Hvordan Vand Fungerer

{h1}

Vand er det vigtigste element i livet på jorden. Lær om vand, vandets egenskaber og find ud af, hvordan vandcyklusen fungerer.

I sin reneste form er den lugtfri, næsten farveløs og smagløs. Det er i din krop, den mad du spiser og de drikkevarer du drikker. Du bruger det til at rense dig selv, dit tøj, dine retter, din bil og alt andet omkring dig. Du kan rejse på den eller hoppe ind for at afkøle på varme sommerdage. Mange af de produkter, du bruger hver dag, indeholder den eller blev fremstillet ved hjælp af den. Alle former for liv har brug for det, og hvis de ikke får nok af det, dør de. Politiske tvister er centreret omkring det. På nogle steder er det værd og meget vanskeligt at få. I andre er det utrolig nemt at få og derefter spildt. Hvilket stof er mere nødvendigt for vores eksistens end nogen anden? Vand.

Ved det mest basale er vand et molekyle med et oxygenatom og to hydrogenatomer, sammenbundet ved deling elektroner. Det er en V-formet polært molekyle, hvilket betyder at det belastes positivt nær hydrogenatomerne og negativt nær oxygenatomet. Vandmolekyler er naturligt tiltrukket og holder sig til hinanden på grund af denne polaritet, der danner a hydrogenbinding. Denne hydrogenbinding er årsagen til mange af vandets særlige egenskaber, som det faktum, at det er tættere i flydende tilstand end i fast tilstand (isflåd på vand). Vi ser nærmere på disse særlige egenskaber senere.

Vand er det eneste stof, der forekommer naturligt som et fast stof (is), en væske og en gas (vanddamp). Det dækker omkring 70 procent af jorden for i alt ca. 332,5 millioner kubikmiljø (1.386 millioner kubik kilometer) [kilde: U.S. Geological Survey]. Hvis du er bekendt med linjerne "Vand, vand, overalt, eller noget fald at drikke" fra digtet "The Rime of the Ancient Mariner", vil du forstå, at det meste af dette vand - 97 procent af det - er ugrønt, fordi det er saltvand (se illustration på næste side). Kun 3 procent af verdens vandforsyning er ferskvand, og 77 procent af det er frosset. Af de 23 procent, der ikke er frosne, er der kun en halv procent tilgængelig for at forsyne alle planter, dyr og mennesker på Jorden med alt det vand, de har brug for at overleve [kilde: National Geographic].

Så vand er ret simpelt, ikke? Faktisk er der mange ting om det, som forskerne stadig ikke fuldt ud forstår. Og problemet med at sikre, at nok rent drikkevand er tilgængeligt for alle, og alt, hvad der behøver det, er alt andet end simpelt. I denne artikel vil vi se på nogle af disse problemer. Vi vil også undersøge, hvad planter, dyr og mennesker gør med vand og lære mere om, hvad der gør vand så specielt.

Verdens vandforsyning

Hvor kommer vores vand fra?

Hvor kommer vores vand fra?

Der er ofte diskussion i nyheden om verdens svindende vandforsyning, men det er ikke helt korrekt. Vandmængden mindskes ikke, men efterspørgslen efter det er støt stigende. Nogle forskere mener, at verdens befolkning, for tiden på 6 mia., Vil fordoble i 2050 [kilde: Cossi]. Desuden er mængden af ​​vand, der er rent og drikkeligt, stadigt faldende på grund af forurening.

For mange mennesker i industrilande er vandforsyning lige så nemt som at tænde på vandhane, og det er ret billigt. Men ferskvand er ikke jævnt fordelt over hele verden. Mere end halvdelen af ​​verdens vandforsyning findes kun i ni lande: USA, Canada, Colombia, Brasilien, Den Demokratiske Republik Congo, Rusland, Indien, Kina og Indonesien. Kilde: World Business Council for Sustainable Development]. Byområder har naturligvis et større behov for vand ud over det grundlæggende for drikke og sanitet. Men overbefolkning i uudviklede lande betyder, at mange mennesker ikke engang får det grundlæggende.

