволяють мікроорганізмам проникати в очищену воду. Такі фільтри крім того, що видаляють з води мікроби, на 100% вирішують проблему жорсткості.
З'єднання хлору можуть потрапити в організм не лише з питною водою, але й через пори шкіри та легкі під час водних процедур. Донедавна на вітчизняному ринку не було доступних та ефективних водоочисників для душу. Сьогодні з'явилася новинка – фільтр для душу БАР'ЄР Комфорт. У ньому використано високоефективний реагент, що повністю видаляє з води активний хлор. Фільтр компактний і дуже простий у встановленні.
Сьогодні процедура доочищення води перед вживанням стає не розкішшю, а необхідним елементом повсякденного життя. І ставитись до цього треба відповідально, оскільки від якості води багато в чому залежать здоров'я та якість життя людини.
1«Вода є стратегічним продуктом, - так відгукнувся про воду повноважний представник Президента РФ А.В. Квакшин - і, звичайно, з водою пов'язані фундаментальні наукові проблеми, які повною мірою ще не сформульовані, але вони є і їх треба буде вирішувати». Так, водою займаються давно, немає жодної галузі, жодного підприємства, якого б не торкалася вода. Здавалося, що про воду ми знаємо все, але чим більше ми її вивчаємо, тим більше відкриваємо аномальні, цікаві факти, які чекають на своє пояснення. І хоча в даний час вчені приділяють велику увагу нанотехнологіям, і особливо цінуються наукові дослідження в галузі нанотехнології або нанорозмірних станів, але найближчим часом буде особливо цінуватися водні технології.
Можна сказати, що вода у тонких плівках – це нанооб'єкт. Саме в тонких плівках води майже нанорозмірному вимірі проявляється більшість аномальних властивостей. І цілком можливо, що при вивченні її в такому стані ми можемо дізнатися про воду набагато більше.
Займаючись нанотехнологіями, нанооб'єктами ми обов'язково торкнемося нанорозмірного стану води. А звідси саме це призведе до принципово нових водних технологій. Вода створила життя - пізнавши цей механізм, можна його використовувати на благо людини.
Ще зовсім недавно багато хто скептично ставився до питань структури води. Сьогодні вже майже всі згодні з тим, що вода має структуру. Тому однією із проблем води є проблема вивчення структури води.
Нині немає прямих методів, дозволяють досліджувати структуру води, а відомі фізичні методи недостатні, щоб розшифрувати цю структуру, але все удосконалюється, і методи теж. Цілком можливо, що найближчим часом сформується метод дослідження, який допоможе вирішити цю проблему.
Саме структурні дослідження води можуть дозволити розкрити таємниці води. Так ми знаємо склад води, угруповання води, але ми мало знаємо про властивості пов'язаної води, тому що в цьому випадку вона завжди різна, по-різному вона зв'язується з об'єктами, з якими вона стикається. Розмаїття навколишнього світу визначається різноманітністю структури води.
За словами А.В. Квакшина "Вивчення структури води забезпечить новий науковий прорив у фундаментальному природознавстві". Це, мабуть, найважливіша проблема та перспективний напрямок у науці про воду.
Існує ще кілька важливих та гострих проблем. Для їх вирішення потрібна певна стратегія. Так, за оцінками експертів ООН, проблема чистої води є найгострішою проблемою у світі. Понад 3 мільярди людей у світі страждають від нестачі води. У цьому плані можна сформулювати проблему збереження водних ресурсів та дбайливого ставлення до них. І звичайно, тут не можна не зупинити увагу на воді Байкалу. Це теж важлива, гостра та наболіла проблема. Озеро Байкал містить 23,6 тис. куб. км прісної води, що становить 20% світових запасів прісної води. Слід зазначити, що за останні 150 років кількість питної води на одну людину зменшилася в 4 рази. За останні 40 років загальна кількість прісної води на кожного мешканця зменшилася на 60%, а за наступні 25 років має скоротитися ще вдвічі.
