Vatten är livets väsen. Ingen levande varelse på jorden kan överleva länge utan den. Trout55/Getty Images I sin renaste form, det är luktfritt, nästan färglös och smaklös. Det är i din kropp, maten du äter och dryckerna du dricker. Du använder den för att rengöra dig själv, dina kläder, dina rätter, din bil och allt annat omkring dig. Du kan resa på den eller hoppa i den för att svalka dig under varma sommardagar. Många av de produkter som du använder varje dag innehåller den eller tillverkades med den. Alla former av liv behöver det, och om de inte får nog av det, de dör. Politiska tvister har centrerats kring det. På några ställen, det är uppskattat och otroligt svårt att få. I andra, det är otroligt lätt att få och sedan slösas bort. Vilket ämne är mer nödvändigt för vår existens än något annat? Vatten.
På sitt mest grundläggande, vatten är en molekyl med en syreatom och två väteatomer, sammanbundna av delade elektroner . Det är en V-formad polär molekyl , vilket betyder att den laddas positivt nära väteatomerna och negativt nära syreatomen. Vattenmolekyler lockas naturligt och håller fast vid varandra på grund av denna polaritet, bildar en vätebindning . Denna vätebindning är orsaken bakom många av vattnets speciella egenskaper, till exempel det faktum att det är tätare i flytande tillstånd än i fast tillstånd (is flyter på vatten). Vi kommer att titta närmare på dessa speciella egenskaper senare.
Vatten är det enda ämnet som förekommer naturligt som ett fast ämne (is), en vätska och en gas (vattenånga). Den täcker cirka 70 procent av jorden för totalt cirka 332,5 miljoner kubikmil (1, 386 miljoner kubik kilometer) [källa:U.S. Geological Survey]. Om du är bekant med raderna "Vatten, vatten, överallt, inte heller någon droppe att dricka "ur dikten" The Rime of the Ancient Mariner, "du förstår att det mesta av detta vatten - 97 procent av det - är odrickbart eftersom det är saltvatten (se illustration på nästa sida). Endast 3 procent av världens vattenförsörjning är sötvatten, och 77 procent av det är fryst. Av de 23 procent som inte är frysta, bara en halv procent finns tillgänglig för varje anläggning, djur och person på jorden med allt vatten de behöver för att överleva [källa:National Geographic].
Så vatten är ganska enkelt, höger? Faktiskt, det finns många saker om det som forskare fortfarande inte helt förstår. Och problemet med att se till att tillräckligt med ren, drickbart vatten är tillgängligt för alla och allt som behöver det är allt annat än enkelt. I den här artikeln, vi kommer att titta på några av dessa problem. Vi kommer också att utforska exakt vilka växter, djur och människor gör med vatten och lär sig mer om vad som gör vatten så speciellt.
Innehåll
Var kommer vårt vatten ifrån? Det diskuteras ofta i nyheterna om världens minskande vattenförsörjning, men detta är inte helt korrekt. Mängden vatten minskar inte, men efterfrågan på det ökar stadigt. Vissa forskare tror att världens befolkning, för närvarande på 6 miljarder, kommer att fördubblas år 2050 [källa:Cossi]. Dessutom, mängden vatten som är rent och drickbart minskar stadigt på grund av föroreningar.
För många människor i industriländer, att få vatten är lika enkelt som att slå på en kran, och det är ganska billigt. Men sötvatten är inte jämnt fördelat över hela världen. Mer än hälften av världens vattenförsörjning finns i bara nio länder:USA, Kanada, Colombia, Brasilien, Demokratiska republiken Kongo, Ryssland, Indien, Källa i Kina och Indonesien:World Business Council for Sustainable Development]. Stadsområden, självklart, har ett större behov av vatten utöver grunderna för dricka och sanitet. Men överbefolkning i outvecklade länder gör att många människor inte ens förstår grunderna.