Det meste af verdens ferskvand - omkring 2,4 millioner kubikmiljøer (10 millioner kubik kilometer) af det - er indeholdt i underjordiske grundvandsmagasiner. Resten kommer fra:

  • Regn (efter regning for fordampning): 28.500 kubikmiljø (119.000 kubikmeter)
  • Man-made reservoirer: 1.200 kubik miles (5.000 kubik km)
  • Søer: 21.830 kubik mil (91.000 kubik km)
  • Floder: 509 kubikmiljø (2.120 kubik km)

[kilde: World Business Council for bæredygtig udvikling]

Vandfordeling har alt at gøre med politiske grænser, økonomisk udvikling og rigdom. I Mexico City bruger for eksempel 9 procent af befolkningen 75 procent af det tilgængelige vand, og en smuldrende infrastruktur betyder, at op til halvdelen af ​​vandforsyningen går tabt gennem rørlækage og fordampning [kilde: Cossi].

Nogle lande har ikke nok rent vand til deres hurtigt voksende befolkninger, og de har ikke råd til den infrastruktur, der er nødvendig for at rengøre og transportere det. For eksempel lider de fleste mennesker i Kinas byer af vandmangel, og det meste af Kinas grundvand, søer og floder er forurenet. Omkring 700 millioner kinesere har kun adgang til drikkevand, der ikke opfylder standarder fastsat af Verdenssundhedsorganisationen [kilde: WHO].

Lande i Mellemøsten bruger den mindste mængde vand pr. Person, fordi der er så få naturlige kilder til ferskvand. I modsætning hertil er vandforbruget højere i USA end i noget andet land, med omkring 60.000 kubikmeter (1.700 kubikmeter) vand anvendt pr. Person i 2002 [kilde: Organisation for Økonomisk Samarbejde og Udvikling]. Men selv inden for USA er der nogle stater og regioner, der ikke indeholder nok vand til at forsyne deres befolkninger.Kystområderne i Florid har så meget saltvand, at de skal have ferskvand ind i indlandsområderne, hvilket har ført til politiske tvister over kontrol med vandforsyningen.

Vandforordning

Dette luftfoto viser skader på Aralhavet forårsaget af omledning af vandet.

Dette luftfoto viser skader på Aralhavet forårsaget af omledning af vandet.

På mange områder reguleres vand og distribueres af regeringer. I USA er det reguleret af Safe Drinking Water Act. Regeringskontrol er imidlertid ikke altid i alles interesse. I 1930'erne til at irrigere bomuldsfelter skabte sovjetregeringen kanaler for at aflede de floder, der fodrede Aralhavet (placeret mellem Kasakhstan og Usbekistan). Som følge heraf er havets overflade faldet med mere end 50 procent og dens volumen med 80 procent i løbet af de sidste 50 år [kilde: Swanson]. Dens saltholdighed steg og det blev forurenet med pesticider, afløb af gødning og industriaffald. Tabet af havet betød faldet i den kommercielle fiskerisektor, som hjalp med at sende regionen til fattigdom. Forureningerne fra den udsatte havbund er blevet fundet i blodet fra Antarktis pingviner [kilde: Swanson].

Nogle regioner har privatiseret deres vandforsyning, hvilket ofte har ført til konflikt. I slutningen af ​​1980'erne solgte Det Forenede Kongerige sine vandområder (offentlige vandforsyningsorganisationer) til private virksomheder, som forbedrede infrastrukturen. Mange mennesker var foruroliget over, at virksomhederne kunne udnytte et sådant grundlæggende behov, især når folk, der ikke kunne betale deres regninger, havde hårde straffe. Problemet blev senere afhjulpet med lovgivningen.

I 2000 og 2005 tog demonstranterne til gaderne i Bolivia for at protestere mod privatiseringen af ​​vandforsyningen. Da udenlandske virksomheder overtog Bolivias vandsystem, blev kostprisen for dyrt for de fattige. I byen El Alto oversteg omkostningerne ved at få en vand- og spildevandskobling et halvårs indkomst i mindstelønnen "[kilde: Shultz]. 2000 revolt kaldet "Bolivian Water Wars" førte til kampsag og 100 skader. Efter begge hændelser annullerede den bolivianske regering de private selskabskontrakter.