Унікальне озеро Байкал - сховище прісної води, що відрізняється прекрасними питними якостями, слабко мінералізоване та близьке до дистильованої. Байкальська вода вийшла на масовий ринок і продається в Москві та інших великих містах за ціною в два з половиною рази перевищує ціну бензину АІ-95. Але, на жаль, на великому озері далеко не все гаразд. Забруднення від Байкальського ЦПК вже охопило площу 299 км2 у квадраті дна озера, а окремими каньйонами воно поширилося на 50 км від берега. За 22 роки діяльності БЦПК у 2 рази зменшилася біомаса зоопланктону, знизилися темпи зростання та погіршилися фізіологічні характеристики байкальських риб. Існуюча система очищення споруд БЦПК не в змозі запобігти деградації та знищенню Байкалу. За даними природоохоронним організаціям щодня БЦПК скидає у води Байкалу 120 м3 стічних вод. Перелік забруднюючих речовин включає більше 25-ти найменувань (хлорорганічних, нітратів, фосфатів, фенолів, сульфатів, похідних лігніну та ін). Випускалися укази, ухвали, рішення, але комбінат чадив, знищував тайгу і продовжував спрямовувати забруднені стоки в Байкал. До цього часу БЦПК не зупинено.
У світі не вистачає води, а ми знищуємо її. Озеро в небезпеці. У 1996 році ЮНЕСКО включило озеро Байкал в «список світової спадщини». Захисники озера тепер ведуть нову компанію за включення Байкалу до списку ЮНЕСКО «світова спадщина у небезпеці». Вчені, допоможіть йому! Мало такої води на планеті збережемо нашу велику спадщину!
Ми ще не встигли повністю вирішити одну проблему Байкалу, а на черзі – інша. Авторська група науково-пізнавального альманаху «Вода Землі» представила бізнес-проект «Байкалтранс»: стратегічний питний водопровід «Байкал – Росія – Євразія». Геологи І. Давиденко, В. Поліванов та М. Бочаров обґрунтовують пропозицію щодо розробки проекту з транспортування Байкальської води до регіонів Росії та за кордон. На думку авторів проекту, прокладання потужного водопроводу на захід і схід від Байкалу кардинально вирішить проблему чистої питної води для більшості населення Росії. На їхню думку, вже сьогодні раціонально транспортувати байкальську воду трубопроводами Росією, Європою та деякими країнами Азії, при цьому даний проект вирішить проблему захисту озера Байкал від забруднення. Вартість її води визначена фахівцями Лімнологічного інституту РАН у 23⋅10 у 15 трлн. доларів, тобто кожен літр оцінено в один долар. Згодом, зважаючи на зростання дефіциту питної води, вода Байкалу лише дорожчатиме. Автори пропонують будівництво каналу з верховин Олени в Ангару для компенсації забору води з Байкалу, проектують водосховище на річці Іркут для поповнення Братського водосховища та ін. "Ангарськ - Дацин". В результаті споживач отримає дешеву питну воду найвищої якості, а Росія – солідні гроші за експорт цього продукту.
Вже були неспроможні проекти, наприклад, поворот річок. Подібні глобальні проекти повинні обговорюватися вченими на рівні уряду та народу, у власності якого знаходиться об'єкт. Байкал створювався мільйони років, а проект розрахований на 2000 років. Але які наслідки очікують на нас вже незабаром? Що створено природою, треба дбайливо зберігати та правильно експлуатувати. А що ви думаєте про це? Ваша думка?
Інша і не менш важлива фундаментальна проблема води – це проблема очищення опріснення води. Вирішення цієї проблеми також сприятиме збереженню світового балансу споживання води.
Проблема постачання населення якісною питною водою також не менш важлива проблема, оскільки це стосується здоров'я людей. У вирішенні цієї проблеми багато роботи для різних спеціальностей. Це нові технології отримання питної води, це модернізація водопровідних та каналізаційних мереж, контроль за споживанням води та інше.
Вода - найважливіша і найважливіша речовина навколишнього світу. Роль води, безсумнівно, велика, вона впливає всі оточуючі процеси, передусім людини, а замінити чи видозмінити їх у цьому плані ми можемо, оскільки вона творець життя, ми маємо остаточно її пізнати, щоб правильно її використовувати, а головне зберегти та берегти її. Видозмінивши її, ми цим порушимо баланс, і що найголовніше втратимо життя. Потрібно завжди пам'ятати, що вода і життя - нероздільні. Під таким девізом у травні 2010 р. в ІРГТУ спільно з Російською академією природознавства пройшла регіональна конференція, де обговорювалися такі питання:
- властивості води;
- якості води;
- парадокси води;
- очистка води;
- вода - наше здоров'я та наше багатство;
- вода та інформація.