Det mesta av världens sötvatten - cirka 2,4 miljoner kubikmil (10 miljoner kubikkilometer) av det - finns i underjorden akviferer . Resten kommer från:
[källa:World Business Council for Sustainable Development]
Vattenfördelning har allt att göra med politiska gränser, ekonomisk utveckling och rikedom. I Mexico City, till exempel, 9 procent av befolkningen använder 75 procent av tillgängligt vatten, och en sönderfallande infrastruktur innebär att upp till hälften av vattenförsörjningen går förlorad genom rörläckor och avdunstning [källa:Cossi].
Vissa länder har inte tillräckligt med rent vatten för sin snabbt växande befolkning, och de har inte råd med den infrastruktur som behövs för att rengöra och transportera den. Till exempel, de flesta människor i Kinas städer lider av vattenbrist, och det mesta av Kinas grundvatten, sjöar och floder är förorenade. Omkring 700 miljoner kineser har endast tillgång till dricksvatten som inte uppfyller standarder som fastställts av Världshälsoorganisationen [källa:WHO].
Länder i Mellanöstern använder minst vatten per person eftersom det finns så få naturliga sötvattenkällor. I kontrast, användningen av vatten är högre i USA än i något annat land, med runt 60, 000 kubikfot (1, 700 kubikmeter) vatten som används per person 2002 [källa:Organisationen för ekonomiskt samarbete och utveckling]. Men även inom USA, det finns vissa stater och regioner som inte innehåller tillräckligt med vatten för att förse sin befolkning. Kustområdena i Florida har så mycket saltvatten att de måste ha sötvatten ledat in från inre områden, vilket har lett till politiska tvister om kontrollen över vattenförsörjningen.
Detta flygfoto visar skador på Aralsjön orsakade av avledning av vattnet. Foto med tillstånd av NASA På många områden, vatten regleras och distribueras av regeringar. I USA, det regleras av Lagen om säkert dricksvatten . Dock, Regeringskontroll är inte alltid i alla människors bästa. På 1930 -talet, att bevattna bomullsfält, sovjetregeringen skapade kanaler för att avleda floderna som matade Aralsjön (som ligger mellan Kazakstan och Uzbekistan). Som ett resultat, havets yta har krympt med mer än 50 procent och dess volym med 80 procent under de senaste 50 åren [källa:Swanson]. Dess salthalt ökade och det blev förorenat med bekämpningsmedel, avrinning av gödselmedel och industriavfall. Förlusten av havet innebar en nedgång för det kommersiella fiskeindustrin, vilket hjälpte till att skicka regionen till fattigdom. Föroreningarna från den exponerade havsbotten har hittats i blodet från Antarktis pingviner [källa:Swanson].
Vissa regioner har privatiserat sin vattendistribution, vilket ofta har lett till konflikter. I slutet av 1980 -talet Storbritannien sålde sina vattenbrädor (statliga vattenförsörjningsorganisationer) till privata företag, vilket förbättrade infrastrukturen. Många var upprörda över att företag kunde tjäna på ett sådant grundläggande behov, särskilt när människor som inte kunde betala sina räkningar fick hårda straff. Problemet åtgärdades senare med lagstiftning.
År 2000 och 2005, demonstranter gick ut på gatorna i Bolivia för att protestera mot privatiseringen av vattenförsörjningen. När utländska företag tog över Bolivias vattensystem, kostnaden för vatten blev för dyr för de fattiga. I staden El Alto, "kostnaden för att få en vatten- och avloppsanslutning översteg ett halvårsinkomst till minimilönen" [källa:Shultz]. Upproret 2000, kallade "bolivianska vattenkrig, "ledde till krigsrätt och 100 skador. Efter båda händelserna, den bolivianska regeringen avbröt avtalen med det privata företaget.