I øjeblikket har over en milliard mennesker, omkring 17 procent af verdens befolkning, ikke adgang til rent vand [kilde: Verdenssundhedsorganisationen]. Der er flere statslige og ikke-statslige organisationer, herunder UNICEF og Water Aid, der arbejder for at hjælpe fattige samfund i Asien og Afrika med at opnå bæredygtige forsyninger med drikkevand og sanitetsfaciliteter. Vandmangel forekommer også i USA - mange stater har programmer til at hjælpe de dårligt stillede med at få nok vand og betale deres vand- og kloakregninger.

Selvfølgelig er mangel på vand et stort problem. Men hvorfor er det lige præcis? I det næste afsnit ser vi på den del vandet spiller i menneskekroppen.

-

Bevarende vand

En måde at hjælpe med med at reducere efterspørgslen efter vand er at bevare vand året rundt. Mange områder forbyder vanding af din græsplæne og have, når vandet løber lavt, men her er nogle få nemme ting, du kan gøre alene:

  • Sluk for vand, når du børster dine tænder eller barberer.
  • Tag kortere brusere.
  • Kør kun opvaskemaskinen og vaskemaskinen, når de er fulde.
  • Hold drikkevand i køleskabet i stedet for at køre vand fra vandet for at drikke.
  • Brug en bilvask, der genbruger sit vaskevand.

For flere tip, tjek dette link fra EPA.

Menneskeligt vandforbrug

Hvorfor har mennesker brug for vand?

Hvorfor har mennesker brug for vand?

Vores kroppe er omkring 60 procent vand [kilde: Mayo Clinic]. Vand regulerer vores kropstemperatur, bevæger næringsstoffer gennem vores celler, holder vores slimhinder fugtige og spilder affald fra vores kroppe. Vores lunger er 90 procent vand, vores hjerner er 70 procent vand og vores blod er mere end 80 procent vand. Enkelt sagt kan vi ikke fungere uden det. De fleste mennesker sveder ud omkring to kopper vand om dagen (0,5 liter). Hver dag taber vi også lidt mere end en kop vand (237 ml), når vi udånder det, og vi fjerner ca. seks kopper (1,4 l) af det. Vi taber også elektrolytter - Mineraler som natrium og kalium, der regulerer kroppens væsker. Så hvordan erstatter vi det?

Vi kan få omkring 20 procent af det vand, vi har brug for gennem den mad, vi spiser. Nogle fødevarer, som vandmelon, er næsten 100 procent vand. Selv om mængden af ​​vand, som vi har brug for hver dag varierer, er det normalt omkring otte kopper (2 l). Men i stedet for at bekymre sig om at komme i de otte kopper, skal du bare drikke, når du begynder at føle dig tørstig. Du kan få dit vand ved at drikke andre drikkevarer - men nogle drikkevarer som alkohol kan gøre dig mere dehydreret.

Hvis din urin er mørkegul, kan du muligvis ikke drikke nok vand. Selvfølgelig har du brug for mere vand, når du udøver; syg med diarré, opkastning eller feber; eller i et varmt miljø i lang tid. De fleste mennesker kan overleve kun et par dage uden vand, selv om det afhænger af en række faktorer, herunder deres sundhed og miljø. Nogle har gået så længe som to uger. Følgere af en buddhistisk dreng meditere i Nepal hævder at han er gået to år uden mad eller vand, men læger har ikke kunnet underbygge denne [kilde: All Headline News].

Når du ikke får nok vand eller taber for meget vand, bliver du dehydreret. Tegn på mild dehydrering omfatter tør mund, overdreven tørst, svimmelhed, lyshår og svaghed. Hvis folk ikke får væske på dette tidspunkt, kan de opleve svær dehydrering, som kan forårsage krampeanfald, hurtig vejrtrækning, svag puls, løs hud og sunkne øjne. I sidste ende kan dehydrering føre til hjertesvigt og død.

Dehydrering forårsaget af diarré er en væsentlig dødsårsag i uudviklede lande.Næsten 2 millioner mennesker, for det meste børn, dør af det hvert år [kilde: WHO]. Forbrug af vand forurenet med biologiske forurenende stoffer og ikke adgang til passende sanitære anlæg kan føre til sygdomme som malaria og kolera og parasitter som kryptosporidios og schistosomiasis. Vand kan også være forurenet med kemikalier, pesticider og andre naturligt forekommende stoffer.

