XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ВОДА - ЗАГАДКА ВСЕЛЕННОЙ: ОТ КАПЕЛЬ ДО ОКЕАНОВ, ОТ ЗЕМЛИ ДО ЗВЁЗД

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Паштова Л.А. 1

---

1МКОУ СОШ №5 г. о. Нальчик

Добрынина И.Г. 1

---

1МКОУ СОШ №5 г. о. Нальчик

Работа в формате PDF

99.9 KB

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Вода – это основа жизни, без воды существование человека и остального животного и органического мира невозможно. Общеизвестен факт того, что на 80-90 процентов и человек, и все остальные живые существа состоят из воды.

Вода – не только основа жизни, вода это и климат, и природа, и жизнь.

Учитывая вышеизложенное, считаем выбранную нами тему максимально актуальной в условиях быстро меняющихся климатических факторов. С нарастанием скорости глобального потепления на Планете уже начались необратимые изменения. Ресурсы Планеты истощаются и вода здесь, к сожалению, на одном из первых мест.

Да, водой занимаются давно, нет ни одной отрасли, ни одного предприятия, которого бы не касалась вода. Казалось, что про воду мы знаем всё, но чем больше мы её изучаем, тем больше открываем аномальные, интересные факты, которые ждут своего объяснения. И хотя в настоящее время учёные большое внимание уделяют нанотехнологиям, и особо ценятся научные исследования в области нанотехнологии или наноразмерных состояний, но в самое ближайшее время будет особо цениться водные технологии.

Цель и задачи исследования. Целью написания данной научной работы является комплексное информационное освещение воды как основного жизнеобеспечивающего элемента и оценка существующих проблем, связанных с истощением ее запасов.

Поставленная цель предопределила решение следующих задач:

1. Оценка физических и химических свойств воды. Обзор научных и ненаучных результатов исследования химического состава воды;

2. Изучение молекулы воды в Космосе и исследование влияния молекулы воды на формирование различных процессов во Вселенной;

3. Исследование глобальных проблем водопользования и обзор основных методов их решения;

4. Обзор водно-минеральной системы региона Кабардино-Балкарии.

Предмет исследования – физический и химический состав воды, проблемы ее истощения.

Объект исследования – вода и ее молекула в разных физических и химических состояниях.

В процессе написания данной работы были использованы общедоступные научные и научно-публицистические ресурсы, справочная информация, информация сети Интернет.

Результатом данного реферативного исследования является повышение информационной доступности имеющихся знаний о воде, молекуле воды и ее основных состояниях.

Данная работа состоит из введения, пяти параграфов, заключения и списка использованной литературы.

1. ФИЗИКА И ХИМИЯ ВОДЫ

Вода – это основной и ценнейший ресурс нашей планеты. Мы все знаем, что без воды жизнь на Земле невозможна. В данном разделе мы немного затронем основные общеизвестные определения, связанные с водой, ее химические и физические свойства. Но более подробно мы остановимся на определенных ее физических и химических состояниях, для воспроизведения которых требуется воссоздание определенных лабораторных условий. Также в целях повышения информативности данной научной работы мы рассмотрим и не совсем научные, но, в то же время, до конца необъяснимые эксперименты, связанные с водой.

Вода  — простейшее устойчивое химическое соединение водорода с кислородом, химическая формула — H₂O. При нормальных условиях — жидкость без запаха, вкуса и цвета.  Вода может существовать в твёрдом (лёд), жидком и газообразном состояниях. 

При обычных условиях вода — прозрачная жидкость без вкуса и запаха. В тонком слое она бесцветна, а при толщине более 2 м имеет голубой оттенок.

Плотность жидкой воды максимальна при 4 °C и равна 1 г/см³.

Температура плавления воды — 0 °C, температура кипения — 100 °C. Это аномально высокие значения для вещества с такой низкой молекулярной массой.

Из всех жидких и твёрдых веществ у воды самая высокая теплоёмкость: она медленно нагревается и так же медленно остывает.

У воды высокие значения теплоты плавления и теплоты парообразования. Поэтому процессы таяния льда и снега, испарения воды происходят постепенно и приводят к медленной смене сезонов года: зима — весна — лето — осень.