För närvarande, mer än en miljard människor, cirka 17 procent av världens befolkning, har inte tillgång till rent vatten [källa:Världshälsoorganisationen]. Det finns flera statliga och icke -statliga organisationer, inklusive UNICEF och vattenhjälp, arbetar för att hjälpa fattiga samhällen i Asien och Afrika att få hållbara leveranser av dricksvatten och sanitetsanläggningar. Vattenbrist händer i USA, också - många stater har program för att hjälpa missgynnade med att skaffa tillräckligt med vatten och betala sina vatten- och avloppsräkningar.
Självklart, brist på vatten är ett stort problem. Men varför är det, exakt? I nästa avsnitt, vi ska titta på den roll som vatten spelar i människokroppen.
Bevara vatten
Ett sätt du kan hjälpa till att minska efterfrågan på vatten är att spara vatten året runt. Många områden förbjuder att vattna din gräsmatta och trädgård när vattnet är lågt, men här är några enkla saker du kan göra på egen hand:
För fler tips, kolla in den här länken från EPA.
Läs mer
Varför behöver människor vatten? Våra kroppar är cirka 60 procent vatten [källa:Mayo Clinic]. Vatten reglerar vår kroppstemperatur, flyttar näringsämnen genom våra celler, håller våra slemhinnor fuktiga och spolar avfall från våra kroppar. Våra lungor är 90 procent vatten, våra hjärnor är 70 procent vatten och vårt blod är mer än 80 procent vatten. Enkelt uttryckt, vi kan inte fungera utan det. De flesta svettas ut cirka två koppar vatten per dag (0,5 liter). Varje dag, vi tappar också lite mer än en kopp vatten (237 ml) när vi andas ut, och vi eliminerar cirka sex koppar (1,4 l) av den. Vi förlorar också elektrolyter - mineraler som natrium och kalium som reglerar kroppens vätskor. Så hur byter vi ut det?
Vi kan få cirka 20 procent av det vatten vi behöver genom maten vi äter. Vissa livsmedel, som vattenmelon, är nästan 100 procent vatten. Även om mängden vatten som vi behöver varje dag varierar, det brukar vara cirka åtta koppar (2 l). Men istället för att oroa dig för att få i de åtta kopparna, du ska bara dricka när du börjar känna dig törstig. Du kan få ditt vatten genom att dricka andra drycker - men vissa drycker, som alkohol, kan göra dig mer uttorkad.
Om din urin är mörkgul, du kanske inte dricker tillräckligt med vatten. Självklart, du behöver mer vatten när du tränar; sjuk med diarré, kräkningar eller feber; eller i en varm miljö under lång tid. De flesta människor kan överleva bara några dagar utan vatten, även om det beror på ett antal faktorer, inklusive deras hälsa och miljö. Vissa har gått så länge som två veckor. Anhängare av en buddhistisk pojke som mediterar i Nepal hävdar att han har gått två år utan mat eller vatten, men läkare har inte kunnat underbygga detta [källa:All Headline News].
När du inte får tillräckligt med vatten, eller tappar för mycket vatten, du blir uttorkad . Tecken på mild uttorkning inkluderar muntorrhet, överdriven törst, yrsel, yrsel och svaghet. Om människor inte får vätska vid denna tidpunkt, de kan uppleva svår uttorkning, som kan orsaka kramper, snabb andning, en svag puls, lös hud och nedsänkta ögon. I sista hand, uttorkning kan leda till hjärtsvikt och död.
Dehydrering orsakad av diarré är en stor dödsorsak i outvecklade länder. Nästan 2 miljoner människor, mest barn, dör av det varje år [källa:WHO]. Att dricka vatten som är förorenat med biologiska föroreningar och inte ha tillgång till lämpliga sanitära anläggningar kan leda till sjukdomar som malaria och kolera och parasiter som kryptosporidios och schistosomiasis. Vatten kan också förorenas med kemikalier, bekämpningsmedel och andra naturligt förekommande ämnen.
På nästa sida lär vi oss om rening av vatten.
