Visas teorijas par dzīvības izcelsmi uz Zemes ir kaut kādā veidā saistītas ar ūdeni. Viņa vienmēr ir ar mums, turklāt mūsos. Visparastākais, vienkāršākais ūdens, kas iekļauts ķermeņa audos, padara iespējamu katru jaunu elpu un sirdspukstus. Tas piedalās visos šajos procesos savu unikālo īpašību dēļ.
Kas ir ūdens: definīcija
No zinātniskā viedokļa planētas galvenais šķidrums ir ūdeņraža oksīds – binārs neorganisks savienojums. Ūdens molekulārā formula, iespējams, ir zināma ikvienam. Katrs tā struktūras elements sastāv no viena skābekļa atoma un diviem ūdeņraža atomiem, kas savienoti ar polāro kovalento saiti. Normālos apstākļos tas ir šķidrā stāvoklī, tam nav garšas un smaržas. Nelielos daudzumos tīrs ūdens bez piemaisījumiem ir bezkrāsains.
Bioloģiskā loma
Ūdens ir galvenais šķīdinātājs. Tā ir molekulas struktūras būtība, kas padara šādu definīciju iespējamu. Ūdens īpašības ir saistītas ar tā polarizāciju: katrai molekulai ir divi stabi. Negatīvs ir saistīts ar skābekli, unpozitīvs - ar ūdeņraža atomiem. Ūdens molekula spēj veidot tā saucamās ūdeņraža saites ar citu vielu daļiņām, piesaistot pretī lādētus atomus pie tās "+" un "-". Šajā gadījumā vielai, kas kļūst par šķīdumu, arī jābūt polarizētai. Vienu tā molekulu ieskauj vairākas ūdens daļiņas. Pēc transformācijas viela kļūst reaktīvāka. Ūdeni kā šķīdinātāju izmanto visas dzīvo organismu šūnas. Šī ir viena no tām īpašībām, kas nosaka tās bioloģisko lomu.
Trīs valstis
Ūdens mums ir zināms trīs veidos: šķidrs, ciets un gāzveida. Pirmais no šiem agregācijas stāvokļiem, kā jau minēts, ir raksturīgs ūdenim normālos apstākļos. Normālā atmosfēras spiedienā un temperatūrā zem 0 ºС tas kļūst par ledu. Ja vielas uzkarsēšana sasniedz 100 ºС, no šķidruma veidojas tvaiki.
Jāņem vērā, ka pēc struktūras līdzīgas vielas normālos apstākļos ir gāzveida stāvoklī un tām ir zema viršanas temperatūra. Ūdens relatīvās stabilitātes iemesls ir ūdeņraža saites starp molekulām. Lai nonāktu tvaika stāvoklī, tie ir jāsalauž. Ūdeņraža saites ir pietiekami spēcīgas, ka to pārraušanai ir nepieciešams daudz enerģijas. Līdz ar to augstā viršanas temperatūra.
Virsmas spraigums
Ūdeņraža saišu dēļ ūdenim ir augsts virsmas spraigums. Šajā ziņā tas ir otrajā vietā pēc dzīvsudraba. Virsmas spraigums rodas uz divu dažādu nesēju robežas, un tas prasa noteiktu summuenerģiju. Šis īpašums rada interesantus efektus. Bezsvara stāvoklī piliens iegūst sfērisku formu, jo šķidrumam ir tendence samazināt savu virsmu, lai taupītu enerģiju. Līdzīgi ūdens dažreiz uzvedas uz materiāliem, kas nav samitrināti. Piemērs ir rasas piliens uz lapām. Virsmas spraiguma spēka dēļ pa dīķa virsmu var slīdēt ūdenslīdēji un citi kukaiņi.
Izolators vai vadītājs?
Dzīvības drošības stundās bērniem bieži māca, ka ūdens ir labs elektrības vadītājs. Tomēr tā nav gluži taisnība. Savas struktūras īpatnību dēļ tīrs ūdens ir vāji disociēts un nevada strāvu. Tas ir, patiesībā, tas ir izolators. Tomēr normālos apstākļos ir praktiski neiespējami satikt tik tīru ūdeni, jo tas izšķīdina daudzas vielas. Pateicoties daudziem piemaisījumiem, šķidrums kļūst par vadītāju. Turklāt spēja vadīt elektrību var noteikt, cik tīrs ir ūdens.
Refrakcija un absorbcija
Vēl viena ūdens īpašība, kas visiem zināma no skolas laikiem, ir spēja lauzt gaismas starus. Pēc šķidruma izlaišanas gaisma nedaudz maina virzienu. Šis efekts ir saistīts ar varavīksnes veidošanos. Arī gaismas laušana un mūsu uztvere par to ir pamatā kļūdām, nosakot ūdenstilpju dziļumu: tas vienmēr šķiet mazāks, nekā tas patiesībā ir.
