Успехи современного естествознания. FAQ по воде Стремительное снижение веса
УДК 556:615,4
Д.Э. Круглов, А.А. Аветисян, Н.Н. Чикида, А.И. Осипов РОЛЬ ВОДЫ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА
ГНУ Агрофизический институт Росселъхозакадемии, [email protected]
Известно, что вода является главной составляющей здоровья человека. Недостаток воды вызывает процессы обезвоживания. В первую очередь это проявляется повышением утомляемости, снижением иммунитета, а затем начинаются сбои обменных процессов. Очень важно знать качество потребляемой в пище воды. Д.Э. Круглов изучил свыше 3000 родников на территории Южного Урала и обнаружил воду с уникальными свойствами.
Содержание дейтерия и кислорода-18 в ней в два раза ниже по сравнению с обычной питьевой водой. Из литературы известно, что количество дейтерия в различных природных водах изменяется от 90 ppm (вода из Антарктического льда - самая легкая природная вода) до 180 ppm для воды в газовых пластах и закрытых водоемах Сахары. Изотопные эффекты тяжелой воды высокой концентрации, не существующей в естественных условиях, изучены в настоящее время достаточно хорошо. Экстраполяция полученных данных к сильному разбавлению тяжелой воды не позволяет ожидать ощутимых эффектов при снижении концентраций тяжелых изотопов ниже природного уровня. Тем не менее, в последнее десятилетие показано, что природная вода, обедненная тяжелыми изотопами водорода и кислорода, обладает стимулирующим действием на различные биологические объекты и даже лечебными свойствами.
Эти результаты интересны уже сами по себе, поскольку говорят о том, что живая клетка способна реагировать на небольшие изменения содержания дейтерия в воде. Это тем более удивительно, что эти изменения происходят на очень низком абсолютном уровне (30 -^150 ppm), и имеют, таким образом, «гомеопатический» характер. Сейчас надежно установлено, что существует прямая связь изотопного состава человека с составом потребляемой воды и пищи.
Если рассматривать дейтерий как микроэлемент, входящий в состав не только воды, но важнейших органических соединений, то по значимости его можно поставить на одно из первых мест, если не на первое место. Среди дру-
гих элементов в организме человека дейтерий оказывается сразу за натрием. Его содержание в плазме крови в 4 раза больше, чем калия, в 6 раз больше, чем кальция, в 10 раз больше, чем магния и намного больше содержания таких важнейших микроэлементов, как фтор, железо, йод, медь, марганец и кобальт. Исходя из природных вариаций дейтерия, можно предположить, что содержание дейтерия в организме человека может варьировать в достаточно широком диапазоне от 9 до 16 ммоль/л даже, если считать, что в течение жизни он не накапливается в организме, благодаря реакциям изотопного обмена. Так, по данным Лобышева В.Н. и Калиниченко Л.П.(1978) в плазме крови человека концентрация дейтерия выше, чем в принимаемой им питьевой воде. Это означает, что в плазме содержание дейтерия больше 16 ммоль/л.
Поскольку водород входит в состав не только воды, но и макромолекул, из которых состоят белки жиры и углеводы, можно уверенно предположить, что эти колебания не могут оставаться незамеченными организмом. Тем более что по числу атомов в теле человека водород уверенно занимает первое место, хотя по весу он только третий. Здесь необходимо обратить внимание еще на один факт. Человек более чем на 99% состоит из четырех легких изотопов, которых подавляющее большинство в природе. Пока организм молодой и все его системы работают в «штатном режиме» более тяжелые атомы, в первую очередь О-18 и Э, практически не мешают его работе. Однако, благодаря эффективно работающим защитным силам, организм успешно справляется с возникающими дефектами. Совсем другое дело, когда в результате старения, стрессов, продолжительной болезни и неблагоприятных внешних воздействий защитные силы организма ослабевают, тогда любая дополнительная помеха может сыграть свою отрицательную роль и вызвать сбои в работе важнейших систем организма.
Для повышения жизненных сил и мобилизации их на борьбу с неблагоприятными внешними воздействиями, нам необходимо очищать организм от тяжелых изотопов биогенных элементов так же, как мы очищаем его от химических шлаков. В ходе клинических испытаний легкой воды, проведенных в 1994-2001г.г. в Венгрии, было показано, что:
Уровень выживаемости больных, употреблявших легкую воду в сочетании с традиционными методами лечения или после них значительно выше, чем у больных, использовавших только химио- или лучевую терапию. По данным G. Somlyai (2002), уровень выживаемости больных раком молочной желе-
зы 4-ой стадии, употреблявших в ходе стандартного лечения легкую воду, оказался через два года в 3 раза выше, чем у больных, использовавших только традиционные методы лечения;
Использование легкой воды во время или после сеансов химиотерапии позволяет частично или полностью убрать иммунодепрессивный эффект цитостатика, уменьшить или полностью снять побочные неблагоприятные эффекты применения химиопрепаратов.