Конференція отримала широкий відгук у громадськості. З доповідями виступили провідні спеціалісти та науковці. Вони порушили найважливіші питання води Пріангар'я. Неменший інтерес викликали доповіді, зроблені студентами, в яких було порушено найпроблемніші питання води Іркутського регіону. Слід зазначити, що Російська академія природознавства приділяє велику увагу цій проблемі. Так, у 2006 р. в Іркутську відбулася виїзна сесія РАЄ, в якій взяли участь вчені Іркутська. Було розглянуто питання щодо стану води в Іркутському регіоні. У 2008-2009 роках. РАЄ спільно з кафедрою фізики ІРДТУ провели конференцію «Вода проста і незбагненна», «Довкілля та розвиток людини».
У форматі живого діалогу на цих конференціях, з широкою участю вчених, студентів, школярів обговорювалися основні властивості та парадокси води, сучасні технології економії, зберігання та очищення води, питання структури води, про значущість та різноманітність водних ресурсів Іркутського регіону та необхідність дбайливого ставлення до них .
Професор, зав. кафедрою «Теплогазопостачання, вентиляція та охорона повітряного басейну», к.т.н. М.Ю. Толстой вважає, що ця конференція носить дуже значний характер як з погляду уявлення нових наукових досліджень про воді як джерела життя на планеті, а й розвиває в студентів і школярів вміння мислити, узагальнювати і представляти накопичені знання. Він пропонував зробити цю конференцію щорічною і, цілком можливо, надати їй міжнародного статусу. Тим більше, що в ній брали участь іноземні студенти.
Дуже цікаві доповіді були представлені студентами факультету будівництва та міського господарства. Були розглянуті практично всі аспекти застосування та використання води у життєдіяльності людини. Це і вода в природі, включаючи всі її агрегатні стани, розподіл води землі, маловивчені властивості води, як фізичної речовини. Окремо було розглянуто технічні питання щодо використання систем водопостачання та водовідведення. Актуальні питання збереження озера Байкал як унікального джерела прісної води на нашій планеті також обговорювалися на даній конференції.
Декан факультету проф. В.Р. Чупин вважає, що важливість цієї конференції полягає в тому, що «Проблеми води – виключно важливі, фундаментальні проблеми ХХІ століття, які мають вирішуватись широким колом фахівців».
У липні 2010 р. РАЄ спільно з кафедрою фізики ІРДТУ провели загальноросійську наукову конференцію «Вода для життя». Багато уваги було приділено екологічному стану водних об'єктів Росії, якості та санітарним гігієнічним характеристикам питної води, проблемам опріснення, ролі води в життєзабезпеченні біологічних систем, води в живих організмах та мінералах. Ще раз студентство перед вченими загострило увагу про шкоду БЦПК на води Байкалу. Примітно, що вченими виступили студенти з повідомленням «Байкал - природна спадщина Сибіру». Вони дали докладну характеристику унікальному озеру Байкал, сховищу прісної води, що відрізняється чудовими питними якостями. Але, на жаль, як зазначили студенти на великому озері, далеко не все благополучно. Суперечки про те, наскільки сильно викиди БЦПК впливають на Байкал, недоречний, оскільки береги Байкалу не є місцем для знаходження на них будь-яких промислових об'єктів. Ми знищуємо наші запаси чудової питної води.
Озеро в небезпеці: «заступіться та допоможіть йому», - просять студенти!
Вивченню властивостей води присвячені тисячі робіт як теоретиків, так і експериментаторів. Але вони розрізнені, не скоординовані. Масару Емото - японський вчений наочно продемонстрував різницю у молекулярної структурі води за її взаємодії з довкіллям. Вода проявляє себе як мисляча субстанція, яка обмінюється інформацією з усього всесвіту. Проблема води є виключно важливою фундаментальною проблемою XXI століття, яка має вирішуватися широким колом фахівців. «Усі дослідження щодо води повинні координуватися з одного центру, і такого центру на сьогодні немає». «Відставання у вивченні фундаментальних проблем води гальмує розвиток усіх природничих наук, наука має обернутися обличчям до води» (А. Квакшин).
Бібліографічне посилання
Шишелова Т.І. СУЧАСНИЙ СТАН НАУКИ ПРО ВОДУ. ПРОБЛЕМИ І ПЕРСПЕКТИВИ ЇЇ РОЗВИТКУ // Успіхи сучасного природознавства. - 2011. - № 2. - С. 121-123;URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=15943 (дата звернення: 19.02.2020). Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»
