Состояния воды в природе: условия перехода, необычные факты. Что происходит с водой

Сельское хозяйство
Что происходит с водой - Что такое вода, химические названия Влияние расширения воды на климат Агрегатные состояния Зачем вода человеку Свойства

Вода переносит питательные вещества по всему организму, кроме растворения пищи, вода передает питательные вещества всему организму через кровообращение. Без жидкости ваш мозг не получает сахара.

Куда исчезает вода: пять страшных фактов, которые вы не знали

Вмешательство человека в естественный круговорот воды имеет серьезные последствия. Небрежное использование этого драгоценного ресурса приводит к эпидемиям инфекций, истощению и без того недостаточных запасов воды и геополитическим конфликтам. По случаю Всемирного дня воды Plus-One.ru объясняет, почему к воде нужно относиться бережно.

Доступ к чистой питьевой воде является проблемой для более чем двух миллиардов человек. Эти цифры были представлены на дебатах Генеральной Ассамблеи ООН 18 марта. Я хочу сказать прямо: мы говорим о моральном кризисе. Как еще можно назвать то, что в век передовых инноваций мы терпим миллиарды людей без чистой питьевой воды и средств для мытья рук», — сказал Волкан Бозкир, председатель 75-й сессии Генеральной Ассамблеи ООН.

Исследование Всемирной организации здравоохранения подтверждает эти данные. По данным ВОЗ, 844 миллиона человек не имеют доступа к улучшенному источнику питьевой воды в 30 минутах езды от места проживания. Еще 263 миллиона человек вынуждены тратить более 30 минут, чтобы добраться до неконтролируемых источников качественной воды. 159 миллионов пьют воду непосредственно из рек, озер и озёр. В целом, по оценкам ВОЗ, 2,1 миллиарда человек страдают от болезней, связанных с нехваткой воды.

Каждый третий житель планеты не имеет туалета

По данным ВОЗ, 2,3 миллиарда человек живут без доступа к туалету. Большинство из них испражняются открыто и пользуются примитивными туалетами и септиками. Кроме того, около 600 миллионов человек пользуются современными туалетами в большем количестве домохозяйств. Такое совместное использование — единственный способ для людей с низкими доходами избежать сточных вод в ближайшем будущем, утверждает эксперт.

Улучшенная канализация лежит в основе Цели 6 по обеспечению устойчивого развития и легкого доступа к чистой воде. В целом, программа ООН имеет 17 целей, которых человечество должно достичь к 2030 году. В частности, для достижения цели 6 необходимо полностью искоренить практику открытого вероотступничества.

675 миллионов землян ходят в туалет в поля, кусты и канавы

675 миллионов человек мочатся в поля, кустарники и канавы.

Полная инфографика о Всемирном дне туалета

К 2050 году 40% землян будет страдать от нехватки воды

Согласно докладу ООН по водным ресурсам, окружающей среде и здоровью (UNU-INWEH), количество людей на планете может увеличиться на 2 миллиарда и достигнуть 9,7 миллиарда к середине 21 века. Более 40% из них, или 3,9 миллиарда человек, живут в районах, где не хватает воды. Кроме того, к 2030 году глобальный спрос на чистую воду может на 40% превысить ее наличие.

По данным Глобального водного резерва (WWR), нехватка воды вызывает межправительственные конфликты. Однако в чартере по-прежнему много водохранилищ. Например, Афганистан и Иран не могут поделить воды реки Гильменд, а напряженность между Турцией и Ираком связана с претензиями на контроль над реками Тигр и Евфрат.

Начало гидрологических наблюдений в России относится к 15 и 16 векам. В русских хронографических записях хранится информация о характеристиках воды, наводнениях, паводках и заморозках.

Состояния воды в природе: условия перехода, необычные факты

Вода и капли

Ситуация с водой, известная человечеству, не ограничивается тремя основными вариантами, о которых большинство людей слышали в школе. Как создать теплую или сухую воду? Можно ли одновременно наблюдать воду в жидком, твердом и газообразном состоянии? Как наука отвечает на эти и многие другие вопросы?

Три состояния воды в природе

Все знают воду как прозрачную жидкость без запаха и вкуса. Но так ли это? Прежде чем ответить на вопрос, какова потенциальная общая ситуация с водой, давайте уточним, что такое общая ситуация.

В физике этот термин относится к состоянию материи, регулируемому определенными температурами и давлением. Наука знает:.