Vatten som är säkert att dricka kallas dricksvatten , eller dricksvatten, i kontrast till säkert vatten , som kan användas för bad eller rengöring. I USA, miljöskyddsmyndigheten fastställer maxnivåer för de 90 vanligaste föroreningarna. Om något händer med din vattenförsörjning, din leverantör måste kontakta dig för att meddela dig vilka försiktighetsåtgärder du bör vidta.
Vattenbehandling kräver sex grundläggande steg.
I nästa avsnitt, vi ska titta närmare på exakt hur vatten cirkulerar i djur- och växtceller.
VattenöverlevnadsteknikerOm ditt vatten blir förorenat och du inte har vatten på flaska, du kan rena det på några olika sätt. Om det är grumligt, filtrera det först genom rena trasor eller låt det sätta sig och häll sedan av det klara vattnet. Sedan, du kan koka vattnet i en minut för att döda de flesta sjukdomsframkallande organismerna.
Du kan också lägga till en åttondel av en tesked klorblekmedel per gallon vatten (eller följ anvisningarna på etiketten). Du bör fördubbla mängden om vattnet är missfärgat eller grumligt. Rör om och låt stå i 30 minuter. Klorblekningstabletter säljs i campingförrådsbutiker för att rena vatten för att dricka. Du kan också använda fem droppar jod per gallon för att desinficera vatten.
Förvara kokt eller desinficerat vatten i rent, täckta behållare. Om det kokta vattnet smakar för platt eller klorsmaken är för stark, häll den från en behållare till en annan.
Läs mer
Vatten reglerar temperaturen på växter och transporterar näringsämnen genom dem. Martin Poole/Digital Vision/Getty Images Växter innehåller ännu mer vatten än djur gör - de flesta av dem är allt från 90 till 95 procent vatten [källa:BBC]. Precis som det gör hos djur, vatten reglerar plantans temperatur och transporterar näringsämnen genom den. Men istället för att ta i vatten genom att dricka och äta, växter får det genom dagg, bevattning och nederbörd.
Växter tar in vatten genom sina rötter, och gröna använder det i fotosyntes , vilket är hur de skapar socker till mat. (Du kan lära dig mer om processen för fotosyntes i Hur jorden fungerar.) Växter behöver också vatten för att försörja sig. Tryck från processen med osmos - rörelsen av vatten från utsidan till insidan av växtens celler- håller växtens cellväggar uppe.
När du vattnar en växt, det suger upp vattnet kapillärverkan . Därefter rör sig vattnet från rötterna genom kallade rör xylemkärl . Vatten når plantans löv och flyr genom små hål som kallas stomata , som öppnas när växten behöver svalna. Denna process kallas transpiration och liknar hur människor (och vissa djur) svettas. Koldioxid kommer också in i växten genom stomata.
Bearbetning av vatten är mer komplicerat hos djur och människor, även om det också är likt på många sätt. Vatten som du konsumerar absorberas i den övre tunntarmen genom osmos. Det kommer in i blodomloppet och transporteras över hela kroppen. Till skillnad från växtceller, dock, djurceller har inte cellväggar. Det är därför djuren har cirkulationssystem - annars våra celler skulle absorbera vatten och salt tills de svullnade. Våra cirkulationssystem flyttar vatten runt våra kroppar och tar bort det efter behov genom svettning och urinering.
Några djur, som en mikroskopisk organism som kallas tartigrade , kan gå utan vatten under en extraordinär tid. Om tartigrade -miljön inte har tillräckligt med vatten, djuret går in i ett liv utan vatten, kallad anhydrobios . Socker tar platsen för vatten i sina celler, vilket gör det ogenomträngligt för extrema temperaturer. Metabolismen sänks, och tartigrade stannar i detta knappt levande tillstånd tills det har tillräckligt med vatten för att verkligen leva igen.