При этом во всех случаях было отмечено значительное увеличение продолжительности и улучшение качества жизни больных.
Легкая вода в этом смысле может оказаться, действительно, чрезвычайно полезной. Неслучайно в США и некоторых странах Европы в качестве профилактического противоопухолевого средства зарегистрирована и уже продается питьевая вода с содержанием дейтерия 105 ррт. Кроме того, очевидно, что это наиболее простой способ внедрения легкой воды в нашу повседневную жизнь.
Для изучения влияния легкой питьевой воды на организм человека в отделе эндокринологии РНЦ восстановительной медицины и курортологии МЗ РФ были проведены клинические испытания легкой питьевой воды «Лангвей-100». В испытаниях участвовали 50 пациентов, больных сахарным диабетом (СД) I и II типа, и 40 пациентов с различными проявлениями метаболического синдрома.
Клинические испытания проводились в рамках простого слепого исследования, где в качестве плацебо использовалась питьевая вода «Софринская», близкая по солевому и микроэлементному составу к испытываемой воде. Вся вода давалась больным в одинаковой упаковке без этикеток. В опытных группах пациенты получали базовую терапию и легкую воду «Лангвей-100» (1 литр в сутки), в контрольных - базовую терапию и воду плацебо.
В ходе испытаний воды на больных с различными проявлениями метаболического синдрома было обнаружено, что исследуемая вода оказывает достоверное гипогликемическое, гиполипидимическое и гипотензивное действие на организм обследованных больных. Это означает, что вода с пониженным, по отношению к природному уровню, содержанием дейтерия и кислорода-18 оказывает воздействие, в первую очередь, на обменные процессы. Исследования показали, что у 34 (85%) больных было выявлено повышение концентрации конечного продукта перекисного окисления липидов малонового диальдегида. В среднем эта величина составляла 7,8 мкмоль, что на 47% больше нормы. После
курса приема легкой воды концентрация малонового диальдегида снизилась в среднем на 18%, причем у 40% больных опытной группы содержание его уменьшилось до верхней границы нормальных значений. Полученные результаты могут свидетельствовать об антиоксидантом действии легкой воды.
Основное действие, оказываемое легкой питьевой водой на человеческий организм, связано с уменьшением содержания дейтерия. Анализ полученных результатов позволяет говорить о том, что очистка воды организма от тяжелой воды с помощью легкой питьевой воды позволяет улучшить работу важнейших систем организма. Чистка организма с помощью легкой воды зависит от массы тела и количества ежедневно выпиваемой легкой воды. Обнаруженные в последние годы свойства легкой воды позволяют, на мой взгляд, обоснованно говорить о хороших перспективах использования легкой воды в медицине и пищевой промышленности. Из литературных источников известно, что дейтерий накапливается в биологических системах и его
концентрация в различных клетках организма со временем становится выше, чем в потребляемой воде, это приводит к нежелательным изотопным эффектам первого и второго рода, в частности, замедлению нервных реакций и скорости протекания важнейших энзимных реакций. Даже незначительное уменьшение содержания дейтерия в воде делает ее сильнейшим биологическим стимулятором. Чем ниже содержание дейтерия в воде, тем большей биологической активностью она обладает. Выводить дейтерий из организма можно только с помощью реакций изотопного обмена, для чего должна быть использована вода, напитки и пища с пониженным содержанием дейтерия. Соотношение D/H в клетках организма существенно для процессов деления клетки: увеличение концентрации дейтерия в клетках приводит к увеличению вероятности заболевания раком, поскольку дейтерий особенно необходим для быстроразмножающихся раковых клеток.
Очевидно, что уникальные свойства «легкой воды» открывают широкие возможности ее использования в пищевой и косметической промышленности, фармакологии и медицине.
Это подтверждает зарубежный опыт использования «легкой воды» в этих областях промышленности. В настоящее время на Западе организовано производство и реализация противораковых средств, для лечения животных под маркой VETERA - DDW - 25, защитных и профилактических средств в борьбе со злокачественными образованиями на коже человека - под маркой YUVAN. В
Венгрии выпускается питьевая вода, обедненная дейтерием для профилактики онкологических заболеваний у человека.
