Atzīmējot Pasaules ūdens dienu 22.martā

Zemē, kur brīvi pieejams tīrs dzeramais ūdens, kurā ir tūkstošiem upju un ezeru un jūras robeža sasniedz 498 km, ir grūti iedomāties, ka ūdens varētu nebūt. Atšķirībā no daudzām pasaules valstīm, Latvija ir ļoti bagāta ar virszemes un apakšzemes ūdens resursiem, tādēļ kvalitatīvu dzeramo ūdeni iegūt ir salīdzinoši vienkārši. Tomēr arī mums ūdens nozīmē daudz vairāk nekā tikai slāpju remdēšanu. Ūdenim ir neskaitāmas funkcijas un īpašības, kuras joprojām saista zinātnieku uzmanību. Drīzumā, 22.martā jau 30 reizi atzīmēsim Pasaules ūdens dienu, tādēļ ir vērts apzināties, cik bagāti esam. 

Ūdens brīnumainās īpašības

Ūdens ir otrā visbiežāk sastopamā viela Visumā. Ūdens izšķīdina vairāk materiālu nekā jebkurš cits šķīdinātājs. Ūdens uzglabā neticami daudz enerģijas. Dzīve, kādu mēs zinām, bez ūdens nebūtu iespējama. Un, lai gan tas aizņem vairāk nekā 70% no Zemes virsmas, daudzās pasaules daļās tā trūkuma dēļ klājas grūti.

No vienas puses ūdens ir viela, ko pazīstam vislabāk, arī tādēļ, ka tas veido 75% no mūsu ķermeņa masas. Katru dienu mēs dzeram, mazgājamies, mazgājam un tīram, lietojot ūdeni.  Tomēr zinātnieki joprojām cenšas izprast daudzas ūdens īpašības, un 21. gadsimts liks mums domāt par ūdeni tā, kā mēs nekad agrāk.

Teiciens, ko bieži nepareizi piedēvē A.Einšteinam, apgalvo, ka ir divi veidi, kā skatīties uz dzīvi. Pirmais ir domāt, ka nekas nav brīnums, un otrais – ka pilnīgi viss ir brīnums. Ūdens ir pilnīgi dabisks, šobrīd bagātīgi pieejams un bez tā mūsu dzīve nav iedomājama, tomēr tas ir arī tik neparasts un īpašs, ka mēs varam to vērtēt kā brīnumainu.

Ūdeņraža saite, virsmas spraigums, kapilārā darbība un izaicinājums gravitācijai

Ilgu laiku cilvēces vēsturē ūdens tika uzskatīts par vienu no četriem pamatelementiem kopā ar gaisu, zemi un uguni. Tikai 18. gadsimtā ķīmiķis Antuāns Lavuazjē izlaida elektrisko strāvu caur ūdeni un saprata, ka tā izdala divas gāzes: ūdeņradi (burtiski “ūdens veidotājs”) un skābekli.

Ūdens formula ir H₂O – divi ūdeņraža un viens skābekļa atoms. Viena no ūdens ievērojamākajām īpašībām ir izskaidrojama ar ūdeņraža saitēm, kas nepārtraukti veidojas un pārveidojas starp tā nedaudz negatīvi lādētā skābekļa un nedaudz pozitīvi lādētā ūdeņraža komponentiem. Pateicoties šīm saitēm, ūdens molekulas piesaista viena otru daudz spēcīgāk nekā gandrīz jebkuras citas vielas molekulas.

Šīs ūdeņraža saites nodrošina ūdenim ļoti augstu īpatnējo siltumu, kas nozīmē, ka tā uzsildīšanai ir nepieciešams liels enerģijas daudzums. Tam ir arī ievērojami augsta viršanas temperatūra salīdzinājumā ar citām ķīmiski līdzīgām molekulām, piemēram, sērūdeņradi. Šīs īpašības ļauj cilvēkiem slodzes laikā svīstot izdalīt lielu daudzumu siltuma un nepārkarst.

Citas ūdeņraža saites sekas ir kapilārā darbība (A.Einšteina pirmā raksta tēma), kas notiek, piemēram, kad šķidrums tiek ievilkts starp otas matiņiem. Ūdens molekulas piesaista viena otru tik spēcīgi, ka tās izaicina gravitācijas spēku. Kad ūdens iztvaiko no koka augstākajām lapām, tas izvelk citas ūdens molekulas no saknēm, kas atrodas dziļi zemē.

Vēl vienas ūdeņraža saites sekas ir ūdens augstais virsmas spraigums. Tas izskaidro tā tendenci veidot pilienus un ļauj kukaiņiem burtiski staigāt pa ūdeni. Šis spēks var būt tik spēcīgs, ka priekšlaicīgi dzimuši zīdaiņi, kuriem trūkst virsmaktīvās vielas, kas to samazina, var nespēt ievilkt plaušās pirmo elpu. Par laimi, virsmaktīvā viela tagad ir pieejama kā zāles.

Universālais šķīdinātājs

Fakts, ka ūdenim ir nedaudz pozitīvi un negatīvi lādēti poli, arī padara to par “universālo šķīdinātāju”, kas ir lieliski piemērots sāļu, cukuru, skābju, sārmu un pat gāzu, piemēram, oglekļa dioksīda, šķīdināšanai, ražojot gāzētos dzērienus. Šādas vielas ir pazīstamas kā hidrofilas (ūdeni mīlošas) tieši tāpēc, ka tās tik viegli šķīst ūdenī.