Ещё одна особенность воды — высокое поверхностное натяжение, которое обуславливает капиллярные явления, собирает воду в капли, создаёт поверхностную плёнку.

Далее нам бы хотелось поподробнее остановится на тех физических и химических состояниях воды, для достижения которых нам необходимо соблюдение некоторых температурных режимов и других условий в опытной лаборатории.

Стеклянная вода: что происходит при температуре ниже -135°С?

Стеклянная вода - это не лед в привычном смысле (с упорядоченной кристаллической решеткой), а аморфное твердое состояние. Молекулы Н₂0 в нем расположены хаотично, почти как в жидкости, но при этом лишены движения. По структуре и свойствам это напоминает стекло (например, оконное), которое тоже является аморфным твердым телом, а не кристаллом. 

Как же её получить?

Стоит знать одну вещь: стеклянная вода не встречается в природе. Процесс её образования происходит в лабораторных условиях.

Главный враг такой воды - кристаллизация. Чтобы её избежать, нужно охладить воду так быстро, что молекулы не успеют выстроиться в гексагональную решетку обычного льда.

Способ получения: микроскопические капли чистой воды (размером в микрометр) охлаждают со скоростью порядка миллиона градусов в секунду. Это делают способом распыления воды в очень холодную жидкость (жидкий азот или гелий) или на металлическую пластину, охлажденную до температуры жидкого гелия (-269°С)

Что происходит при -135°С и ниже?

-135°С — это примерная температура стеклования для аморфной воды. Выше этой температуры, аморфный лед, если его нагреть, начинает вести себя как мягкая, очень вязкая размягчающаяся субстанция (до того, как начнется кристаллизоваться). Ниже этой температуры - это хрупкое, стеклообразное, твердое как камень тело.

При дальнейшем охлаждении (вплоть до абсолютного нуля) его структура практически не меняется — молекулы заморожены в том беспорядке, в котором их застало мгновенное охлаждение.

Почему это явление так важно для науки?

1. Модель жидкой воды: Ученые полагают, что структура «стеклянной» воды очень близка к структуре переохлажденной жидкой воды при тех же экстремально низких температурах.

Изучая её, мы можем понять свойства воды в необычных условиях.

Космический лед: Именно в такой, аморфной, форме водяной лёд существует на холодных телах Солнечной системы (на некоторых астероидах, в дальних частях комет, на спутниках планет-гигантов) и в межзвёздных молекулярных облаках. Пылинки в космосе покрыты аморфным льдом.

Две формы аморфного льда: Оказывается, аморфный лёд бывает разной плотности:

Низкоплотный аморфный лёд (LDA) — тот самый, который получают из жидкой воды. Его плотность ~0.94 г/см3.

Высокоплотный аморфный лёд (HDA) — его получают, сжимая обычный лёд при очень низкой температуре. Его плотность ~1.17 г/см3. Существование двух «стекол» у одного простого вещества — уникальный феномен, заставляющий пересматривать наши представления о воде.

Что будет, если её нагреть? Если нагревать «стеклянную» воду очень медленно и осторожно, при температуре примерно от -150 °С до -120 °С (в зависимости от условий), она переходит в вязкую жидкость (переохлажденную воду), а затем при дальнейшем нагревании необратимо кристаллизуется в обычный кубический или гексагональный лёд. Поймать момент, когда она жидкая, но еще не кристаллическая, — сложнейшая экспериментальная задача.

«Стеклянная вода» — это не метафора, а реальное аморфное состояние льда, которое является «замороженным мгновением» жидкой воды. Его изучение помогает понять природу самой воды, её аномалии и поведение в космосе. Это окно в самый загадочный, глубоко переохлажденный мир, где вода забывает, как быть кристаллом.

Далее рассмотрим двадцать кристаллических фаз льда. На данный момент существует 20 подтвержденных кристаллических фаз (лёд Ih, Ic, I, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X, XI, XII, XIII, XIV, XV, XVI, XVII, XVIII, XIX, XX). Каждая фаза – это уникальный способ упаковки молекул Н₂0 в кристаллическую решётку при разных температурах и давлениях.

