captcha image

Hasło zostanie wysłane na twojego e-maila.

Wydawałoby się, że na Ziemi nie ma nic bardziej pospolitego niż woda. Otóż nie, bo tak naprawdę woda jest jedną z najdziwniejszych substancji w przyrodzie.

Woda to jedna z najbardziej rozpowszechnionych substancji w przyrodzie, ale też jeden z najdziwniejszych związków chemicznych. Jako jedna z niewielu substancji może występować w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym i gazowym – i współistnieją one ze sobą w typowych ziemskich temperaturach.

Dużo i mało jednocześnie

Gdyby zgromadzić całą wodę na Ziemi w kroplę, to kula miałaby średnicę około 1500 km

Gdyby zgromadzić całą wodę na Ziemi w kroplę, to kula miałaby średnicę około 1500 km. Ta mniejsza kropla to woda uwięziona w czapach lodowych, a najmniejsza – woda słodka.

Na powierzchni Ziemi jest około 1,5 mld km sześciennych wody. W przeliczeniu na nieśmiertelne baseny olimpijskie będzie to około 800 bilionów takich basenów. Sporo.

Tylko że aż 97 proc. z tego stanowi słona woda, a w czapach lodowych w okolicy biegunów zgromadzone zostało nieco ponad 2 proc. wody. Na wodę słodką w stanie ciekłym przypada więc zaledwie niespełna 1 proc. wszystkich zasobów tej substancji na świecie. Jesteśmy szczęściarzami, że możemy z niej do woli korzystać. Nie wszyscy na naszym globie tak mają.

Kolejne zasoby wody prawdopodobnie znajdują się w płaszczu Ziemi – i być może są większe od tych z powierzchni.

Ekosfera – wyjątkowy zbieg okoliczności

To, że w ogóle żyjemy na Ziemi, zawdzięczamy zbiegowi sprzyjających okoliczności. Nasza planeta ma szczęście znajdować się w ekosferze, czyli w strefie wokół gwiazdy, w której temperatura jest zawarta między -70 a +80 °C. W ekosferze konieczna jest obecność wody ciekłej na powierzchni i niezwiązanego tlenu w atmosferze. Do tego wskazana byłaby osłona magnetyczna chroniąca przed szkodliwym dla organizmów żywych promieniowaniem kosmicznym. Ziemia idealnie spełnia te warunki. W ekosferze w Układzie Słonecznym mieszczą się również Wenus i Mars, co do których astrobiolodzy podejrzewają, że kiedyś również mogły na nich panować warunki umożliwiające powstanie życia.

Astronomowie odnaleźli skaliste planety w ekosferach również poza Układem Słonecznym. Obecnie najmocniejszą kandydatką na siostrę-bliźniaczkę Ziemi jest odkryta w 2015 roku planeta nosząca mało porywającą nazwę Kepler-452b. Jest o 60 proc. większa od Ziemi i od swojej gwiazdy otrzymuje o 10 proc. więcej energii niż nasza planeta od Słońca, więc jeśli jest na niej woda, to może istnieć w stanie ciekłym.

Gdzie jest najwięcej wody w Układzie Słonecznym?

Gdzie w Układzie Słonecznym można znaleźć wodę w stanie ciekłym?

Gdzie w Układzie Słonecznym można znaleźć wodę w stanie ciekłym?

Mimo że woda pokrywa ponad 70 proc. powierzchni naszej planety, to Ziemia wcale nie jest wodną potęgą w Układzie Słonecznym. Naukowcy szacują, że na Europie, jednym z księżyców Jowisza, jest ponad dwa razy więcej wody niż na naszym globie. Z kolei Tytan, największy księżyc Saturna, ma jej niemal 11 razy więcej niż Ziemia.

Te obliczenia wykonano, biorąc pod uwagę średnią głębokość oceanów: 4 km na Ziemi, 100 km na Europie i 200 km na Tytanie. Nie wzięto pod uwagę pokrywy lodowej, którą ma zarówno Tytan, jak i Europa.

Największa masa wody we Wszechświecie

Kwazar zasilający supermasywną czarną dziurę. Źródło: Credit: NASA/ESA

Kwazar zasilający supermasywną czarną dziurę. Źródło: Credit: NASA/ESA

Największe i najstarsze skupisko wody w znanym nam kosmosie naukowcy odkryli w kwazarze w otoczeniu supermasywnej czarnej dziury oddalonej o 12 mld lat świetlnych od Ziemi. Woda występuje tam w postaci pary wodnej, a jej objętość szacowana jest na 140 bilionów większą niż objętość wszystkich ziemskich oceanów. To oznacza, że woda była obecna we Wszechświecie niemal od samego początku jego istnienia.

Uniwersalny rozpuszczalnik

Źródło: Wikimedia

Schemat budowy cząsteczki wody (H2O). Źródło: Wikimedia

W cząsteczce wody (H2O) dwa atomy wodoru są nieco przesunięte względem atomu tlenu (kąt nachylenia to ok. 105 st.). W związku z tym cząsteczka ta ma nierównomiernie rozłożony ładunek elektryczny i dzięki temu łatwo rozrywa wiązania innych substancji polarnych (takich jak alkohol etylowy) i jonowych (jak sól kamienna).

Woda słabo rozpuszcza substancje pochodzenia organicznego, ale za to świetnie radzi sobie z substancjami mineralnymi. To dlatego, przesączając się przez podziemne warstwy skał, nasyca się składnikami mineralnymi w nich zawartymi. Jej podróż przez porowate skały może trwać nawet kilkaset lat, co np. ma miejsce w Beskidzie Sądeckim, skąd ze źródeł znajdujących się 70-100 metrów nasycona minerałami woda jest pobierana i rozprowadzana jako Kropla Beskidu.

