Led15
“Opiši, kako nastajajo in izginevajo oblaki, zakaj se para dviga iz vode na tleh v zrak, razloge za nastanek megle in gostega zraka, vzroke, da je zrak včasih bolj moder kot sicer. Na isti način opiši različne vrste zraka in vzroke za nastanek snega in toče, in kako voda otrdi v led, in kako ta na zraku ustvarja nove oblike.”
Prisluhnili smo fragmentu iz dnevnika Leonarda da Vincija. Leonardo da Vinci je o vodi napisal več kot o katerikoli drugi temi. Vsa svoja opažanja o vodi si je skrbno zapisoval, saj je imel trden namen napisati traktat o vodi v petnajstih knjigah. Od teh knjig nam je žal zapustil zgolj naslove denimo “O premikanju vode” ali “O stvareh, ki jih voda izrablja”. Nikdar pa ni našel časa, da bi namero o knjigi o vodi tudi uresničil.
Današnjo oddajo Znanstvene redakcije Frequenza della scienza namenjamo vodi. V prvem delu oddaje se bomo posvetili vprašanju, kako se je voda na našem planetu sploh pojavila. V nadaljevanju pa bomo spoznali, da ima voda veliko zanimivih fizikalno-kemijskih lastnosti. Ki pa sploh niso tako samoumevne, kot se nam morda zdijo.
Nato bomo še posebej izpostavili fizikalno lastnost slanosti, ter težave, ki jih povzroča v kmetijstvu. V zadnjem delu oddaje pa bo govora o kroženju vode ter o stanju voda v Sloveniji. Pri tem se ne bomo ognili niti temu, kakšno vlogo igra v človeškem telesu.
Voda prekriva okoli sedemdeset odstotkov Zemljine površine. Velika večina oziroma kar sedemindevetdeset odstotkov se je nahaja v oceanih in morjih. Vendar pa vprašanje, kako je voda sploh prišla na Zemljo, ostaja nepojasnjeno. Obstajata dve teoriji, ki bi lahko pojasnili njen pojav na našem planetu.
Prva teorija govori o tem, da je voda na Zemlji prisotna že od samega začetka. Tako naj bi se pred štiri in pol milijardami let v protosolarnih oziroma predsončnih meglicah prahu in plinov nahajal tudi led. Iz meglic so se izoblikovali sonce in planeti. Po tej teoriji je voda na planetu Zemlja ostala kot del njene skorje.
Druga teorija pravi, da je na tretji od sonca oddaljen planet voda prišla naknadno. Tako naj bi je bilo ob nastanku Zemlje v kamninah le malo in so jo v večjih količinah na planet prinesli ogljikovi hondriti. Gre za meteorite z velikim deležem ogljika, ki poleg slednjega vsebujejo tudi vodo v obliki ledu, in pa minerale.
Molekulo vode sestavljata dva atoma vodika in atom kisika. Znanstvenice in znanstveniki izvor vode raziskujejo na podlagi razmerja dveh različnih izotopov vodika. Izotopi so atomi istega elementa, v tem primeru vodika, z različnim številom nevtronov v jedru. Prvi izotop predstavlja najpogostejši vodik, ki ima v jedru le proton. Drugi izotop pa imenujemo devterij, ki vsebuje tako proton kot tudi nevtron. Raziskovalke in raziskovalci nato razmerje vodika in devterija v oceanih primerjajo z vodo asteroidov, kometov in kamnin Zemlje.
Razmerje vodika in devterija v današnjih oceanih je bolj podobno vodnemu razmerju v asteroidih, kar govori v prid teoriji zunajzemeljskega izvora vode. Ker pa se je razmerje izotopov vodika v oceanih spreminjalo tudi skozi čas, ostaja izvor vode še naprej uganka.
Da so oceani nastali iz na Zemlji že prisotne vode, po drugi strani priča tudi dejstvo zgodnjega razvoja življenja, katerega pogoj je bila voda. O tem, kako se je življenje razvilo, smo govorili že v preteklih oddajah z naslovi In bilo je življenje ter In bila je celica. Po glasbenem premoru pa bomo izvedeli, da izvor vode ni njena edina uganka. Ostanite z nami na 89,3 MHz.
Oddajo Znanstvene redakcije Radia Študent o vodi nadaljujemo z raziskovanjem njenih fizikalno-kemijskih lastnosti, ki so: polarnost molekule vode, relativno visoko tališče in vrelišče, več modifikacij ledu, gostota vode, površinska napetost in druge. Voda ima namreč veliko zanimivih in edinstvenih lastnosti, mnoge od njih pa še danes niso povsem pojasnjene.