Таким образом, лед - это не научная фантастика, а доказательство того, что свойства вещества определяются не температурой или агрегатным состоянием самими по себе, а соотношением их в экстремальных условиях. Рассмотрение этой темы заставляет полностью пересмотреть понятия «лед» и «вода».

Рассмотрим далее не совсем научные, но достаточно не менее интересные факты о воде.

Память воды: миф или реальность? История гипотезы. Эксперименты Масару Эмото.

Память воды - предположение о способности воды «запоминать» информацию о веществах и воздействиях, с которыми она контактировала. Следует отметь, что эта гипотеза не является общепринятой в научном сообществе, а скорее именуется псевдонаучной. Но тем не менее её история весьма интересна.

Вообще, сама гипотеза зародилась еще в 1988 году благодаря французскому иммунологу Жаку Бенвенисту, который утверждал, что вода сохраняет свойства растворенных веществ даже после их полного удаления. Однако его эксперименты не удалось повторить независимым исследователям, что поставило их достоверность под сомнения [2].

Доктор Масару Эмото развил эту идею и был её активным сторонником. Исследователь предложил метод визуализации «памяти воды» через изучение кристалликов льда.

Все эксперименты проводились в его лаборатории, где вода подвергалась различным воздействиям, затем её быстро замораживали в криогенной камере, далее рассматривали под микроскопом.

Эмото утверждал, что форма кристаллов зависит от эмоционального окраса воспринятой информации: положительные воздействия и отрицательные воздействия. Следует подчеркнуть, что методы проведения этих экспериментов часто критикуется, за отсутствие «слепого» протокола (когда ученые не знают, какому воздействию подвергался тот или иной образец воды) и четкого подсчета результатов.

Гипотеза Эмото - это не столько доказанный факт, сколько напоминание: вода хранит больше тайн, чем мы можем себе представить. Несмотря на научную критику, его работы приобрели большую популярность и заставили многих людей задуматься о тонких взаимодействиях в природе.

Почему горячая воды замерзает быстрее холодной? Эффект Мпембы.

Эффект Мпембы - это явление, при котором горячая вода замерзает быстрее холодной, несмотря на то, что ей нужно сначала остыть до температуры холодной воды. Это противоречит интуиции и законам термодинамики, но за ним стоит несколько факторов, которые до сих пор полностью не объяснены. Однако научное сообщество долго не принимало этот эффект, так как он противоречил общепринятым представлениям.

В 2016 году в журнале Scientific Reports вышла статья, где авторы утверждали, что при строгих экспериментах эффект не проявляется. Они отметили, что нет чёткого определения эффекта, а результаты зависят от условий охлаждения. В 2017 году две независимые группы учёных теоретически подтвердили возможность эффекта Мпембы и описали «обратный» эффект, при котором нагрев охлаждённой системы занимает меньше времени, чем нагрев системы, изначально более близкой к равновесию.

Эффект Мпембы остается загадкой, мотивирующей ученых на дальнейшие исследования термодинамики, теплопередачи и свойств воды. Хотя единое объяснение пока не найдено, этот феномен подчеркивает всю сложность и многогранность физических процессов.

2. ВОДА В КОСМОСЕ

Вода — это не только жизненно важный ресурс для нас, землян, но и одна из самых распространенных и загадочных молекул во Вселенной. Она образовалась еще до появления солнечной системы, но ее история на ней за закончится. Вода может переживать различные циклы разрушения и образования в зависимости от условий, в которых она находится. И одним из таких условий является наличие ультрафиолетового излучения, которое может как разрушать, так и создавать воду в дисках, формирующих планеты [1].

Сегодня известен факт, что вокруг молодых звезд выстраиваются диски из газа и пыли, где и формируются новые планеты. Лед здесь является ключевым материалом для комет и ледяных ядер планет-гигантов.

Хочу подробнее остановится на одном из объектов исследования, где группой ученых был исследован протопланетный диск d203-506, расположенный в центре туманности Ориона, одного из самых известных и красивых образований на небе. Туманность Ориона — это питомник планетных систем, где рождаются новые звезды и планеты. Но это также место, где действует сильное ультрафиолетовое излучение, исходящее от массивных звезд. Именно это излучение влияет на судьбу воды в диске d203-506.