Литература:
Лобышев В.Н., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D20 в биологических системах. М.: Наука, 1978.
G. Somlyai “The biological effect of deuterium depletion”, Budapest, Akademiai Klado, 2002.
Ключевые слова: организм человека, вода легкая природная, вода тяжелая, дейтерий, кислород-18, изотопные эффекты, болезни.
Key words: human body, water natural light, water heavy, deuterium, oxygen-18, isotope effects, disease.
УДК 612.015-055.2
А.Л. Максимов, Е.А. Луговая
^ЭЛЕМЕНТНЫЙ СТАТУС ОРГАНИЗМА КОРЕННЫХ ЖИТЕЛЕЙ МАГАДАНСКОЙ ОБЛАСТИ1
Научно-исследовательский центр «Арктика» ДВО РАН,
Магадан, Россия, [email protected]
К коренным малочисленным народам Севера, Сибири и Дальнего Востока Российской Федерации (КМНС) относятся народы численностью менее 50 тысяч человек, проживающие в северных районах России, в Сибири и на российском Дальнем Востоке на территориях традиционного расселения своих предков и сохраняющие традиционный образ жизни, хозяйствование и промыслы, осознающие себя самостоятельными этническими общностями. На территории Магаданской области КМНС обособленно продолжают проживать только в нескольких отдаленных поселках, а в большинстве своем относительно равномерно распространены среди пришлого населения и уроженцев из числа европеоидов в областном центре и крупных поселках. По данным Всероссийской переписи населения 2010 г. в Магаданской области зарегистрировано 4841
1 Maximov A.L., Lugovaya E.A.Body element status observed in native residents of Magadan region.
1Изучению свойств воды посвящены тысячи работ, как теоретиков, так и экспериментаторов. Но все они разрознены, не скоординированы. Проблема воды – исключительно важная фундаментальная проблема XXI века, которая должна решаться широким кругом специалистов. Все исследования, касающиеся воды, должны координироваться из одного центра, и такого центра сегодня нет. Отставание в изучении фундаментальных проблем воды тормозит развитие всех естественных наук. Существует много важных и острых вопросов, но проблема чистой воды является самой острой проблемой в мире. Больше 3-х миллиардов человек в мире страдают от недостатка воды. Проблема сохранения водных ресурсов и бережного отношения к ним – важная, острая и наболевшая проблема. Проблема воды – это проблема ее очистки и опреснения. Решение этой проблемы будет также способствовать сохранению мирового баланса пресной воды. Снабжение населения качественной питьевой водой касается здоровья людей. Мы должны до конца познать роль воды, чтобы правильно ее использовать. Поэтому одной из проблем воды является проблема изучения структуры воды. Изучение структуры воды обеспечит новый научный прорыв в фундаментальном естествознании.
структура
питьевая вода
проблема воды.
1. Алексеев А.И. Химия воды. – СПб: СЗТУ, 2001.
2. Антонченко В.Я. Основы физики воды / В.Я. Антонченко, А.С. Давыдов, B.C. Ильин. – Киев: Наукова думка, 1991. – 669 с.
3. Бархатова А.С. Малоизвестные свойства воды (по материалам гипотез) / А.С. Бархатова, Н.Л. Корзун // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. – Иркутск: Изд-во ФГБОУ ВПО НИ ИрГТУ, 2013. – Вып. 4. – С. 111-119.
4. Белая М.Л. Молекулярная структура воды / М.Л. Белая, В.Г. Левадный. – М.: Знание, 1987.
5. Белоокая Н.В., Паутов М.И., Толстой М.Ю. Флотационные методы очистки сточных вод от нефтепродуктов // Природоохранная деятельность в современном обществе: материалы международной научно-практической конференции «Тункинскому национальному парку – 20 лет; природоохранная деятельность в современном обществе» (с. Кырен, Республика Бурятия, 12-14 октября 2011 г.). Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2011. – С. 190-192.
6. Бор Н. Атомная физика. – 2-е изд. – М.: Мир, 1967. – 493 с.
7. Габуда С.П. Физические свойства и структура связанной воды в фибриллярных белках коллагеннового типа по данным сканирующей калометрии / С.П. Габуда, А.Л. Гайдаш, В.А. Дребущак, С.Г. Козлова // Письма в ЖЭФ. – 2005. – Т. 82, № 9-10. – С. 693-696.
8. Зацепина Г.Л. Физические свойства и структура воды. – М.: Изд-во МГУ, 1998. – 185 с.