Transport wewnątrz organizmu

Wraz z wodą dostarczamy do organizmu wiele składników odżywczych, w tym węglowodany, witaminy i substancje mineralne. Ponadto w organizmach żywych woda zajmuje się szeroko pojętym transportem jako składnik krwi, limfy czy soku komórkowego roślin.

Woda stanowi główny składnik objętości ludzkiego ciała

Ile wody jest w człowieku? Fot. allthecolor/Flickr

Ile wody jest w człowieku? Fot. allthecolor/Flickr

W temperaturze pokojowej powinna być gazem

Substancje o podobnej jak woda masie cząsteczkowej w temperaturze pokojowej są gazami. Tak jest np. w przypadku tlenu czy siarkowodoru. Ale nie wody. Dlaczego?

Przyczyną tego jest szczególny typ wiązania chemicznego wewnątrz cząsteczki wody. Atom wodoru łączy się w niej bardzo słabo z elektronami atomu tlenu sąsiedniej cząsteczki wody. Moc takiego wiązania stanowi zaledwie około 5 proc. mocy zwykłych wiązań. W efekcie każdą cząsteczkę wody niejako „oblepiają” inne cząsteczki (z którymi woda niezwykle chętnie się wiąże), co sprawia, że efektywna masa cząsteczkowa jest znacząco większa niż „ustawowo” przewidziane 18. Dlatego w temperaturze pokojowej woda pozostaje cieczą.

No i w tej samej temperaturze może istnieć również w postaci gazu, czyli pary wodnej, co już samo w sobie jest niezwykłe.

Paruje w każdej ziemskiej temperaturze

Paruje nie tylko woda, lecz również śnieg i lód, nawet w temperaturze poniżej 0 st. C, co wówczas nosi nazwę sublimacji.

Zachowanie niezgodne z prawami fizyki

Fot. Skeeze/Pixabay

Fot. Skeeze/Pixabay

Właściwości wody jako cieczy nie zawsze są zgodne z podstawowymi prawami fizyki. Anomalią jest jej rozszerzalność cieplna. Większość cieczy gęstnieje wraz ze spadkiem temperatury. Ale nie woda. Ona osiąga największą gęstość w temperaturze ok. 4 st. C, a w zakresie od 4 st. C do 0 st. C zachodzi proces odwrotny – woda traci gęstość. Dzięki temu lód nie tonie, tylko pływa na jej powierzchni. Ma to ogromne znaczenie dla istnienia życia, bo zapobiega zamarzaniu zbiorników do samego dna. Dzięki temu, że przy dnie woda ma największą gęstość i dłużej utrzymuje ciepło, wodne zwierzęta mogą przetrwać mrozy pod warstwą lodu.

Lód lżejszy od wody

Specyficzna budowa cząsteczki wody sprawia, że w temperaturze poniżej 0 st. C wiąże się ona z czterema innymi cząsteczkami wody. W ten sposób lód zyskuje strukturę przestrzenną podobną do tej, jaką mają kryształy. Powstała sieć krystaliczna przypomina połączone tunele puste w środku. Z tego powodu objętość lodu jest znacznie większa niż objętość wody.

Ciekawostką jest to, że istnieje co najmniej 16 faz, czyli rodzajów lodu, a każdy z nich ma odmienną strukturę krystaliczną.

Moc napięcia powierzchniowego

Fot. Brocken Inaglory/Wikimedia

Fot. Brocken Inaglory/Wikimedia

Wskutek tworzenia wiązań wodorowych między jej cząsteczkami woda ma wyjątkowo duże napięcie powierzchniowe. W związku z tym dąży do zminimalizowania powierzchni swojego kontaktu z powietrzem, tworząc m.in. kuliste krople. Efektem tego jest np. menisk na powierzchni naczynia lub możliwość przemieszczania się nartników po powierzchni wody.

Skąd woda na Ziemi?

Do niedawna naukowcy byli przekonani, że woda przybyła na Ziemię wraz z kometami, które w nią uderzyły podczas Wielkiego Bombardowania w okresie od 3,8 do 4,1 mld lat temu. By to sprawdzić, Europejska Agencja Kosmiczna wysłała sondę Rosetta i próbnik Philae na kometę 67P/Czuriumow-Gierasimienko.

Przesłane na Ziemię dane pokazały, że lód, z którego ta kometa jest zbudowana, zawiera wodę o innym składzie izotopowym niż woda na naszym globie. Podważa to więc koncepcję o tym, że ziemska woda pochodzi z komet. Obecnie naukowcy sprawdzają koncepcje mówiące o tym, że woda mogła istnieć na naszym globie już w momencie jego tworzenia się albo powstała wskutek przywiania na Ziemię przez wiatr słoneczny atomów wodoru, które weszły w reakcję z tlenem.

Tekst powstał przy współpracy z marką Kropla Beskidu

13 rzeczy, których prawdopodobnie nie wiecie o wodzie
4.33 (86.67%) 6 głosów

Czego u nas szukaliście?

  • „Jako jedna z niewielu substancji może występować w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym i gazowym”

    Iście „genialne” stwierdzenie godne Nobla… Proponuję od razu zakwestionowac i spalić wszystkie kłamliwe tablice fizyczne, które podają temperatury krzepnięcia i wrzenia tych wszystkich pozostałych „wielu substancji”

    • A wystarczyło doczytać do końca zadanie…

    • lolek

      Tyle, że tych „wiele substancji” nie współistnieje w typowych ziemskich warunkach, a o tym to zdane mówi ;] Zdania trzeba czytać całe, ze ze zrozumieniem, a nie po łebkach 😉 pozdro

  • pablo

    kula o średnicy 1 500 km to około 1,77 mld km3 – czyli „ciut” więcej niż 1,5 podane w artykule…

Nie ma więcej wpisów