Как объясняют ученые, когда ультрафиолетовый свет попадает на молекулу воды, он разрывает ее на атомы водорода и кислорода. Атом водорода улетает в космос, а атом кислорода остается в диске. Затем, когда ультрафиолетовый свет попадает на атом кислорода, он может связать его с другим атомом кислорода, образуя молекулу кислорода. А если ультрафиолетовый свет попадает на молекулу кислорода, он может оторвать от нее один атом кислорода, оставляя за собой молекулу гидроксила. Гидроксил — это ключевой промежуточный продукт в образовании воды, так как он может соединиться с атомом водорода, который прилетает из других источников, например, из комет или астероидов. Таким образом, вода может снова образоваться в диске.

Далее рассмотрим, как ведут себя молекулы воды на самых основных спутниках Солнечной системы.

Ганимед - самый большой спутник в Солнечной системе. Это не просто ледяной шар, как многие могли подумать. Это сложное тело с жидким железным ядром, что порождает его собственное магнитное поле. Его поверхность - смесь темных древних равнин, наделенных кратерами и светлых молодых областей.

Ключевое открытие было сделано космическим аппаратом «Галилео». Учёные обнаружили, что магнитное поле вокруг Ганимеда колебалось в такт с вращением Юпитера. Это указывало на возникновение индуцированного магнитного отклика внутри самого спутника.

Объяснить это можно были лишь одним: под поверхностью спутника скрывается глобальный слой электропроводящей жидкости. В условиях Ганимеда этой жидкостью может быть только соленая вода, которая является мощным природным электролитом.

Так был открыт колоссальный подледный океан. Согласно современным макетам, он находится на глубине око 150-200 километров под ледяной корой.

Сам океан, по расчётам имеет глубину около 100 километров и заключен между двумя слоями льда: сверху - привычный лед, снизу - экзотический высокоплотный лед, образованный под чудовищным давлением.

Но тут возникает вопрос: почему он не замерзает?

Океан не замерзает потому, что жидкость поддерживает два основных источника тепла:

Приливный нагрев: Мощная гравитация Юпитера, грубо говоря, «сжимает и разжимает» недра Ганимеда, разогревая их изнутри.

Внутреннее тепло: Радиоактивные элементы в каменном ядре и силикатной мантии так же поддерживают тепло.

Значение этого открытия огромно, ведь Ганимед практически представляет собой готовую модель «планеты-океана».

Несколько интересных моментов, которые следует отметить:

Его водный резервуар в 25-30 раз превышает объем всех океанов земли вместе взятых.

Обладает стабильными условиями такие как: наличие воды и энергии, возможный химический обмен с каменным дном. Это делает его потенциально обитаемой средой, хоть и скрытой в вечной тьме.

Это ключевой объект для понимания эволюции ледяных миров у других звезд.

Исследования продолжаются. К Юпитеру направлена JUICE Европейского космического агентства, которая с 2031 года будет детально изучать Ганимед, в том числе пытаясь расширить свои знания о характеристике соленного океана в нем. Возможно, именно этот ледяной гигант даст нам понимание того, насколько широко может быть распространена жизнь во Вселенной [1].

Каллисто: самый глубокий и древний океан Солнечной системы. 

Каллисто - самый дальний из всех четырех крупных лун Юпитера. На первый взгляд, это скучный «мертвый» мир: его поверхность является одной из самых старых в Солнечной системе, почти полностью покрытая картерами. На ней почти нет каких-либо следов геологической активности. Однако под этим ничем не примечательной ледяной оболочкой, возможно, скрывается величайшая водная тайна - самый глубокий океан, известный нам.

Как же его обнаружили?

Космический аппарат «Галилео» изучавший Юпитер, обнаружил слабые, но значимые изменения в магнитном поле Юпитера, пока он пролетал мимо Каллисто. Эти изменения опять же говорили о том, что внутри спутника существует слой, который может проводить электрический ток. В случае Каллисто, как и у Ганимеда, этим слоем может быть только жидкая соленая вода. Этот океан находится очень глубоко, под ледяной корой толщиной 150-200 километров.

Снова возникает вопрос: почему он не замерзает?