Одно и то же вещество может менять свое состояние в зависимости от условий окружающей среды.

Известны три кумулятивных состояния воды:.

  1. Твердое состояние воды (лед). В этом состоянии частички воды имеют друг с другом сильную взаимосвязь. Кубик льда хорошо сохраняет форму, он довольно прочный и твердый на ощупь.
  2. Жидкое состояние. В нем частицы теряют строгую упорядоченность. Связи между ними разрушаются, а жидкость принимает форму того сосуда, в который она помещена. Однако молекулы все еще располагаются достаточно близко друг к другу.
  3. Газообразное состояние воды (пар). В этом состоянии частички максимально беспорядочно двигаются, а расстояния между ними становятся очень большими.

Состояние воды напрямую зависит от температуры. Жидкость обладает уникальной способностью оставаться влажной в широком диапазоне температур от 0°C до 100°C. Он начинает кипеть в своей высшей точке и постепенно переходит в газообразную фазу. Когда температура опускается ниже 0°C, образуется лед.

В природе вода и лед часто находятся рядом друг с другом, но над ними плавает невидимый водяной пар. Благодаря удивительным возможностям воды природа постоянно развивается.

Вода

Состояние воды: фрипик

Если рассматривать все три состояния воды, то влажная остается одной из самых важных. Жидкая вода является универсальным растворителем для многих других веществ, важнейшим компонентом человеческого организма и средой для всех химических процессов.

Кроме того, ученые обнаружили дополнительные состояния жидкой воды — «нормальную» и «аномальную» воду. Последний образуется при температуре -63 градуса Цельсия и может быть одним из двух случаев.

  • иметь низкую плотность при низком давлении;
  • иметь высокую плотность при высоком давлении.

Свойства этих двух жидкостей очень разные, их плотности отличаются на 20%, поэтому они не могут смешиваться друг с другом. Как ученые могут фиксировать такие ситуации? Это потому, что мы знаем, что происходит с водой, когда она замерзает. Переходит ли он в твердую фазу — лед?

Авторам этого исследования понадобились специальные инструменты. Они использовали инфракрасный лазер, чтобы нагреть лед для образования плотной воды, но при этом давление увеличилось.

Эта процедура контролировалась с помощью рентгеновского лазера. Наблюдалось образование «аномальных» волдырей. Они появлялись на очень короткий промежуток времени: казалось, что они длились до трех микросекунд.

Эти исследования показывают, что ученые до сих пор не знают всего о воде, несмотря на то, что они находят ее каждый день и каждый час. Его свойства продолжают изучаться, и открываются новые аспекты.

Состояния воды: необычные факты

Лед

Твердое состояние воды (лед): фрипик

Ученых не удовлетворяли три совокупные ситуации, поэтому они придумали ряд необычных вариаций и продолжили работу над ними.

Лед VII (горячий лед)

Название «лед IH» используется для обычного холодного льда. Когда при нормальном давлении температура понижается и вода замерзает, атомы кислорода в ее молекулах образуют шестиугольники.

Однако при повышении давления лед может быть проглочен, а его отдельные частицы расположены в виде кубиков. Это крайне противоречиво: лед — это не куб, а кубик льда.

  1. Этот лед горячий, так как формируется в необычных условиях.
  2. На Земле он мог бы образоваться глубоко под мантией, в области высокого давления.
  3. Но там и температура очень высока, из-за чего вода сразу же испаряется.

Ученые смогли создать такой лед в лаборатории. Он также был обнаружен в алмазах, найденных в пределах нашей планеты.

Сухая вода

Он изготавливается из смеси обычной воды и диоксида кремния. Он содержит 25% жидкости, но является сухим веществом. Кристаллы сахара содержат внутри себя воду и покрыты сверху оксидом кремния.

Сухая вода была разработана в 1968 году для косметических нужд. Затем о нем забыли, но сейчас считается, что он используется для поглощения углекислого газа, хранения и транспортировки химических веществ.

Сверхзвуковой лед

Этот лед также называют льдом xviii. Он образуется при очень высоком повышении давления и температуры — до тысяч градусов и миллионов атмосфер. В горячем, плотном черном материале очень трудно распознать лед.

Его получают экспериментально с помощью мощных лазеров, генерирующих ударные волны, которые мгновенно повышают температуру и давление. В ходе этого процесса атомы водорода и кислорода разделялись, и образовывались твердые кристаллы.