Vissa växter har också hittat unika sätt att leva med lite eller inget vatten. Ett sätt är en variant av fotosyntes som kallas Crassulacean Acid Metabolism (CAM) fotosyntes . I CAM -fotosyntes, en växt lagrar koldioxid som syra och håller stomatan stängd under dagen för att spara vatten (avdunstning sker långsammare på natten). Det kan till och med hålla stomatan stängd hela tiden om förhållandena är särskilt torra. Kaktusar använder CAM -fotosyntes för att överleva ökenens extrema hetta och torka.
Nästa, vi ska titta på hur hydrologisk , eller vatten, cykelfunktioner.
Vattenånga som hamnar i moln kondenserar så småningom till vattendroppar och fäller ut som regn, snöblandat regn, hagel eller snö. Pete Turner/The Image Bank/Getty Images Vattencykeln är den kontinuerliga rörelsen av vatten i och runt jorden. Som tidigare nämnt, vatten försvinner aldrig riktigt - det ändrar bara form. Solen driver hela vattencykeln och är ansvarig för dess två huvudkomponenter: kondensation och avdunstning . När solen värmer vattenytan, den avdunstar och hamnar i atmosfären som vattenånga. Det svalnar och stiger, blir moln, som så småningom kondenseras till vattendroppar. Beroende på atmosfärens temperatur och andra förhållanden, vattnet utfällningar som regn, snöblandat regn, hagel eller snö.
En del av denna nederbörd fångas upp av trädtak och förångas igen till atmosfären. Nederbörden som träffar marken blir avrinning , som kan ackumuleras och frysa in i snölock eller glaciärer. Det kan också infiltrera marken och ackumuleras, så småningom lagras i akviferer . En akvifer är en stor fyndighet av grundvatten som kan utvinnas och användas. Denna avrinning kommer också från snösmältning , som uppstår när solen och klimatförändringarna smälter snö och is. Till sist, en del av denna avrinning gör att den går tillbaka till sjöar och hav, där det förångas igen av solen. Du kan lära dig mer om vattencykeln i Hur jorden fungerar.
Vatten som faller till marken och stannar kvar i jorden slutar förångas och återgå till atmosfären. Men grundvatten, som är den största källan till vårt dricksvatten, kan ackumuleras i vattendrag under tusentals år. Obegränsade akviferer ha vattenbordet, eller ytan där vattentrycket är lika med atmosfärstryck, som deras övre gränser. Begränsade akviferer ligger ofta nedanför obegränsade akviferer och har ett lager av sten eller andra material som övre gränser.
I USA, det äldsta grundvattnet, känd som fossilt vatten, finns i Ogallala Aquifer. Ligger under cirka 175, 000 kvadratkilometer (450, 000 kvadratkilometer) av åtta stater på Great Plains, Ogallala Aquifer lagrar cirka 2, 900 miljoner tunnland (3, 600 miljoner kilometer i kuber) vatten [källa:High Plains/Ogallala Aquifer]. Ogallala Aquifer bildades för mellan 2 och 6 miljoner år sedan, när Rocky Mountain -kedjan bildades. Eftersom klimatet på de stora slätterna är torrt, vatten i akvifern används snabbare än det kan laddas. Det är därför som vissa forskare hänvisar till att använda fossila vattendrag som vatten brytning .
Grundvatten kan också finnas på andra planeter. Bilder från rymdfarkosten Mars Global Surveyor visar hur det såg ut som rännor huggna ut av floder av vatten på planetens yta. Enligt NASA, vattnet är förmodligen 300 till 1, 300 fot (100 till 400 meter) under ytan. Europa, en av Jupiters månar, kan också ha underjordiskt vatten. Eftersom vårt behov av vatten uppväger jordens tillgång, forskare undrar om vi en dag får bryta efter vatten på de andra planeterna och månarna i vårt solsystem.