Ученые предполагают, что Каллисто получает довольно мало тепла от гравитации Юпитера, то подтверждается двумя факторами:

Внутреннее тепло: Радиоактивные элементы в каменных слоях и недрах Каллисто медленно выделяют тепло.

Природное вещество, понижающее температуру замерзания: Океан должен быть безумно соленым. Высокая концентрация солей (возможно, различных сульфатов/хлоридов) резко понижает температуру замерзания воды, что позволяет ей оставаться жидкой даже при -20°С и ниже.

Данный спутник доказывает, что для существования жидкого океана не обязателен мощный нагрев. Достаточно внутреннего тепла и правильного химического состава. Это значит, что похожие объекты могут быть очень распространены в космосе.

Если все же жизнь возможно в таком холодном, темном и невероятно соленом океане, то она будет принципиально отличаться от земной. Это можно назвать инновационным путем развития жизни. Из-за слабой радиации и стабильных условий Каллисто может стать идеальном место для новых станций, изучающих системы Юпитера. Его океан будет ключевой целью изучения орбитальных зондов.

Само открытие и способность существования океана за счет собственного тепла, высокого уровня солености, заставляет ученых менять представления о том, где стоит искать жизнь.

3. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДЫ

В данном разделе мы обозначим основные глобальные проблемы водопользования на Планете. Говоря о них, мы должны четко оценить роль техногенного воздействия на окружающую среду. Это связано с тем, что проблема нехватки воды в первую очередь связана с глобальным потеплением и неконтролируемыми изменениями климата. А, в свою очередь, глобальное потепление напрямую зависит от техногенного воздействия человека на окружающую среду и основные ресурсы Планеты.

Далее рассмотрим основные регионы, в которых дефицит пресной воды стоит очень остро.

Дефицит пресной воды: регионы риска (Африка, Ближний Восток, Южная Азия)

Для начала стоит обозначить весь масштаб проблемы:

На пресную воду приходится лишь 2,5% от всех водных ресурсов Земли, причем основная часть сосредоточена на ледниках.

Около четырех миллиардов человек (почти половина населения планеты) испытывают острый дефицит воды стабильно один месяц в году.

К 2026 году, по прогнозам ООН, две трети всего населения могут оказаться в условиях нехватки жидкости.

По сути, дефицит возникает там, где спрос на воду выше доступных ресурсов, или где вода не может использоваться из-за загрязнения. Основными причинами этого являются:

• Географические и климатические трудности: засушливый климат, низкий уровень выпадения осадков.

• Демографический рост: увеличение численности населения и урбанизация.

• Политические причины: неравномерное распределение водных ресурсов между странами, политические конфликты вокруг межгосударственных рек.

Далее мы постарались выделить регионы риска с признаками наступления водного кризиса.

Африка (особенно Северная и Центральная части)

Главной причиной риска является очень засушливый климат. Огромные территории, например, пустыня Сахара, получают ничтожно мало дождей. Те осадки, которые выпадают, часто бывают нерегулярными, а засухи длятся годами.

Усугубляющие факторы.

Отсутствие инфраструктуры: Нет устройств или систем, которые могли бы собрать и сохранить дождевую воду. Из-за того, что мало очистных сооружений (а в некоторых регионах их вообще нет) люди вынуждены пить загрязненную, возможно даже инфицированную воду.

Последствия: Это приводит не только к жажде, но и к голоду (гибнут посевы), а также к вспышкам смертельных болезней, которые распространяются через эту самую загрязнённую воду [1].

Для понимания приведем наглядный пример:

Озеро Чад, которое когда-то считалось одним из самых крупнейших в Африке, за последние 60 лет сократилось на 90%, ставя под угрозу жизни миллионов людей, зависящих от него.

Ближний Восток и Северная Африка.

Главная причина дефицита воды на Ближнем Востоке и в Северной Африке заключается в природном недостатке водных ресурсов: в регионе выпадает менее 200мм осадков в год, а испарение превышает 55%.

Усугубляющие факторы.

Конфликты из-за рек. Немногие крупные реки (Нил, Тигр, Евфрат) протекают через несколько государств. Их расположение постоянно вызывает политические споры о том, кто сколько воды может использовать.

Истощение запасов. Подземельные водоносные слои, которые копились тысячелетиями, стремительно истощаются из-за мощных систем полива сельхозугодий. 