Za fizikalno razumevanje vode je ključno, da najprej spoznamo njeno zgradbo na molekulskem nivoju, saj bomo šele na ta način razumeli njene lastnosti. Prisluhnimo opisu molekule vode profesorja Rudolfa Podgornika z ljubljanske Fakultete za matematiko in fiziko.
Razdelitev naboja molekule vode na pozitivni in negativni del, čemur pravimo polarnost, je vzrok za mnoge njene lastnosti, tudi za to, da je voda zelo dobro topilo. Pravzaprav je sposobna raztopiti več snovi kot katerakoli druga tekočina.
Voda je gotovo univerzalno topilo življenja na Zemlji, saj je v njej raztopljena večina biološko pomembnih molekul, in prav v njej se odvija tudi večina biokemijskih reakcij. Zakaj je voda tako zelo dobro topilo, nam je pojasnil doktor Podgornik.
Polarnost molekule vode in prisotnost vodika sta predpogoj za še eno izredno pomembno lastnost vode: molekule vode se v tekočini povezujejo med seboj, in sicer z vodikovo vezjo. Več o njej nam pove profesor Podgornik.
Prav vodikove vezi so vzrok za mnoge nenavadne oziroma anomalne lastnosti vode. Nekatere od teh anomalij bomo predstavili v nadaljevanju, najprej pa prisluhnimo, kakšno je njihovo molekulsko ozadje.
Kot vemo, ima voda vrelišče pri stotih stopinjah Celzija. Prav zaradi vodikovih vezi med molekulami vode je njeno vrelišče v primerjavi z drugimi podobnimi molekulami zelo visoko. Za primerjavo vzemimo molekulo metanola, ki ga uvrščamo med alkohole. Razlika med vodo in metanolom je, da ima metanol namesto drugega vodika na kisiku vezano metilno skupino oziroma CH3. Zato se med molekulami metanola ne tvori toliko vodikovih vezi kot med molekulami vode. Posledično je vrelišče metanola nižje, pri petinšestdesetih stopnijah Celzija.
Če nekoliko dopolnimo našo prejšnjo trditev: voda, v kateri ni raztopljenih topljencev in ki se nahaja na višini morske gladine ter je pod tlakom ene atmosfere, ima vrelišče pri stotih stopinjah Celzija. Vrelišče vode se namreč spreminja glede na nadmorsko višino in tlak. Tako recimo na Mount Everestu voda zavre že pri okoli sedemdesetih stopinjah Celzija. Ob dodatku snovi, ki je v vodi dobro topna, denimo kuhinjske soli, pa se vrelišče vode zviša.
Po drugi strani pa se zmrzišče vode ob dodatku soli zniža. Če vas zanima več o tako imenovanih koligativnih lastnostih vode oziroma zakaj pozimi posipavamo ceste s soljo, vabljeni k poslušanju naše oddaje Sezon fredi.
Na tem mestu velja tudi omeniti, da v določenih primerih voda obstaja vtekočem stanju tudi pod temperaturo zmrzišča, se pravi pod nič stopinjami Celzija. Tako vodo imenujemo podhlajena voda. Podhlajena voda je zelo čista voda, ki v led ne kristalizira zato, ker v njej ni nobenih delcev, ob katerih bi se kristalizacija začela. Če pa tako podhlajeno vodo prelijemo, ali v njo vržemo nek delec, bo v trenutku kristalizirala. Dodan delec ali stena posode namreč delujeta kot jedro, okoli katerega se kristalizacija začne.
Voda je tudi edini element, ki se na Zemlji pogosto nahaja v vseh treh agregatnih stanjih, torej kot plin, tekočina in trdnina. V katerem agregatnem stanju se nahaja pri določenih pogojih, je ponovno odvisno od vodikovih vezi. Doktor Rudolf Podgornik s Fakultete za matematiko in fiziko:
Govorjenje o modifikacijah ledu nas verjetno spomni na Vonnegutov znanstveno-fantastični roman Mačja zibka:
Za večino snovi velja, da je trdno agregatno stanje gostejše od tekočega. Voda je zato nenavadna tudi v tem pogledu, saj je tekoča voda neobičajno gosta, najgostejša pa je pri temperaturi štiri stopinje Celzija. Kot smo slišali, ima led petnajst različnih kristalnih struktur, in nekatere od njih so celo manj goste od tekoče vode ter zato lahko na njej plavajo. Ne velja pa to za vse modifikacije ledu. Profesor Podgornik:
Slišali smo, da je trdno agregatno stanje, torej led, veliko bolj nenavadno, kot se nam morda zdi. Še ena anomalna lastnost vode oziroma ledu pa nam omogoča, da na ledu lahko drsamo. Preden si obujemo drsalke, pa nam bo doktor Podgornik pojasnil, zakaj je voda posebna tudi v tem pogledu.