Vatten har många unika och fantastiska egenskaper som gör det så viktigt för livet. Det är därför vi ständigt letar efter bättre sätt att skaffa och bevara det. I nästa avsnitt, vi kommer att titta på dessa egenskaper och lära oss mer om själva vattnet.
En vattenskyddare visar ytspänning. Steve Maslowski/Getty Images Vätebindningen mellan vattenmolekyler som vi pratade om i det första avsnittet är orsaken bakom två av vattens unika egenskaper: sammanhållning och adhesion . Sammanhållning hänvisar till det faktum att vatten lätt fastnar i sig själv. Vidhäftning innebär att vatten också håller sig mycket bra till andra saker, varför det sprider sig i en tunn film på vissa ytor, som glas. När vatten kommer i kontakt med dessa ytor, vidhäftningskrafterna är starkare än de sammanhängande krafterna. Istället för att hålla ihop i en boll, det sprider sig.
Vatten har också en hög nivå av ytspänning . Detta innebär att molekylerna på vattenytan inte omges av liknande molekyler på alla sidor, så de dras bara genom sammanhållning från andra molekyler djupt inuti. Dessa molekyler sammanhänger starkt med varandra men ansluter sig svagt till det andra mediet. Ett exempel på detta är hur vatten pärlor upp på vaxartade ytor, som löv eller vaxade bilar. Ytspänning gör att dessa vattendroppar rundas så att de täcker minsta möjliga yta.
Kapillärverkan är också ett resultat av ytspänning. Som vi nämnde, detta händer i växter när de "suger upp" vatten. Vattnet fäster vid insidan av växtens rör, men ytspänningen försöker platta ut den. Detta får vattnet att stiga och sammanhålla sig igen, en process som fortsätter tills tillräckligt med vatten byggs upp för att få gravitationen att börja dra ner den igen.
Vattens vätebindningar är också varför dess fasta form, is , kan flyta på sin flytande form. Is är mindre tät än vatten eftersom vattenmolekyler bildar kristallina strukturer vid minusgrader (32 grader Fahrenheit eller 0 grader Celsius). Vattnets termiska egenskaper är också kopplade till dess vätebindningar. Vatten har en mycket hög specifik värmekapacitet , vilket är värmemängden per massenhet som krävs för att höja temperaturen med en grad Celsius. Energin som krävs för att höja vattentemperaturen med en grad Celsius är 4,2 joule per gram. Vatten har också en hög förångningsvärme , vilket innebär att det kan ta mycket värme utan att temperaturen stiger mycket. Detta spelar en stor roll i klimatet, eftersom det betyder att det tar lång tid att värma upp havet.
Vatten är ofta känt som universellt lösningsmedel , vilket innebär att många ämnen löser sig i den. Ämnen som löser sig i vatten är hydrofil . Det betyder att de är lika starka eller starkare än vattnets sammanhållande krafter. Salt och socker är båda polära, som vatten, så de löser sig mycket bra i den. Ämnen som inte löser sig i vatten är hydrofob . Detta är källan till talesättet "olja och vatten blandas inte." Vattens solvens är varför vattnet som vi använder sällan är rent; den har vanligtvis flera mineraler upplösta i den.
Förekomsten av dessa mineraler är skillnaden mellan hårt vatten och mjukt vatten . Hårt vatten innehåller vanligtvis mycket kalcium och magnesium, men kan också innehålla metaller. Tvål skummar inte bra i hårt vatten, men hårt vatten brukar inte vara farligt. Det kan också orsaka kalkavlagringar i rör, vattenvärmare och toaletter.
Några av de senaste kontroverserna om vattens egenskaper ligger i hur is beter sig när det smälter. Vissa forskare hävdar att det ser ut ungefär som när det är fast, förutom att några av dess vätebindningar bryts. Andra hävdar att det bildar en helt ny struktur. Så för all dess betydelse, vi förstår fortfarande inte helt vatten.
För mycket mer information om vatten och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