Далее еще более неутешительная ситуация складывается в странах Южной Азии (Индия, Пакистан, Бангладеш и др.). Главной причиной дефицита воды в этих странах заключается в вооруженном конфликте между странами за контроль над главными водными артериями региона: Пакистан контролирует истоки реки Инд, а река Ганг, протекающая через Индию и Бангладеш, не может обеспечить потребности растущего населения обеих стран из-за колоссального загрязнения.

Усугубляющие факторы [1].

Слишком активное использование воды. Фермеры и промышленность в целом берут слишком много воды, не давая природе восполнять запасы.

Огромное количество людей. В небольшом по площади Бангладеш проживает боле 160 миллионов человек, что создаёт огромную нагрузку на водные ресурсы.

Климатические изменения. Глобально потепление и изменение погодных условий приводят к уменьшению объёмов доступной воды.

Всю ситуацию в целом ухудшает изменение климата.

Засухи становятся все более суровыми и продолжительными, а осадки все более редкими и непредсказуемыми. Без срочных мер, включая современные технологии, дефицит воды в этих местах может привести к серьёзнейшим гуманитарным конфликтам и проблемам.

Загрязнение водоёмов: промышленные сбросы, агрохимикаты и микропластик.

Промышленные сбросы - это жидкие отходы, которые сбрасываются в реки и озёра с заводов, фабрик, горнодобывающих предприятий.

Чем же они опасны? В них содержатся тяжелые металлы, такие как медь, ртуть, свинец, кадмий, мышьяк. Они не разлагаются, а накапливаются в донных отложениях и в организмах рыб, что потом вызывает тяжелые заболевания у людей и животных.

Агрохимикаты - это фосфорные, калиевые, азотные удобрения и ядохимикаты сорняков и вредителей. Проблема заключается в том, что все эти вещества с сельскохозяйственных полей смываются дождями в ближайшие водоёмы.

Опасность:

Цветение воды. Переизбыток фосфорных и азотных удобрений действует на воду как модная подкормка, что вызывает бурный рост сине-зеленых водорослей. Когда они отмирают и разлагаются, то поглощают весь кислород из воды. Отсутствие кислорода приводит к летальному исходу для рыб и других животных. Водоём превращается в плохопахнущую «мертвую зону». В качестве примера могу привести ежегодное цветение Балтийского моря и многих водохранилищ.

Ядохимикаты. Эта отрава убивает ее только вредителей на полях, но и мальков рыб, насекомых, планктон, нарушая всю пищевую цепь. Яд может откладываться и в тканях животных, и по цепочке может доходить до человека.

Микропластик - это мелцие частицы пластика размером не более 5 миллиметров. Выделяют две группы микропластика, различающиеся по способу возникновения:

Первичный берется из косметики, скрабов, зубной пасты, синтетической одежды.

Вторичный появляется в результате разрушения на солнце крупного пластикового мусора (к примеру, пластиковые бутылки, полиэтиленовые пакеты.)

Таким образом, подводя итог вышесказанному, мы можем утверждать, что проблема водопользования – одна из острейших проблем современности. Сейчас многие технологии и весь научный потенциал многих стран направлен на так называемую поэтапную программу изменения климата, которая активно внедрена, например, в Объединенных Арабских Эмиратах. Долгосрочный эффект от внедрения этой программы на данный момент оценить не представляется возможным, ввиду того, что человек посягает на силы природы и как знать, к чему приведет озеленение и опреснение воды и как это скажется на других частях Планеты Земля.

4. РЕШЕНИЕ ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ: ЭКОНОМИЯ ВОДЫ

В данном разделе мы подробнее остановимся на основных возможных способах экономии воды как стратегически важного ресурса. Выше мы уже отмечали, что к 2026 году ввиду многих техногенных факторов, а также неравномерного распределения воды на Планете ввиду изменения климата, без воды может остаться две трети населения Земли.

Среди основных приемов экономии воды в современном мире основное предпочтение отдается таким, как капельное орошение, технологии биологической водоочистки и др. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

1. Капельное орошение: экономия до 70% воды.