Ljudje pa nismo edine živali, ki se radi podimo na površju vode. Ste se že kdaj vprašali, kaj omogoča žuželkam, da lebdijo in skakljajo na vodni gladini, čeprav so običajno gostejše od same vode? Odgovor se skriva v površinski napetosti. Prav ta je še posebej velika v primerjavi z drugimi tekočinami in je tudi razlog, da se voda oblikuje v kroglične kapljice na površini listov. Kaj površinska napetost sploh je, nam pojasni profesor Rudolf Podgornik.
Do sedaj ste se verjetno prepričali, da je voda res edinstvena snov z veliko zanimivimi lastnostmi, o katerih morebiti prej niste še nič slišali. V nadaljevanju oddaje pa bomo predstavili še eno lastnost, slanost, ter kakšne težave nam povzroča v kmetijstvu. Zadnji del oddaje pa bomo namenili kroženju vode na Zemlji in v našem telesu ter stanju voda v Sloveniji. Sedaj pa prisluhnimo Mlačni vodi.
Otroci Socializma - Mlačna Voda
Na 89,3 MHz poslušate oddajo Frequenza della scienza o vodi. Predstavili smo že domneve o izvoru vode na Zemlji ter nekaj njenih zanimivih fizikalno-kemijskih lastnosti. V nadaljevanju oddaje pa bo beseda tekla o še eni taki lastnosti, in sicer o slanosti ter o problemih, ki jih ta povzroča v kmetijstvu.
Slanost je merilo za vsebnost raztopljenih soli v vodi. Velja poudariti, da z izrazom sol ne mislimo le na kuhinjsko sol, torej natrijev klorid, ampak tudi na ostale soli, na primer magnezijeve soli.
Različne v vodi raztopljene soli vplivajo na kemijske in biološke procese, pa tudi na fizikalne lastnosti vode, kot je denimo gostota. Kot vemo, je morska voda gostejša od sladke vode in v morju živijo druge vrste organizmov kot v sladki vodi. Ob tem velja dodati, da sladke vode seveda niso sladke, le manj slane.
Slanost vode lahko podamo na dva načina. Prvi način je, da slanost izrazimo kot maso raztopljenih soli v litru vode. V morski vodi je okoli 35 gramov soli na liter, v pitni vodi pa le okoli 0,5 gramov soli na liter.
Drug način za podajanje slanosti pa je s specifično električno prevodnostjo vode. Ioni, torej nabite molekule, so nosilci električnega naboja v tekočinah. Tudi del molekul vode H2O se v tekočini nahaja v ionski obliki, in sicer kot pozitivno nabit kation H3O+ ali negativno nabit anion OH-. In prav ti ioni prevajajo električni tok.
Kot smo omenili že v prvem delu oddaje, je voda dobro topilo in soli v njej razpadejo na ione. Večja kot je koncentracija v vodi raztopljenih soli, več bo tudi ionov v vodi in posledično se bo povečala njena električna prevodnost.
Specifično električno prevodnost merimo v enotah siemens na centimeter. Za boljši občutek predstavimo nekaj številk: destilirana voda ima specifično električno prevodnost 0,02 milisiemensa na centimeter, dobra pitna voda nekaj pod enim milisiemensom na centimeter, voda v rekah in jezerih od enega do pet milisiemensov na centimeter, medtem ko specifična prevodnost morske vode znaša okoli petinštirideset milisiemensov na centimeter. Profesor Dominik Vodnik z Biotehniške fakultete nam je povedal, kako slana je voda, s katero zalivamo rastline.
Kmetijstvo je torej velik porabnik sladke vode. Po ocenah Združenih narodov se jo za potrebe kmetijstva na svetovni ravni porabi kar sedemdeset odstotkov. Velika večina vode na našem planetu pa je seveda slane, sladka voda namreč predstavlja le okoli 2,5 odstotka vse vode na Zemlji.
Zlahka se nam tako porodi vprašanje, če bomo ob naraščajoči človeški populaciji in posledično potrebi po še večji proizvodnji hrane imeli na razpolago dovolj pitne vode za vse ljudi. Kot tudi dovolj sladke vode za namakanje vseh polj. Na tem mestu velja omeniti, da ni vsaka sladka voda primerna za kmetijstvo – onesnažene in okužene vode denimo niso.
