Уникальной особенностью Земли является наличие на ней гидросферы, или водной оболочки. К ней относятся ледники, океаны, моря, реки, озера, почвенная влага, подземные воды и водохранилища. В целом объем гидросферы составляет около 1,5 млрд. км>3. В атмосфере, окружающей Землю, вода содержится в виде облаков, тумана, пара, кристаллов снега и капель дождя. Гидросфера находится в тесном взаимодействии с биосферой, атмосферой и литосферой.
Ученые в результате многочисленных научных экспериментов доказали, что именно воде принадлежит ведущая роль в эволюции геологических процессов и зарождении жизни на планете. Огромное количество воды в связанном состоянии присутствует в недрах Земли, в частности в некоторых минералах и горных породах. Основные ее запасы сосредоточены в мантии земной коры – около 15 млрд. км>3. Согласно современным научным представлениям вода, вышедшая из глубоких слоев земли, дала начало гидросфере планеты. Процесс выхода ее из мантии и магмы осуществляется и в наше время и составляет приблизительно 1 км>3 в год. Ученые высказывают также предположение о космическом происхождении воды: протоны солнечной энергии, достигнув атмосферы Земли, соединяются с электронами и трансформируются в атомы водорода, которые, вступая в реакцию с атомами кислорода, создают простейшую химическую формулу воды – H>2O.
В настоящее время нет никаких сомнений в определяющем влиянии воды на формирование климата, погоды, физической и химической среды Земли, а существование живых организмов на нашей планете просто невозможно без этой жидкости. Содержание H>2O в них колеблется от 60 до 99 % массы тела. Данный факт позволяет ученым утверждать, что всякий живой организм на Земле – это одушевленная или одухотворенная вода. В организме человека она регулирует температуру тела, обмен веществ и выведение образовавшихся в результате этого продуктов. Вода в свободном состоянии содержится в жидких средах нашего организма – крови, лимфе, пищеварительных соках и межклеточном пространстве. В тканях она присутствует в связанном виде, поэтому при повреждении или рассечении органа не выводится. Она может связываться с белком и другими органическими соединениями. Молекулы воды, содержащиеся внутри клеток, легко включаются в общий круговорот воды в организме. Она является основной средой организма человека, в которой осуществляются все виды обмена веществ и протекают ферментативные биохимические реакции. В процессе фотосинтеза вода и углекислый газ, синтезируя образование органических веществ, становятся основой создания живой материи на нашей планете.
Вода (окись водорода, H>2O) – соединение водорода с кислородом, устойчивое в обычных условиях. Эта жидкость не обладает ни цветом, ни запахом, ни вкусом. Голубоватый цвет она имеет только в слоях большой толщины, например в океанах и морях. Молекулярная масса воды (18,016 а. е. м.) распределяется следующим образом: водород – 11,19 %, кислород – 88,81 %.
Свойства воды определяются особенностями ее строения. Ее молекула имеет 3 ядра, составляющие равнобедренный треугольник. В его основании находятся протоны водорода, а на вершине – атом кислорода.
Электроны в молекуле воды располагаются таким образом, что образуют по 2 парных полюса противоположных зарядов: атомы водорода создают 2 положительных полюса, а атомы кислорода – 2 отрицательных.
Высокая полярность молекулы воды позволяет атомам кислорода притягивать атомы водорода соседних молекул и образовывать по 4 водородные связи, что четко прослеживается в кристаллах льда. Структура последних имеет гексагональную решетку, в которой находится множество пустот.
При плавлении льда соседние молекулы H>2O заполняют пустоты, что приводит к повышению плотности.
Дальнейшее нагревание усиливает движение молекул. Происходит расширение пустот и уменьшение плотности. Водородные связи очень устойчивы, большинство из них разрывается при нагревании, но некоторая часть сохраняется даже при температуре кипения.