På næste side lærer vi om rensende vand.

Vandrensning

Vand, der er sikkert at drikke, hedder drikkevand, eller drikkevand, i modsætning til sikkert vand, som kan bruges til badning eller rengøring. I USA fastsætter Miljøstyrelsen maksimalgrænseværdier for de 90 mest forekommende forurenende stoffer. Hvis der sker noget med din vandforsyning, skal din leverandør kontakte dig for at fortælle dig, hvilke forholdsregler du bør tage.

Vandbehandling kræver seks grundlæggende trin.

  • I koagulation, koagulanter som lime og alun tilsættes til vandet, hvilket får partikler til at klumpe sammen.
  • Dernæst rystes vandet i større klumper, kaldet flokke.
  • Det sedimentering processen kræver, at vandet står i 24 timer, hvilket gør det muligt for klumperne at slå sig ned til bunden.
  • Vandet er da filtreret, desinficeres (normalt med klor) og tilsat kulsyre.
  • beluftning hjælper med at fjerne visse forurenende stoffer som radon.

I det næste afsnit vil vi se nærmere på, hvordan vand cirkulerer i dyre- og planteceller.

Vandoverlevelsesteknikker

Hvis dit vand bliver forurenet, og du ikke har flaskevand, kan du rense det på få forskellige måder. Hvis det er overskyet, skal du først filtrere det gennem rene klæder eller lade det afregne og derefter hælde det klare vand. Derefter kan du koge vandet i et minut for at dræbe de fleste sygdomsfremkaldende organismer.

Du kan også tilføje en ottendedel af en teskefuld klorblegemiddel pr. Gallon vand (eller følg anvisningerne på etiketten). Du bør fordoble mængden, hvis vandet er misfarvet eller mørkt. Rør og lad den stå i 30 minutter. Klorblegemiddel tabletter sælges på campingforrådsbutikker for at rense vand til drikke. Du kan også bruge fem dråber jod pr. Gallon til at desinficere vand.

Opbevar kogt eller desinficeret vand i rene, overdækkede beholdere. Hvis det kogte vand smager for fladt eller klor smagen er for stærk, hæld den fra en beholder til en anden.

Plante- og dyreforbrug

Vand regulerer temperaturen på planter og transporterer næringsstoffer gennem dem.

Vand regulerer temperaturen på planter og transporterer næringsstoffer gennem dem.

Planter indeholder endnu mere vand end dyr gør - de fleste er overalt fra 90 til 95 procent vand [kilde: BBC]. Som det gør hos dyr regulerer vandet temperaturen på planten og transporterer næringsstoffer gennem den. Men i stedet for at tage i vand ved at drikke og spise, får planterne det gennem dug, vanding og nedbør.

Planter tager vand gennem deres rødder, og grønne bruger det ind fotosyntese, hvilket er, hvordan de skaber sukker til mad. (Du kan lære mere om processen med fotosyntese i hvordan jorden virker.) Planter har også brug for vand til at støtte sig selv. Tryk fra processen af osmose - Bevægelsen af ​​vand udefra til indersiden af ​​plantens celler - holder plantens cellevægge op.

Når du vander en plante, suger den op gennem vandet kapillær virkning. Så vandrer vandet fra rødderne gennem rørene, der kaldes xylem fartøjer. Vand når plantens blade og undslipper gennem små huller, der hedder stomata, som åbner, når anlægget skal køle ned. Denne proces kaldes transpiration og ligner hvordan folk (og nogle dyr) sveder. Kuldioxid går også ind i planten gennem stomata.

Behandling af vand er mere kompliceret hos dyr og mennesker, selvom det også ligner på mange måder. Vand, du spiser, absorberes i øvre tyndtarm via osmose. Det kommer ind i blodbanen og transporteres over hele kroppen. I modsætning til planteceller har dyrceller imidlertid ingen cellevægge. Det er derfor dyr har kredsløbssystemer - ellers ville vores celler absorbere vand og salt, indtil de svulmede. Vores kredsløbssystemer bevæger vand omkring vores kroppe og fjerner det efter behov gennem sved og vandladning.