Druga težava, ki ogroža našo prihodnjo kmetijsko proizvodnjo, so zasoljena tla. Gre za tla, v katerih je vsebnost soli že tako velika, da vpliva na rast in donos večine kmetijskih rastlin ter mikroorganizme v prsti. Po podatkih Organizacije Združenih narodov za prehrano in kmetijstvo vsaj trije odstotki površine našega planeta predstavljajo zasoljena tla, še dodatnih tri in pol odstotka pa tla z nakopičenimi natrijevimi ioni oziroma alkalna tla. Delež zasoljenih tal pa se vsak dan, tudi zaradi nepravilnega namakanja, povečuje.
Slanost ima namreč za rastline podobne učinke kot suša ter še dodatno pa negativno nanje vplivajo tudi same soli. O podobnostih in razlikah med učinkom slanosti in suše na rastline je spregovoril profesor Vodnik.
Kot smo slišali, voda zaradi osmoze zapušča rastlinsko celico, saj je koncentracija soli v okolici višja kot v celici. Do osmoze pride, kadar imamo neko pregrado, ki je prepustna za vodo, a neprepustna za ione soli ali druge topljence.
Primer takšne pregrade je celična membrana. Voda lahko prehaja iz ene strani membrane na drugo. Če je na eni strani membrane koncentracija topljencev, denimo soli, višja kot na drugi, lahko poenostavljeno rečemo, da bo voda potovala na stran z višjo koncentracijo topljencev. Voda bo potovala vse dokler ne bo raztopina toliko razredčena, da bo celokupna koncentracija raztopljenih delcev na obeh straneh enaka.
Za ponazoritev lahko opišemo, kaj se zgodi, ko solato posolimo in ji dodamo kis. Z obema dodatkoma postane okolica solate bolj slana od notranjosti celic solate, zato bo voda potovala iz celic ven, kar opazimo kot uvele liste solate. Zaradi izstopa vode iz celic upade tudi turgor oziroma tlak, s katerim rastlinska celica pritiska na celično steno.
Po drugi strani pa vemo, da olje lahko dodajamo po mili volji, pa se z listi solate ne bo zgodilo nič takega. Razlog se skriva v tem, da olje ni topno v vodi in zato na osmozne pojave nima vpliva.
Kadar je torej koncentracija raztopljenih topljencev v okolici višja kot v rastlinskih celicah, gre voda iz rastline v okolico in rastlina oveni. Kot vemo, pa obstajajo med rastlinami izjeme, ki ne bodo ovenele niti v zelo slanih tleh oziroma vodah. Seveda so take rastline na višjo slanost posebej prilagojene. Tovrstne prilagoditve nam je predstavil doktor Vodnik z Biotehniške fakultete.
Slanost zaradi vedno večjega deleža zasoljenih prsti in vedno manjše razpoložljivosti sladke vode v kmetijstvu postaja vse večji problem. Izziv za prihodnost bo torej pridelati več hrane in ob tem porabiti manj vode.
Zanimiv pristop k reševanju tega problema imajo na nizozemskem otoku Texel. V Salt Farm Texel preizkušajo toleranco različnih sort kmetijskih rastlin na slanost. Uspelo jim je že odkriti, da je ena sorta krompirja posebej dobro tolerantna na slanost. Od leta 2014 to sorto krompirja poskušajo gojiti na zasoljenih tleh v Pakistanu. Rezultati so obetavni, saj so na nekaterih poljih, kjer leta poprej zaradi visoke slanosti ni raslo nič, že pobrali prve pridelke krompirja.
Znanstveniki in znanstvenice se z vzpostavljanjem večje tolerance na slanost pri kmetijskih rastlinah intenzivno ukvarjajo tudi s pomočjo metod genskega inženirstva. Profesor Dominik Vodnik:
Temperatura in parni tlak na Zemljinem površju poskrbita, da voda evaporira iz oceana. V atmosferi se kondenzira, kar pomeni, da vodna para preide v kapljice.
Nastanejo oblaki. Voda začne padati proti zemljini površini. Bodisi v obliki snežink, zmrznjena kot toča, bodisi v tekočem stanju kot dež. Ko pade na Zemljino površino, se voda infiltrira v tla. Pride do podzemlja, skozi izvir na površje, kjer teče kot rečica.
Ta se kasneje združuje z drugimi rečicami in nastajajo reke. Vedno večje reke. Te se na koncu ponovno združijo v ocean.
