Большая Советская Энциклопедия (ВО) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 3

  В. в природе. В. широко распространена в природе. Гидросфера — водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, озёра, водохранилища, реки, подземные В., почвенную влагу, составляет около 1,4—1,5 млрд. км³ , причём на долю В. суши приходится всего около 90 млн. км³ . Из них подземные воды составляют 60, ледники 29, озёра 0,75, почвенная влага 0,075, реки 0,0012 млн. км³ . В атмосфере В. находится в виде пара, тумана и облаков, капель дождя и кристаллов снега (всего около 13—15 тыс. км³ ). Около 10% поверхности суши постоянно занимают ледники. На севере и северо-востоке СССР, на Аляске и Севере Канады — общей площадью около 16 млн. км² всегда сохраняется подпочвенный слой льда (всего около 0,5 млн. км³ . В земной коре — литосфере содержится, по разным оценкам, от 1 до 1,3 млрд. км³ В., что близко к содержанию её в гидросфере. В земной коре значительные количества В. находятся в связанном состоянии, входя в состав некоторых минералов и горных пород (гипс, гидратированные формы кремнезёма, гидросиликаты и др.). Огромные количества В. (13—15 млрд. км³ ) сосредоточены в более глубоких недрах мантии Земли . Выход В., выделявшейся из мантии в процессе разогревания Земли на ранних стадиях её формирования, и дал, по современным воззрениям, начало гидросфере. Ежегодное поступление В. из мантии и магматических очагов составляет около 1 км³. Имеются данные о том, что В., хотя бы частично, имеет «космическое» происхождение: протоны, пришедшие в верхнюю атмосферу от Солнца, захватив электроны, превращаются в атомы водорода, которые, соединяясь с атомами кислорода, дают H₂ O. В. входит в состав всех живых организмов, причём в целом в них содержится лишь вдвое меньше В., чем во всех реках Земли. В живых организмах количество В., за исключением семян и спор, колеблется между 60 и 99,7% по массе. По словам французского биолога Э. Дюбуа-Реймона, живой организм есть l'eau animée (одушевлённая вода). Все воды Земли постоянно взаимодействуют между собой, а также с атмосферой, литосферой и биосферой (см. Влагооборот , Водный баланс )/

  В. в природных условиях всегда содержит растворённые соли, газы и органические вещества. Их количественный состав меняется в зависимости от происхождения В. и окружающих условий. При концентрации солей до 1 г/кг В. считают пресной, до 25 г/кг   — солоноватой, свыше — солёной.

  Наименее минерализованными В. являются атмосферные осадки (в среднем около 10—20 мг/кг ), затем пресные озёра и реки (50—1000 мг/кг ). Солёность океана колеблется около 35 г/кг; моря имеют меньшую минерализацию (Чёрное 17—22 г/кг ; Балтийское 8—16 г/кг ; Каспийское 11—13 г/кг ). Минерализация подземных В. вблизи поверхности в условиях избыточного увлажнения составляет до 1 г/кг , в засушливых условиях до 100 г/кг , в глубинных артезианских В. минерализация колеблется в широких пределах. Максимальные концентрации солей наблюдаются в соляных озёрах (до 300 г/кг ) и глубокозалегающих подземных В. (до 600 г/кг ).

  В пресных В. обычно преобладают ионы HCO₃^- , Са²⁺ и Mg²⁺ . По мере увеличения общей минерализации растет концентрация ионов SO₄^2- , Cl^- , Na⁺ и К⁺ . В высо-коминерализованных В. преобладают ионы Cl^- и Na⁺ , реже Mg²⁺ и очень редко Ca²⁺ . Прочие элементы содержатся в очень малых количествах, хотя почти все естественные элементы периодической системы найдены в природных В.

  Из растворённых газов в природных В. присутствуют азот, кислород, двуокись углерода, благородные газы, редко сероводород и углеводороды. Концентрация органических веществ невелика — в среднем в реках около 20 мг/л , в подземных В. ещё меньше, в океане около 4 мг/л . Исключение составляют В. болотные и нефтяных месторождений и В., загрязнённые промышленными и бытовыми стоками, где количество их бывает выше. Качественный состав органических веществ чрезвычайно разнообразен и включает различные продукты жизнедеятельности организмов, населяющих В., и соединения, образующиеся при распаде их остатков.