9. Зенин С.В. Структурированное состояние воды как основа управления поведением и безопасностью живых систем: дис. … д-ра биол. наук. – М., 1999.
10. Киселев А.Б. Структура соды в высоко- и низкоинтенсивном рентгеновском излучении // Современные наукоемкие технологии. – 2008. – № 5 (приложение). – С. 9-12.
11. Колодин Р.М. Вода – золотое богатство планеты / Р.М. Колодин, А.М. Колодин, Т.И. Шишелова // Современные наукоемкие технологии. – 2008. – № 5 (приложение). – С. 23-24.
12. Летников Ф.А. Активированная вода / Ф.А. Летников, Т.В. Кащеева, А.Ш. Минцис. – Новосибирск: Наука, 1976. – 134 с.
13. Орлов А.В., Толстой М.Ю. Пневмогидравлический аэратор с плоскоструйным аэрирующим факелом (ПГАПАФ). Патент на изобретение 2515644(13) С2, МПК B03D 1/14 (2006.01). Опубликовано: 20.05.2014 Бюл. № 14.
14. Смирнов А.Н. Структура воды: гигантские гетерофазные кластеры воды / А.Н. Смирнов, В.Б. Лапшин, А.В. Балышев, И.М. Лебедев, В.В. Гончарук, А.В. Сыроешкин // Химия и технология воды. – 2005. – № 2. – C. 11-37.
15. Смирнов П.Р. Структура воды, адсорбированной пористыми материалами / П.Р. Смирнов, В.Н. Тростин, Т. Ямагучи // Вода: структура, состояние, сольватация. Достижения последних лет. – 2003. – С. 347-377.
16. Стебновский С.В. О сдвиговой прочности структурированной воды // Журнал технической физики. – 2004. – Т. 74, № 1. – С. 21-23.
17. Толстой М.Ю. Теория и практика пневмогидравлической аэрации // Ресурсоэнергосберегающие технологии в жилищно-коммунальном хозяйстве и строительстве VI международная научно-практическая конференция, сентябрь 2015 г. – Иркутск: ИРНИТУ, 2015.
18. Толстой М.Ю. Аналитическое исследование распространения аэрированной струи пневмогидравлического аэратора в спутном потоке жидкости // Водоочистка, водоподготовка, водоснабжение: производственно-технический и научно-практический журнал. – 2012. – № 12. – С. 12-16.
19. Толстой М.Ю., Орлов А.В., Паутов М.И. Применение пневмогидравлических аэраторов при очистке сточных вод // Материалы 9-го Международного конгресса ЭКВАТЭК-2010, конференция международной водной ассоциации IWA «Водоподготовка и очистка сточных вод населенных мест в XXI веке: Технологии, Проектные решения, Эксплуатация станций» [электронный ресурс]. – М.: ЗАО “Фирма СИБИКО Интернэшнл”, 2010. “Очистка сточных вод”. 5 с.
20. Толстой М.Ю., Василевич Э.Э., Лапковский А.А., Васильева А.А. Очистка сточных вод катализаторами «КАТАН» при разной степени аэрации различной массовой концентрации активного ила // Вестник ИрГТУ. – 2011. – № 8 (55). – С. 66-70.
21. Толстой М.Ю., Стом Д.И., Васильева А.А. Методология исследований биоценоза активного ила сточных вод в сооружениях при работе аэрационных систем городов и поселков Иркутской области // Материалы 9-го Международного конгресса ЭКВАТЭК-2010, конференция международной водной ассоциации IWA «Водоподготовка и очистка сточных вод населенных мест в XXI веке: Технологии, Проектные решения, Эксплуатация станций» [электронный ресурс]. – М.: ЗАО “Фирма СИБИКО Интернэшнл”, 2010, “Очистка сточных вод”. 8 с.
22. Толстой М.Ю., Шишелова Т.И., Толстой В.М. Интенсификация процесса флотации // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость: научный журнал. – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2015. – № 1 (12). – С. 120-127.
23. Шишелова Т.И. Связанная вода в минералах // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 7. – С. 60-61.
24. Шишелова Т.И. Водные ресурсы Иркутской области / Т.И. Шишелова, А.С. Кривошеев, В.И. Левина, А.В. Маленьких, А.В. Савинов // Успехи современного естествознания. – 2010. – № 10. – С. 62-63.
25. Шишелова Т.И. Вода Байкала / Т.И. Шишелова, Н.Е. Степанова, М.В. Климов, Е.А. Скуратов // Успехи современного естествознания. – 2009 (приложение). – № 8. – С. 18-19.