Et par dyr, som en mikroskopisk organisme kaldte tartigrade, kan gå uden vand i en ekstraordinær periode. Hvis tartigrade miljø ikke har nok vand, går dyret ind i et liv uden vand, kaldet anhydrobiosis. Sukker tager plads til vand i sine celler, hvilket gør det uigennemtrængeligt for ekstreme temperaturer. Dens metabolisme sænkes, og tartigrade forbliver i denne knap levende tilstand, indtil den har nok vand til virkelig at leve igen.

Nogle planter har også fundet unikke måder at leve med lidt eller intet vand. En måde er en variation af fotosyntese kaldes Crassulacean Acid Metabolism (CAM) fotosyntese. I CAM fotosyntese lagrer en plante kuldioxid som syre og holder dens stomata lukket om dagen for at spare vand (fordampning sker langsommere om natten). Det kan endda holde sin stomata lukket hele tiden, hvis forholdene er særligt tørre. Cacti bruger CAM fotosyntese til at overleve ørkenens ekstrem varme og tørke.

Dernæst vil vi se på hvordan hydrologiske, eller vand, cyklusfunktioner.

-

Vandcyklusen

Vanddamp, der ender i skyer, kondenserer til sidst i vanddråber og udfælder som regn, slør, hagl eller sne.

Vanddamp, der ender i skyer, kondenserer til sidst i vanddråber og udfælder som regn, slør, hagl eller sne.

Vandcyklusen er den kontinuerlige bevægelse af vand i og omkring Jorden. Som tidligere nævnt går vandet aldrig rigtigt væk - det ændrer bare form.Solen driver hele vandcyklusen og er ansvarlig for sine to hovedkomponenter: kondensation og fordampning. Når solen opvarmer vandets overflade, fordampes den og ender i atmosfæren som vanddamp. Det køler og stiger, bliver skyer, som til sidst kondenserer ind i vanddråber. Afhængigt af atmosfærens temperatur og andre forhold, vandet udfældninger som regn, sløv, hagl eller sne.

Nogle af denne udfældning er fanget af træbaldakiner og fordampes igen i atmosfæren. Fældningen der rammer jorden bliver afstrømning, som kan akkumulere og fryse i snehætter eller gletsjere. Det kan også infiltrere jorden og akkumulere, til sidst lagre i grundvandsmagasiner. En akvifer er en stor deponering af grundvand, som kan udvindes og anvendes. Denne afstrømning kommer også fra smeltevand, der opstår når solen og klimaet ændrer smelte sne og is. Endelig gør noget af denne afstrømning tilbage til søer og oceaner, hvor den igen fordampes af solen. Du kan lære mere om vandcyklussen i hvordan jorden virker.

Vand, der falder til jorden og forbliver i jorden, ender med at fordampe og træde tilbage til atmosfæren. Men grundvand, som er den vigtigste kilde til vores drikkevand, kan akkumulere i akviferer i tusindvis af år. Ubegrænsede akviferer har vandbordet eller overfladen, hvor vandtrykket er lig med atmosfæretryk, som deres øvre grænser. Begrænsede akviferer ligger ofte under ubegrænsede akviferer og har et lag rock eller andre materialer som deres øvre grænser.

I USA, det ældste grundvand, kendt som fossilt vand, er indeholdt i Ogallala Aquifer. Ligger under omkring 450.000 kvadratkilometer af otte stater i Great Plains, lagrer Ogallala Aquifer ca. 2.900 millioner acre meter (kilde: High Plains / Ogallala Aquifer). Ogallala Aquifer blev dannet mellem 2 og 6 millioner år siden, da Rocky Mountain kæden blev dannet. Fordi klimaet i de store sletter er tørt, bruges vand i akvariet hurtigere, end det kan genoplades. Derfor henviser nogle videnskabsmænd til at bruge fossile vandforsyninger som vand minedrift.

Grundvand kan også eksistere på andre planeter. Billeder fra Mars Global Surveyor rumfartøjer viser, hvad der lignede gullier udskåret af floder af vand på overfladen af ​​planeten. Ifølge NASA er vandet sandsynligvis 300 til 1.300 fod (100 til 400 meter) under overfladen. Europa, en af ​​Jupiters måner, kan også have undergrundsvand. Da vores behov for vand opvejer jordens forsyning, spørger videnskabsmændene, om vi en dag kan mine til vand på de andre planeter og måner i vores solsystem.