Капельное орошение - это такая система полива, при которой вода поступает не на всю поверхность поля, а точечно, попадая в корневую систему каждого растения. Для этого использую специальные трубки, которые равномерно распределены по площади участка.

Вода поступает дозированными порциями, поддерживая влажность почвы там, где это необходимо.

Как это экономит воду?

При традиционных методах полива вода тратится в стабильно большем количестве нежели при капельном орошении. Этот процесс особенно неконтролируем в деревнях, селах, на больших плантациях и площадях посева, нуждающихся в регулярном поливе [1].

При капельном орошении эти потери воды устраняются посредством таких факторов, как:

• Испарения - вода попадает не на само растение (листья и стебель), а сразу же в его корни. Эта система позволяет экономить около 30-40% водных запасов, ранее попросту растраченных.

• Сток воды и ее глубокое просачивание - при обычном поливе излишки воды стекают на поверхность поля, а потом уже и в глубь почвы, куда корни растений не достают. Капельная же система, напротив, подаёт воду медленно, позволяя ей успеть полностью впитаться в нужном месте.

• Борьба с сорняками. Ввиду увлажнения достаточно узкой зоны вокруг растения, сорнякам попросту недостаёт воды для роста и развития. В итоге вся вода используется на благо урожая.

Технология капельного орошения стала спасением для засушливых регионов, о которых мы говорили ранее.

2. Биотехнологии в водоочистке.

Биотехнологические методы очистки воды используют живые организмы (бактерии, растения и водоросли) для разложения, поглощения и преобразования загрязнений воды. Они работают по принципу усиления естественных процессов, которые происходят в озерах и реках, но делают это быстрее и эффективнее.

Как бактерии применяются в водоочистке?

Бактерии, дышащие кислородом, поедают органические загрязнения (сточные воды, остатки пищи, нефтепродукты). Они превращают эти самые загрязнения в безвредные углекислый газ и воду. Это является основой городских очистных систем.

Бактерии, работающие без кислорода, перерабатывают концентрированные отходы и выделяют метан, который используют как топливо.

Специализированные бактерии представляют собой выведенные учеными штаммы, которые хорошо умеют разлагать пестициды, нефть, токсичные химикаты [2].

Микробы прикрепляются к пористым материалам (например, пластику), образуя бактериальную пленку. Она, в свою очередь, непрерывно фильтрует и очищает протекающую воду.

Роль растений в этой сфере.

• Водные и прибрежные растения (камыш, тростник) всасывают корнями загрязняющие вещества: нитраты, фосфаты и тяжелые металлы. 

• Создаются искусственные очистные болота - неглубокие каналы или пруды, засаженные растениями, через которые медленно пропускают сточные воды, очищая их.

Грибы - разрушители сложных загрязнений.

Некоторые грибы производят мощные природные растворители, которые способны расщеплять сложные соединения, такие как антибиотики, синтетические красители, компоненты промышленных стоков.

Водоросли как источники кислорода.

Таким образом, микроскопические водоросли поглощают углекислый газ и избыток питательных веществ, одновременно насыщая воду кислородом. Это помогает работе полезных бактерий и улучшает её качество.

5. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

В данном разделе мы осветим основные общеизвестные водные ресурсы Кабардино-Балкарской Республики, региона с удивительной экологией и уникальной природной системой и Кавказских Минеральных Вод, региона с очень интересным и обширным запасом минеральных вод.

Водные ресурсы Кабардино-Балкарской Республики (КБР) включают реки, озёра, ледники и подземные воды. 

Поверхностные водные объекты представлены речной сетью, входящей в бассейн реки Терек. Некоторые крупные реки: 

Терек — в пределах КБР протяжённость — 76 км, все реки республики — притоки Терека.

Малка — протяжённость — 210 км, самый большой левый приток Терека.

Баксан — протяжённость — 169 км, крупный правый приток Малки.

Особенности рек:

• В верховьях в высокогорьях реки протекают в узких, каньонообразных долинах, имеют значительные уклоны и большую скорость течения.

• Выходя на равнины, реки расширяют свои долины, разбиваются на рукава и протоки.