V procesu kroženja vode se jo del nahaja tudi v organizmih oziroma življenjskih združbah. Voda je namreč gradnik tako enoceličnih kot tudi velikih, kompleksnih organizmov. V človeškem telesu predstavlja snov, ki je najbolj zastopana. O tem, kakšen delež vode se nahaja v človeku in kakšna je njena funkcija v telesu, nam pove Ivanka Gale iz Nacionalnega inštituta za javno zdravje:
Telo pa vodo tudi ves čas izgublja. Ta proces poteka z znojenjem, preko ledvic z urinom, iz pljuč z izdihanim zrakom ter preko črevesja z iztrebki. Pri normalni telesni aktivnosti tekom dneva z znojenjem izgubimo približno liter vode. Ob povečani telesni aktivnosti ali višji temperaturi okolja pa lahko liter vode izgubimo tudi v eni uri.
Zato je potrebno tekočino v telesu ves čas nadomeščati. Dnevna priporočena količina vode za odraslega človeka je okoli dva do tri litre. Prisluhnimo, kaj pomanjkanje vode oziroma dehidracija predstavlja za telo. Ivanka Gale:
Čeprav kroženje vode v naravi poteka od človeka neodvisno, pa ima slednji s svojim delovanjem velik vpliv na okolje in naravo ter posledično tudi na vodo. Zato človek mora z vodnimi viri skrbno upravljati. Za to delo je v naši državi pristojna Agencija Republike Slovenije za okolje, krajše ARSO. Naloga agencije je predvsem odpravljanje škodljivih vplivov in s tem zagotavljanje primerne vode za človeka, naravne ekosisteme in posledično biotsko raznovrstnost.
Kako poteka spremljanje stanja površinskih voda in kateri parametri so pri tem ključni, nam zaupa magistrica Mojca Dobnikar Tehovnik iz Agencije Republike Slovenije za okolje:
Standardi, na katerih temelji vrednotenje stanja voda, so določeni v Pravilniku o monitoringu stanja površinskih voda. Ti so za onesnaževala[1] določeni na podlagi akutnih in kroničnih strupenosti za vodne organizme. Postavljeni so tako, da ne ščitijo samo človeka, temveč celoten vodni ekosistem. Posledično so pri površinskih vodah standardi dostikrat strožji, kot so mejne vrednosti za pitno vodo.
Pri podzemnih vodah so za pesticide in nitrate postavljeni enotni evropski standardi, medtem ko jih za ostale snovi lahko postavi država sama. Nitrati kot onesnažilo pridejo v podzemne vode predvsem zaradi naravnih in umetnih gnojil ter komunalnih odplak. Katere pa so torej glavne grožnje voda pri nas?
V Sloveniji dobiva vodo iz vodovodnega sistema približno devetdeset odstotkov prebivalcev. Spremljanje stanja kakovosti pitne vode temelji na pravilniku pitne vode, ki izhaja iz direktive evropske skupnosti. To spremljanje se namreč izvaja samo na vodovodih, ki oskrbujejo 50 ali več prebivalcev. Za spremljanje stanja vode pri ostalih, manjših virih pa je za obveščanje prebivalcev v primeru tveganega stanja voda za njihovo zdravje pristojna lokalna skupnost.
Večina prebivalcev se oskrbuje z večjimi vodovodi in v Sloveniji velja pravilo, da večji, kot je vodovod, boljša je kakovost vode. Pri tem je petina prebivalcev oskrbovana s podzemnimi viri vode, ki pa ne potrebujejo predpriprave pri distribuciji, kot je to potrebno pri ostalih virih. S katerimi problemi se pri pitni vodi srečujemo v Sloveniji, nam razloži Ivanka Gale iz Nacionalnega inštituta za javno zdravje:
Tako smo na valovih Radia Študent priplavali skozi današnjo oddajo Frequenza della scienza.
Voda pa ni nujna le za življenje, ampak nam nudi tudi estetski užitek. Recimo slap med gorami. Ali Blejsko jezero. Slednje je skozi čas postalo tudi simbol gorenjske in pomembna turistična zanimivost. Naslednji teden, natančneje v torek, 13. decembra, v znanstveni redakciji Radia Študent pripravljamo pogovor o ekološkem stanju Blejskega jezera. Dogodek s bo zgodil v Trubarjevi hiši literature. Gosta večera bosta potapljač Jure Žvan, ki jezero rešuje z masko in plavutkami ter profesor Ekologije voda na Biotehniški fakulteti, doktor Mihael Jožef Toman. Skupaj bomo poskusili priti problemu ekološke onesnaženosti jezera do dna in razložiti njegovo ekološko zgodbo od začetka do danes.
Veliko novega o vodi sta se naučila Angelika in Sebastjan.
Urednikovala je Teja.
Brala sta Pia in Čeh.
Tehniciral je Blaž.
Uredniški izbor
Napovedi
Prikaži Komentarje
Komentiraj