При увеличении количества капелек на поверхности частиц породы они образуют тончайшую сплошную пленку. Возникает новая качественная категория физического состояния воды под землей — вода пленочная. В чем заключаются ее особенности? Пленка очень тонка и настолько прочно держится на частицах породы силами молекулярного притяжения, что не может отделиться от них под влиянием силы тяжести.
Там, где влажность пород наименьшая, возникает гигроскопическая вода. Она образуется из паров воды, проникающих в поры породы вместе с воздухом, и осаждается на частицах породы, например зернах песка, в виде мельчайших обособленных друг от друга капелек. Последние настолько прочно адсорбированы частицами породы, что под влиянием молекулярных сил притяжения не в состоянии передвигаться в породе в жидкой фазе. Отделиться от песчинки вода может, лишь перейдя в газообразную фазу.
Это вода, присоединенная к частицам коллоидных веществ в виде плотно облекающих последние слоев молекул, как, например, в опале (SiO2*nH2O) или коллоидных гидратах окиси железа (Fe2О3*nН2О). Содержание гидратной воды в подобных коллоидных минералах непостоянно и зависит от температуры, давления и степени влажности окружающей среды. Однако хотя гидратная вода и менее прочно связана с минералами, чем кристаллизационная, а тем более конституционная, она также не является свободной и не обладает свойствами жидкости, а представляет лишь составную часть твердого тела. Только выделившись из коллоидных минералов, она, собственно говоря, превращается в воду.
В кристаллическую решетку минерала входит кристаллизационная вода в виде цельных молекул в строго определенной пропорции с основным химическим соединением. Ее присутствие определяет форму кристаллизации минерала, т. е. сингонию и класс образующихся кристаллов. Примерами могут служить гипс (СаSО4*2Н2О) или мирабилит (Na2S04*10Н2О). В последнем содержится до 55,9% воды по весу, но выделить ее с помощью нагревания можно только ценою распадения кристаллов, т. е. уничтожения данного минерала.
Эта вода содержится в молекулах и кристаллических решетках минералов не в виде целых молекул, а в виде разобщенных ионов водорода .или гидроксила, являющихся обязательными составными частями данного химического соединения. Она может быть выделена только при полном распаде соединения, когда собственно и возникают молекулы воды, ранее самостоятельно не существовавшие.
Физические свойства. Благодаря сильному притяжению между молекулами у воды высокие температуры плавления (0° С) и кипения (100° С). Толстый слой воды имеет голубой цвет, что обусловливается не только ее физическими свойствами, но и присутствием взвешенных частиц примесей. Вода горных рек зеленоватая из-за содержащихся в ней взвешенных частиц карбоната кальция. Чистая вода – плохой проводник электричества, ее удельная электропроводность равна 1,5Ч10–8 Ом–1Чсм–1 при 0° С. Сжимаемость воды очень мала: 43Ч10–6 см3 на мегабар при 20° С. Плотность воды максимальна при 4° С; это объясняется свойствами водородных связей ее молекул.
Воды в жидком, твердом и газообразном состоянии и их распределение на Земле. Они находятся в естественных водоемах на поверхности (в океанах, реках, озерах и болотах); в недрах (подземные воды); во всех растениях и животных; а также в искусственных водоемах (водохранилищах, каналах и пр.).
При изменении температуры воды изменяются и водородные связи между ее молекулами, что в свою очередь приводит к изменению ее состояния – от жидкого до твердого и газообразного.
Поскольку жидкая вода является прекрасным растворителем, она редко бывает абсолютно чистой и содержит минеральные вещества в растворенном или взвешенном состоянии. Лишь 2,8% из 1,36 млрд. км3 всей имеющейся на Земле воды приходится на долю пресной, причем бóльшая ее часть (ок. 2,2%) находится в твердом состоянии в горных и покровных ледниках (преимущественно в Антарктиде) и только 0,6% – в жидком. Примерно 98% жидкой пресной воды сосредоточено под землей. Соленые воды океанов и внутренних морей, занимающих более 70% земной поверхности, составляют 97,2% всех вод Земли.
Основным источником пресной воды являются атмосферные осадки, но для потребительских нужд могут также использоваться и два других источника: подземные и поверхностные воды.
Подземные источники. Примерно 37,5 млн. км3, или 98% всей пресной воды в жидком состоянии приходится на подземные воды, причем ок. 50% из них залегает на глубинах не более 800 м. Однако объем доступных подземных вод определяется свойствами водоносных горизонтов и мощностью откачивающих воду насосов. Запасы подземных вод в Сахаре оцениваются примерно в 625 тыс. км3. В современных условиях они не пополняются за счет поверхностных пресных вод, а при откачке истощаются. Некоторые наиболее глубоко залегающие подземные воды вообще никогда не включаются в общий круговорот воды, и только в районах активного вулканизма такие воды извергаются в форме пара. Однако значительная масса подземных вод все же проникает на земную поверхность: под действием силы тяжести эти воды, двигаясь вдоль водонепроницаемых наклоннозалегающих пластов горных пород, выходят у подножий склонов в виде источников и ручьев. Кроме того, они откачиваются насосами, а также извлекаются корнями растений и затем в процессе транспирации поступают в атмосферу.
Потребление воды. Водопотребление повсюду быстро растет, однако не только из-за увеличения численности населения, а также вследствие урбанизации, индустриализации и в особенности развития сельскохозяйственного производства, в частности орошаемого земледелия. К 2000 суточное мировое потребление воды достигло 26 540 млрд. л, или 4280 л на человека. 72% от этого объема расходуется на орошение, а 17,5% – на промышленные нужды. Около 69% ирригационных вод утрачено безвозвратно.