Сверхкритическая вода

Вода может быть выполнена с помощью газа. Это очень странный пар, который нельзя объяснить как газ. Он образуется при температуре 373°C и давлении 220 бар. Его нельзя смачивать повторно. Эта вода может проходить через твердые тела, такие как газы, и является растворителем, подобным жидкости.

Аморфный лед

Этот лед образуется в результате мгновенного охлаждения воды, когда молекулы не успевают нормально кристаллизоваться. Получается своего рода стекло — очень медленно движущаяся жидкость.

На нашей планете аморфный лед встречается редко, но в просторах космоса вода часто присутствует в такой ситуации.

Тройная точка воды

В этот момент материя одновременно является твердой, влажной и газообразной. Этот особый баланс достигается благодаря сочетанию адаптации к давлению и температуре. Для воды это 0,01°C и 0,0060366 АТМ.

Эта точка используется для определения температуры по Кельвину, калибровки термометра и тройной температуры других жидкостей. Из тройной точки вода может быть переведена в любое из возможных кумулятивных состояний.

Горящий лед

Это не чистая вода, а комбинация воды и метана, который может гореть как бумага. Такой лед образуется в результате естественных процессов в океанских глубинах, в зонах постоянного льда и может блокировать нефте- или газопроводы.

При его образовании метан замерзает первым, постепенно покрывая собственно лед. Ученые считают его чистым и экологически безопасным источником топлива.

Паззлы на льду

Физики искали сверхзависимый лед в течение многих лет — примитивное компьютерное моделирование, проведенное Пьерфранко Демонтисом в 1988 году, предсказало, что вода примет эту странную, почти металлическую форму и выведет ее за пределы карты известных стадий льда.

Моделирование показывает, что под воздействием сильного давления и тепла молекулы воды распадаются. Атомы кислорода окружены кубической сеткой, а «водород начинает прыгать из одного места в кристалл и обратно снова и снова», — говорит Мило. Эти переходы между узлами решетки настолько быстрые, что атомы водорода, которые ионизируются и превращаются в практически заряженные протоны, ведут себя как жидкость.

Было высказано предположение, что гипергео лед повышает энергию металлов и других материалов, в которых водород выступает в роли электрона. Наличие этих свободных атомов водорода также увеличивает беспорядок льда, его энтропию. Увеличение энтропии делает лед более стабильным по сравнению с другими типами кристаллов льда, тем самым повышая его температуру плавления.

Представить, что все это легко, поверить трудно. Первые модели использовали упрощенную природу и блуждали вокруг квантовой природы реальных молекул. Последующие моделирования добавили больше квантовых явлений, но они обошли фактические уравнения, необходимые для объяснения взаимодействия нескольких квантовых тел, которые все еще очень трудно рассчитать. Вместо этого они основывались на подходе, который увеличивал вероятность того, что весь сценарий окажется оптической иллюзией симуляции. С другой стороны, в ходе экспериментов не удалось создать необходимое давление и выделить достаточно тепла, чтобы расплавить этот твердый материал.

И когда все уже отказались от этой идеи, ученые-планетологи выдвинули свои собственные подозрения, что вода может иметь чрезмерно активную ледяную фазу. Примерно в то же время, когда эта фаза была впервые предсказана, корабль «Вояджер-2» двинулся во внешнюю Солнечную систему и обнаружил нечто странное в небе замерзшего гиганта и магнитном поле Нептуна.

Поле вокруг других планет Солнечной системы, похоже, состоит из строго определенных северного и южного полюсов, без какой-либо другой структуры. Они, по-видимому, содержат магниты, выровненные по оси вращения. Планетологи объясняют это «динамикой»: проводящая жидкость поднимается и вращается при вращении планет, создавая огромное магнитное поле во внутренних областях.

Напротив, магнитные поля, исходящие от небес и Нептуна, оказались более объемными и сложными, с более чем двумя полюсами. Они также не были тесно связаны с вращением планет. Один из способов достичь этого — каким-то образом ограничить проводящую жидкость, участвующую в динамо, только тонкой внешней оболочкой планеты, а не проникать в ядро.