Tomēr spektra redzamās daļas gaisma tiek lauzta. Un, piemēram, infrasarkanie ūdens staritiek absorbēti. Tāpēc rodas siltumnīcas efekts. Lai saprastu ūdens slēptās iespējas šajā ziņā, var atsaukties uz Venēras atmosfēras īpašībām. Saskaņā ar vienu versiju, ūdens iztvaikošana izraisīja siltumnīcas efektu uz šīs planētas.
Ūdens krāsa
Ikviens, kurš ir redzējis jūru vai kādu svaigu ūdenstilpi un salīdzinājis to ar šķidrumu glāzē, ir pamanījis zināmu neatbilstību. Ūdens krāsa dabīgā vai mākslīgā rezervuārā nekad nesakrīt ar to, kas tiek novērots krūzē. Pirmajā gadījumā tas ir zils, zils, pat zaļgani dzeltens, otrajā tā vienkārši nav. Tātad, kādā krāsā īsti ir ūdens?
Izrādās, ka tīrs šķidrums nav bezkrāsains. Tam ir nedaudz zilgana nokrāsa. Ūdens krāsa ir tik bāla, ka nelielos daudzumos šķiet pilnīgi caurspīdīga. Tomēr dabiskos apstākļos tas parādās visā savā krāšņumā. Turklāt daudzi piemaisījumi, piemēram, elektrības vadīšanas gadījumā, maina ūdens īpašības. Ikviens vismaz reizi ir saticis zaļu dīķi vai brūnganas peļķes.
Ūdens un dzīvības krāsa
Rezervuāra krāsa bieži vien ir atkarīga no tajā aktīvi savairojošiem mikroorganismiem, iežu piemaisījumiem. Zaļganā ūdens krāsa bieži norāda uz mazu aļģu klātbūtni. Jūrā šajā ēnā krāsotās vietās, kā likums, ir daudz dzīvu radību. Tāpēc makšķernieki vienmēr pievērš uzmanību tam, kādā krāsā ir ūdens. Skaidri zilajos ūdeņos ir nabadzīgs planktons, un līdz ar to tie, kas ar tiem barojas.
Dažreiz mikroorganismi piešķir visdīvainākās nokrāsas. Ir zināmi ezeri ar šokolādes krāsas ūdeni. Vienšūnu aktivitāteaļģes un baktērijas padara ūdenstilpi tirkīza krāsā Floresas salā Indonēzijā.
Šveicē, pie Sanetsch pārejas, ir ezers ar spilgti rozā ūdeni. Nedaudz bālākā nokrāsā ir ūdenstilpne Senegālā.
Krāsains brīnums
Tūristu priekšā Amerikā, Jeloustonas nacionālajā parkā, paveras pārsteidzošs skats. Šeit atrodas Morning Glory ezers. Tās ūdeņiem ir vistīrākā zilā krāsa. Šīs ēnas iemesls ir vienas un tās pašas baktērijas. Jeloustouna ir slavena ar daudziem geizeriem un karstajiem avotiem. Morning Glory ezera apakšā ir šaura vulkāna atvere. No turienes paceļošais siltums uztur ūdens temperatūru, kā arī baktēriju attīstību. Reiz viss ezers bija kristālzils. Taču laika gaitā vulkāna mute aizsērējās, ko veicināja tūristi ar savu mīlestību mest monētas un citus atkritumus. Rezultātā virsmas temperatūra pazeminājās, un šeit sāka vairoties cita veida baktērijas. Mūsdienās ūdens krāsa mainās līdz ar dziļumu. Apakšā ezers joprojām ir dziļi zils.
Pirms vairākiem miljardiem gadu ūdens veicināja dzīvības rašanos uz Zemes. Kopš tā laika tā nozīme nemaz nav mazinājusies. Ūdens ir nepieciešams vairākām ķīmiskām reakcijām, kas notiek šūnu līmenī, tas ir daļa no visiem audiem un orgāniem. Okeāni klāj aptuveni 71% no planētas virsmas, un tiem ir milzīga loma tādas milzu sistēmas kā Zeme stabilitātes uzturēšanā. Ūdens fizikālās un ķīmiskās īpašības ļauj to saukt par galveno vielu visam dzīvajam. Rezervuāri, kas ir daudzšūnu mikroorganismu dzīvotne, turklāt kļūst par skaistuma un iedvesmas avotu, demonstrē dabas milzīgās radošās spējas.
