Другой тип подземных вод – поверхностные, расположенные в почве и верхних слоях земной поверхности на глубине нескольких метров. По сравнению с водами глубокого залегания у них есть один недостаток и одно преимущество. Недостаток: эти воды гораздо активнее контактируют с поверхностью земли и поэтому они слабее защищены от загрязнений, чем воды глубокого залегания. Преимущество этих вод заключается в том, что они более доступны и легко накапливаются в колодцах и поверхностных резервуарах.
Следующий по величине массив пресных вод (20–30 млн. км3) сосредоточен в ледниках Антарктиды, Гренландии и островов Северного Ледовитого океана.
Пресную воду из атмосферы (около 13 тыс. км3) мы получаем в виде осадков – дождя и снега.
Основной запас пресной воды, употребляемой человеком, сосредоточен в озерах и реках. Одно из крупнейших российских озерных хранилищ воды – озеро Байкал – содержит около 20 тыс. км3 воды. На сегодняшний день байкальская вода считается самой чистой в мире.
Другой источник воды – живые организмы. В растениях и животных, состоящих на две трети из воды, содержится 6 тыс. км3 воды. Так распределены водные ресурсы на нашей планете.
Как устроена вода
Каждая молекула воды состоит из трех атомов: одного атома кислорода и двух атомов водорода. Все три атома расположены в молекуле таким образом, что если мысленно соединить их линиями, то образуется равнобедренный треугольник, у которого две стороны равны.
Атомы соединены в ней друг с другом силами, которые называют силами химического сродства. Величина и направление действия этих сил таковы, что молекула воды является устойчивой именно тогда, когда атомы образуют треугольник. Всякая другая «постройка» из атомов оказывается менее устойчивой. И если по каким-либо причинам расположение «атомов» изменится, то после устранения этой причины атомы вновь образуют такой же треугольник.
Взаимодействием между молекулами воды и объясняются в первую очередь незакономерно высокие температуры ее плавления и кипения. Нужно подвести дополнительную энергию, чтобы расшатать, а затем разрушить водородные связи. И энергия эта очень значительна. Именно поэтому так велика теплоемкость воды.
В молекуле воды имеются две полярные ковалентные связи Н-О. Они образованы за счет перекрывания двух одноэлектронных р-облаков атома кислорода и одно-электронных S-облаков двух атомов водорода. В молекуле воды атом кислорода имеет четыре электронных пары. Две из них участвуют в образовании ковалентных связей, т. е. являются связывающими. Две другие электронные пары являются не связывающими. В молекуле имеются четыре полюса зарядов: два – положительные и два – отрицательные. Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода. Два отрицательных полюса приходятся на две не связывающие электронные пары кислорода: подобное представление о строении молекулы позволяет объяснить многие свойства воды – в частности структуру льда.
Поведение воды «нелогично». Получается, что переход воды из твердого состояния в жидкое и газообразное происходит при температурах, намного более высоких, чем следовало бы. Этим аномалиям найдено объяснение. Молекула воды H2О построена в виде треугольника: угол между двумя связками кислород – водород – 104 градуса. Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислорода, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярная, что является причиной особого взаимодействия между разными ее молекулами. Атомы водорода в молекуле H2О, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул. Такая химическая связь называется водородной. Она объединяет молекулы H2О в своеобразные полимеры пространственного строения; плоскость, в которой расположены водородные связи, перпендикулярна плоскости атомов той же молекулы H2О.
Любая вода, откуда бы она ни была взята – из Северного Ледовитого океана, из глубокой шахты Донбасса, была заключена в снежинке или сверкала ранним утром в капельке росы на цветке, – состоит из одинаково построенных молекул. Однако взаимное расположение отдельных молекул относительно друг друга в жидкой воде, снежинке или в паре из парового котла оказывается неодинаковым.
Пары воды, нагретые до 300 °C, при атмосферном давлении подобны обычным газам: в них расстояния между молекулами достаточно велики, так что каждая отдельная молекула может существовать более или менее самостоятельно, не испытывая существенного взаимодействия со стороны своих соседей, за исключением тех случаев, когда молекулы в результате беспорядочного теплового движения сталкиваются друг с другом.