  Первоисточниками солей природных В. являются вещества, образующиеся при химическом выветривании изверженных пород (Ca²⁺ , Mg²⁺ , Na⁺ , К⁺ и др.), и вещества, выделявшиеся на протяжении всей истории Земли из её недр (CO₂ , SO₂ , HCI, NH₃ и др.). От разнообразия состава этих веществ и условий, в которых происходило их взаимодействие с В., зависит состав В. Громадное значение для состава В. имеет и воздействие живых организмов (см. также Гидрохимия ).

  Изотопный состав В. В связи с существованием двух стабильных изотопов у водорода (¹ H и ² H, обычно обозначаемые Н и D) и трёх у кислорода (¹⁶ O,¹⁷ O и ¹⁸ O) известно 9 изотопных разновидностей В., которые находятся в природной В. в среднем в следующих соотношениях (в молярных %): 99,73 H₂¹⁶ O; 0,04 H₂¹⁷ O; 0,20 H₂¹⁸ O, 0,03 HD^’16 O, а также 10^-5 —10^-15 %(суммарно) HD¹⁷ O, HD¹⁸ O, D₂¹⁶ O, D₂¹⁷ O, D₂¹⁸ O. Особый интерес представляет тяжёлая вода D₂ O, содержащая дейтерий . В В. Земли находится всего13—20 кг «сверхтяжёлой» В.. содержащей радиоактивный изотоп водорода — тритий (³ H, или Т).

  Историческая справка. Благодаря широкой распространённости В. и её роли в жизни людей, она издавна считалась первоисточником жизни. Представление философов античности о В. как о начале всех вещей нашло отражение в учении Аристотеля (4 в. до н. э.) о четырёх стихиях (огне, воздухе, земле и В.), причём В. считалась носителем холода и влажности. Вплоть до конца 18 в. в науке существовало представление о В. как об индивидуальном химическом элементе. В 1781—82 английский учёный Г. Кавендиш впервые синтезировал В., взрывая электрической искрой смесь водорода и кислорода, а в 1783 французский учёный А. Лавуазье , повторив эти опыты, впервые сделал правильный вывод, что В. есть соединение водорода и кислорода. В 1785 Лавуазье совместно с французским учёным Ж. Менье определил количественный состав В. В 1800 английские учёные У. Николсон и А. Карлейль разложили В. на элементы электрическим током. Таким образом, анализ и синтез В. показали сложность её состава и позволили установить для неё формулу H₂ O. Изучение физических свойств В. началось ещё до установления её состава в тесной связи с другими научно-техническими проблемами. В 1612 итальянский учёный Г. Галилей обратил внимание на меньшую плотность льда сравнительно с жидкой В. как на причину плавучести льда. В 1665 голландский учёный Х. Гюйгенс предложил принять температуру кипения и температуру плавления В. за опорные точки шкалы термометра. В 1772 французский физик Делюк нашёл, что максимум плотности В. лежит при 4°С; при установлении в конце 18 в. метрической системы мер и весов это наблюдение было использовано для определения единицы массы — килограмма . В связи с изобретением паровой машины французские учёные Д. Араго и П. Дюлонг (1830) изучили зависимость давления насыщенного пара В. от температуры. В 1891—97 Д. И. Менделеев дал формулы зависимости плотности В. от температуры. В 1910 американский учёный П. Бриджмен и немецкий учёный Г. Тамман обнаружили у льда при высоком давлении несколько полиморфных модификаций. В 1932 американские учёные Э. Уошберн и Г. Юри открыли тяжёлую В. Развитие физических методов исследования позволило существенно продвинуться в изучении структуры молекул В., а также строения кристаллов льда. В последние десятилетия особое внимание учёных привлекает структура жидкой В. и водных растворов .