Vand har mange unikke og fantastiske egenskaber, der gør det så vigtigt for livet. Derfor søger vi konstant bedre måder at opnå og spare på. I det næste afsnit vil vi se på disse egenskaber og lære mere om vandet selv.

Vandegenskaber

En vandstrider demonstrerer overfladespænding.

En vandstrider demonstrerer overfladespænding.

Hydrogenbindingen mellem vandmolekylerne, som vi talte om i første afsnit, er årsagen til to af vandets unikke egenskaber: samhørighed og adhæsion. Samhørighed henviser til det faktum, at vand stikker til sig selv meget let. Adhæsion betyder, at vand også stikker meget godt til andre ting, derfor spredes det ud i en tynd film på visse overflader som glas. Når vand kommer i kontakt med disse overflader, er klæbemidlets kræfter stærkere end de sammenhængende kræfter. I stedet for at stikke sammen i en bold spredes den ud.

Vand har også et højt niveau af overfladespænding. Det betyder, at molekylerne på overfladen af ​​vandet ikke er omgivet af lignende molekyler på alle sider, så de bliver kun trukket af sammenhængen fra andre molekyler dybt inde. Disse molekyler hænger stærkt sammen, men holder sig til det andet medium svagt. Et eksempel på dette er den måde, hvorpå vandperler op på voksagtige overflader, såsom blade eller voksbiler. Overfladespændingen gør disse vanddråber runde, så de dækker det mindste mulige overfladeareal.

Kapillær virkning er også et resultat af overfladespænding. Som vi nævnte, sker det i planter, når de "suger op" vand. Vandet klæber til indersiden af ​​plantens rør, men overfladespændingen forsøger at udglatte det ud. Dette gør vandet steget og hænger sammen igen, en proces, der fortsætter, indtil der er tilstrækkeligt vand til at gøre tyngdekraften begynde at trække den ned igen.

Vandets hydrogenbindinger er også derfor dens faste form, is, kan flyde på sin flydende form. Is er mindre tæt end vand, fordi vandmolekyler danner krystallinske strukturer ved frysning (32 grader Fahrenheit eller 0 grader Celsius) temperaturer. De termiske egenskaber ved vand er også forbundet med dens hydrogenbindinger. Vand er meget højt specifik varmekapacitet, hvilket er mængden af ​​varme pr. masse, der kræves for at hæve temperaturen med en grad Celsius. Den energi, der kræves for at hæve temperaturen på vand med en grad Celsius er 4,2 joules per gram. Vand har også en høj fordampningsvarme, hvilket betyder at det kan tage meget varme uden at temperaturen stiger meget. Dette spiller en stor rolle i klimaet, fordi det betyder, at oceaner tager lang tid at varme op.

Vand er ofte kendt som universelt opløsningsmiddel, hvilket betyder at mange stoffer opløses i det. Stoffer, der opløses i vand er hydrofile. Det betyder, at de er så stærke eller stærkere end vandets sammenhængende kræfter. Salt og sukker er både polære, ligesom vand, så de opløses meget godt i det.Stoffer, der ikke opløses i vand er hydrofob. Dette er kilden til udtrykket "olie og vand blandes ikke." Vandets solvens er hvorfor det vand, vi bruger, sjældent er rent; det har normalt flere mineraler opløst i den.

Tilstedeværelsen af ​​disse mineraler er forskellen mellem hårdt vand og blødt vand. Hårdt vand indeholder normalt meget calcium og magnesium, men kan også indeholde metaller. Sæbe vil ikke skumme godt i hårdt vand, men hårdt vand er normalt ikke farligt. Det kan også forårsage kalkskalaaflejringer i rør, vandvarmere og toiletter.

Nogle af de seneste kontroverser om vandets egenskaber ligger i, hvordan is opfører sig, når det smelter. Nogle forskere hævder at det ser ud til det samme som det gør, når det er solidt, bortset fra at nogle af dets hydrogenbindinger er brudt. Andre hævder, at det udgør en helt ny struktur. Så for al sin betydning forstår vi stadig ikke helt vand.

For mere information om vand og relaterede emner, se linkene på næste side.

-


Video Supplement: Sådan fungerer en luft-til-vand varmepumpe fra OK.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com