Однако идея о том, что эти планеты могут иметь твердые ядра, неспособные создавать динамику, была нереалистичной. При бурении этих замороженных гигантов ожидается, что сначала они заполнятся слоем ионной воды, которая будет течь, направлять токи и участвовать в динамо. Более глубокий материал кажется более влажным, даже при более высоких температурах, но это наивно. Планетологи шутят о том, что внутренности Неба и Нептуна не могут крепко держаться вместе. Но оказалось, что это так.

Взрывной лед

Копперли, Миро и их команда собрали кусочки головоломки воедино.

В более раннем эксперименте, опубликованном в феврале 2018 года, физики получили косвенные доказательства существования большого льда. Они протолкнули каплю воды комнатной температуры между острыми краями двух миндалевидных алмазов. Когда давление возросло примерно в десять раз до гигантского на дне впадины Марии, вода превратилась в квадратные кристаллы, лед vi. При двух гигакалориях он превратился в лед vii, в виде плотных кубиков, которые прозрачны для невооруженного глаза и, как недавно обнаружили ученые, также присутствуют в небольших скоплениях природных алмазов.

Позже, используя лазер Omega в Лаборатории лазерной энергии, Майло и его коллеги нацелились на ICE-VII, который все еще находился в одной из алмазных скоб. Когда лазер ударил по поверхности алмаза, он толкнул материал вверх, по сути, ударив алмаз в обратном направлении и послав ударную волну через лед. Команда Майло обнаружила, что переполненный лед плавится при температуре около 4700 градусов Цельсия, как и следовало ожидать для льда его босса, приводя в движение электричество благодаря движению заряженных протонов.

После подтверждения предсказаний о свойствах высокоионного льда новое исследование Копари и Милло должно было подтвердить его структуру. Для подтверждения кристалличности требуется рентгеновская дифракция.

Подписывайтесь на наш канал ЯндексЗен. Там вы найдете много интересного, чего нет даже на нашем сайте.

В новом эксперименте они не обнаружили ни льда VI, ни льда VII. Вместо этого команда просто разбила воду между алмазными наковальнями лазерным выстрелом. Через миллиардную долю секунды, когда ударная волна схлынула и вода начала кристаллизоваться в кубики льда нанометрового размера, ученые добавили еще 16 лазерных лучей, чтобы испарить тонкие кусочки железа рядом с образцом. Образовавшаяся плазма наполнила кристаллическую воду рентгеновскими лучами, которые преломлялись кристаллами льда, что позволило группе определить их структуру.

Атомы воды перестраивались в структуры, давно предсказанные, но никогда ранее не наблюдавшиеся. Ice-XVIII: решетка из кубиков с атомами кислорода по углам и в середине каждой стороны.

Это настоящая революция, — говорит Коппари.

Тот факт, что эта фаза существует, не является шедевром квантового моделирования молекулярной динамики, но она вполне реальна, очень радует», — говорит Бове.

Что такое супер лед

И такое успешное пересечение модельного и реального суперионного льда позволяет предположить, что конечная «мечта» физиков материалов может быть вскоре осуществлена. ‘Скажите нам, какие свойства материала вам нужны. Мы садимся за компьютер и теоретизируем, какой материал и кристаллическую структуру вы хотите получить», — говорит Раймонд Янроз, ученый из Калифорнийского университета в Беркли.

Новый анализ также предполагает, что перионовый лед проводит мало электричества, но представляет собой рыхлый, но твердый материал. Он медленно распространяется, но не течет. Таким образом, жидкие слои в недрах Урана и Посейдона могут остановиться примерно в 8 000 км, где начинается огромная мантия из колеблющегося перионного льда. Это ограничивает действие динамо меньшими глубинами, учитывая аномальные поля планет.

Другие планеты и спутники в Солнечной системе могут не иметь внутренних температур и давления, которые позволяют образовываться перионовому льду. Однако множество экзопланет размером с замерзшие гиганты позволяют предположить, что этот материал (перионный лед) распространен среди ледяных миров по всей Галактике.

Конечно, ни одна планета не содержит только воду. Замерзшие гиганты нашей Солнечной системы также состоят из метана и аммиака. То, насколько суперионное поведение действительно имеет место в природе, «зависит от того, присутствуют ли эти фазы при смешивании воды с другими веществами», говорят ученые. Однако при этом должен присутствовать и перионовый аммиак.

Эксперименты будут продолжаться. Как вы думаете, когда мы однажды узнаем, что лежит в основе самого большого объекта в нашей Солнечной системе? Сообщите нам свое мнение в чате Telegram.

Оцените статью
Uhistory.ru