Turpretim tauki un eļļas tiek klasificēti kā hidrofobi, jo to molekulu galos nav elektrisko lādiņu. Rezultātā tos vairāk piesaista viens otram, nevis ūdenim. Lai nomazgātu šādas vielas no rokām vai drēbēm, mums ir vajadzīgas ziepes, kurām ir gan hidrofobi, gan hidrofīli gali, kas palīdz tās sadalīt sīkos pilieniņos, kurus ūdens var aiznest.

Brīnumainā sasalšana un izplešanās

Ūdens ir praktiski vienīgā cilvēkam zināmā viela, kas, atdziestot no šķidruma līdz cietam stāvoklim, izplešas. Gandrīz visas pārējās vielas sasalstot kļūst blīvākas, bet ledus gabaliņi peld mūsu dzērienos. Un kas ir vēl svarīgāk dzīviem organismiem – ezeri un citas ūdenstilpes sasalst no augšas uz leju un tādēļ dzīvie organismi ūdens tilpnēs spēj pārziemot.

Ledus ārkārtīgi zemais blīvums ir saistīts ar to, ka ūdens molekulām ir vajadzīga siltumenerģija, lai saglabātu nejaušo orientāciju, ko tās pieņem šķidrā ūdenī. Temperatūrai pazeminoties, molekulas sāk sakārtoties regulārā režģī. Tomēr, lai to izdarītu, attālumam starp tiem ir jāpalielinās. Rezultātā ledus ir aptuveni par 9% mazāk blīvs nekā šķidrs ūdens.

Parunai, ka nav divu vienādu sniegpārslu, ir grūti noticēt, kamēr nezina faktu, ka ūdens molekulu sasalšanas modeļi atšķiras atkarībā no temperatūras un mitruma. Ja vidējais sniega kristāls satur apmēram 10 kvintiljonus (10, kam seko 18 nulles) ūdens molekulu, ir viegli saprast, kāpēc iespējamo kombināciju skaits ir neiedomājami liels.

Mūžīgā kustība dabā un organismā

Ūdens ir neticami dinamisks. Tas nepārtraukti pārvietojas atpakaļ uz jūrām un ezeriem pa visu zemeslodi iztvaikošanas, kondensācijas, nokrišņu un noteces ciklā. Tas pats attiecas uz dzīviem organismiem, kuros ūdens ūdeņraža un skābekļa sastāvdaļas nepārtraukti apvienojas un rekombinējas fotosintēzes un elpošanas procesos.

Un, lai gan mēs nevaram dzīvot bez ūdens, jāatzīst, ka esam ūdens ražotāji. Katru reizi, kad gremošanas procesā sadalās glikozes molekula, mēs ražojam sešas molekulas ūdens. Šī reakcija notiek tipiskā cilvēka ķermenī apmēram sešus septiljonus (6, kam seko 24 nulles) reizes dienā. Tomēr mēs joprojām neražojam pietiekami daudz ūdens, lai apmierinātu savas vajadzības.

Lai gan sausums Āzijā, Āfrikā un ASV rietumos rada arvien lielāku trauksmi, visticamāk, tas ir tikai sākums un šī gadsimta gaitā ūdens trūkums kļūs par vienu no galvenajām globālajām problēmām. Pirmkārt, tikai aptuveni 3% no Zemes ūdens ir saldūdens, un aptuveni 70% šī saldūdens ir atrodami ledājos un Antarktīdas ledus cepurēs, bet pārējie 97% atrodas okeānos. Daži zinātnieki paredz, ka saldūdens kļūs vērtīgāks par naftu.

Ūdens resursi pasaulē

Kopējie saldūdens resursi pasaulē tiek lēsti aptuveni 43 750 km3/gadā, kas ir sadalīti visā pasaulē atbilstoši klimata un fiziogrāfisko struktūru dažādībai. Kontinentālā griezumā lielākā daļa no pasaules saldūdens resursiem ir Amerikai – 45%, tai seko Āzija 28%, Eiropa ar 15,5% un Āfrika ar 9%.

Tomēr būtiski atšķiras saldūdens daudzums uz vienu iedzīvotāju katrā kontinentā. Amerikā tie ir 24 000 m³/gadā, Eiropā 9300 m³/gadā, Āfrikā 5000 m³/gadā un Āzijā 3400,1 m³/gadā. Jāņem vērā, ka tas ietver visus iespējamos pakalpojumus, ražošanu un lauksaimniecību.

Pasaules ūdens diena

Ideja par ūdens dienas atzīmēšanu visā pasaulē pirmo reizi tika izvirzīta Apvienoto Nāciju Organizācijas Vides un attīstības konferencē Riodežaneiro 1992. gadā, kad ANO Ģenerālā asambleja pieņēma rezolūciju, ar kuru 22. marts tika pasludināts par Pasaules ūdens dienu. Šogad, 2023.gadā Pasaules ūdens dienas galvenais mērķis būs izglītot sabiedrību par vides aizsardzības un plaša mēroga ūdens pārvaldības nozīmi, vēstot par ūdens resursu aizsardzību un izmantošanu.

Bagātais nabago nesaprot, tādēļ nav gaidāms, ka Latvijā tuvākajā nākotnē šo dienu atzīmēs plaši un pamanāmi. Tomēr ir vērts apzināties, kas notiek mums apkārt, lai novērtētu savu priviliģēto stāvokli.