• По водному режиму различают реки с весенне-летним и летним половодьем, связанным с интенсивным таянием снегов и ледников в высокогорьях, и паводочным режимом (Нальчик, Урвань, Шалушка и др.). [6]

Озера

В КБР более 100 озёр общей площадью около 0,2 тыс. га. Значительная часть озёр относится к малым. Большая часть озёр находится в высокогорьях, их образование связано с ледниками, а равнинные озёра — это остаточные водоёмы — старицы рек. [6]

Некоторые озёра:

• Нижнее Голубое — глубина — 254 м, площадь зеркала — 2,4 га, температура стабильна круглый год — 9,3 градуса, за счёт наличия сероводорода вода имеет в любую погоду голубой цвет.

• Сухое озеро — карстовый провал глубиной до 100 м и в диаметре 120 м. [5]

Ледники

На территории КБР сосредоточены около 294 ледников. Некоторые ледники:  Безенги — расположен на северном склоне Большого Кавказа в его самой высокогорной части, лежит на склоне и у подножия Безенгийской стены в депрессии между Главным и Боковым хребтами.

• Дых-Су — закрывает собой часть склонов гор Шхара, Башхааузбаши, Крумкол и Коштантау, питает речку Дыхсуу, которая берёт начало от языка ледника на высоте 2 070 м над уровнем моря и является притоком реки Черек-Балкарский.

Подземные воды

Территория КБР характеризуется разнообразием гидроминеральных ресурсов. Некоторые особенности подземных вод: [6]

• Пресные подземные воды — основной источник питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения.

• Минеральные воды — выявлено более 100 источников лечебных минеральных вод.

• Термальные воды — эксплуатируются месторождения термальных подземных вод (Восточно-Баксанское, Нижне-Баксанское, Аушигерское).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенного информационного научного исследования получены следующие основные выводы:

Вода – это ценнейший ресурс планеты с очень простой химической формулой. Молекула воды представляет собой уникальное соединение молекулы водорода и кислорода.

Физические и химические свойства воды уникальны. Ученые достаточно подробно изучили физический и химический состав воды. Вода может быть представлена не только в привычном для нас жидком состоянии. В лабораторных условиях возможны эксперименты с молекулой воды при создании аномально низких и неимоверно высоких температур. Полученные результаты позволяют ученым глубже понимать все процессы, в том числе процессы мироздания.

Говоря о том, представлена вода в Космосе или нет, мы также выяснили, что молекулы воды под воздействием ультрафиолетовых лучей создают уникальные свечения в протопланетных дисках, а также составляют основу космических океанов, запас воды, в которых в десятки раз превышает запас воды на Планете Земля.

Далее мы затронули острейшие проблемы воды в условиях современной глобализации. Мы выделили основные проблемы, связанные с неравномерным распределением осадков на Земле, а, соответственно и неравномерным запасом пресной воды в разных частях Планеты. Самый главный вывод здесь – проблема воды напрямую связана с техногенным воздействием человеческой деятельности и еще множеством антропогенных факторов. Все эти факторы и составляют сменяющие друг друга промышленные революции.

Среди возможных способов решения нехватки пресной воды мы выделили более рациональное распределение воды при обработке сельскохозяйственных угодий, так как выше мы отмечали насколько сельское хозяйство истощает подземный водный запас Земли.

Мы считаем, что сейчас научное сообщество проводит очень серьезные научные исследования в решении проблем опреснения воды и уменьшения скорости глобального потепления. Без привлечения острого внимания к данным проблемам наше существование ставится под угрозу, поскольку общеизвестным является факт того, что вода составляет основу всего живого, в том числе и человека.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сердарова Н. НЕХВАТКА ВОДЫ И ЖИЗНЬ: ГЛОБАЛЬНЫЙ ВЫЗОВ 2025 ГОДА // Инновационная наука. 2025. №8-1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/nehvatka-vody-i-zhizn-globalnyy-vyzov-2025-goda (дата обращения: 13.12.2025).

2. Шишелова Т.И., Толстой М.Ю. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУКИ О ВОДЕ. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ // Научное обозрение. Реферативный журнал. 2016. № 4. С. 61-80; URL: https://abstract.science-review.ru/ru/article/view?id=1799 (дата обращения: 13.12.2025).

3. m.ok.runbcrs.org

4. bigenc.runsportal.ru

5. nbcrs.org

6. igordev.ru