26. Шишелова Т.И. Влияние БЦБК на Байкал / Т.И. Шишелова, А.А. Щербаков, А.С. Янулевич // Успехи современного естествознания. – 2010. – № 10. – С. 63-64.
27. Шишелова Т.И. Современное состояние науки о воде. Проблемы и перспективы ее развития // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 2. – С. 121-123.
28. Шишелова Т.И. Вода в минералах. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. – 110 с.
29. Эмото М. Энергия воды для самопознания и исцеления. – София, 2006.
30. Juutilainen I. Development effects of electromagnetic fields // Bioelectromagnetics. – 2005. – Suppl. 7. – P. 107-115.
31. Arkhipov V.I. Hierarchy of dielectric relaxation times in water // J. Non-Cryst. Solids. – 2002. – V. 305, № 1-3. – Р. 127-135.
32. Lussetti E. A fully polarizable and dissociable potential for water / E. Lussetti, G. Pastore, E. Smargiassi // Chem. Phys. Lett. – 2003. – V. 381, № 3-4. – P. 287-291.
33. Chipens G. Water structure as a potential factor determining the code of amino acid interactions / G. Chipens, N. Levenu // Latv. ?im?. – 2005. – № 1. – P. 3-13.
34. Syroeshkin A.V. Laser diffraction for standardization of heteroge-neous pharmaceutical preparations / A.V. Syroeshkin, P.I. Popov, T.V. Grebennikova, V.A. Frolov, T.V. Pleteneva // J. Pharm. Biomed. Anal. – 2005. –V. 37, № 5. – P. 927-930.
35. Konovalova E.Yu., Stom D.I., Balayan A.E., Protasov E.S., Tolstoy M.Yu., Tyutyunin V.V. Using microbial fuel cells for utilization of industrial wastewater / 2014 International Conference on Industrial, Mechanical and Manufacturing Science(ICIMMS 2014) will be held in Tianjin, China during June 12-13, 2014.
36. Konovalova E.Y., Stom D.I., Balayan A.E., Protasov E.S., Tolstoy M.Y., Tyutyunin V.V. Using microbial fuel cells for utilization of industrial wastewater. Industrial, Mechanical and Manufacturing Science – Proceedings of the 2014 International Conference on Industrial, Mechanical and Manufacturing Science, ICIMMS 2014, 2015. ? Р. 71-74.
CURRENT STATE OF WATER SCIENCES. PROBLEMS AND PROSPECTS
Shishelova T.I. 1 Tolstoy M.Yu. 11 National Research Irkutsk State Technical University
Abstract:
The study of the properties of water devoted thousands of jobs, both theoreticians and experimentalists. But they are scattered, uncoordinated. The problem of water – is an extremely important fundamental problem of the XXI century, which needs to be addressed is to solve a wide range of specialists. All research for water should be coordinated from a single center, and today there is no such center. The lag in the study of the fundamental problems of water hinders the development of natural sciences. There are many important and pressing issues, but the problem of clean water is the most urgent problem in the world. More than 3 billion people in the world suffer from lack of water. The problem of water conservation and respect for them – is an important, urgent and sore problem. The problem of water – it is a problem of its purification and desalination. Solving this problem will also help to maintain the global balance of freshwater. The supply of quality drinking water is a human health. We need to know the entire role of water in order to use it correctly. One of the problems of water is the problem of studying the structure of water. The study of the structure of water provides a new breakthrough in the fundamental science.
Keywords:
the water problem.
Введение
«Вода стратегический продукт, - так отозвался о воде полномочный представитель Президента РФ А.В. Квашнин, - и, конечно, с водой связаны фундаментальные научные проблемы, которые в полной мере ещё не сформулированы, но они есть и их надо будет решать». 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.
Можно сказать, что вода в тонких плёнках - это нанообъект. Именно в тонких плёнках воды почти в наноразмерном измерении проявляется большинство аномальных свойств. И вполне возможно, что при изучении её в таком состоянии мы можем узнать о воде гораздо больше.
Занимаясь нанотехнологиями, нанообъектами, мы обязательно коснёмся наноразмерного состояния воды. А отсюда именно это приведёт к принципиально новым водным технологиям. Вода создала жизнь - познав этот механизм можно его использовать на благо человека.
Изучению свойств воды посвящены тысячи работ, как теоретиков, так и экспериментаторов. Но все они разрознены, не скоординированы. Проблема воды - исключительно важная фундаментальная проблема XXI века, которая должна решаться широким кругом специалистов. «Все исследования, касающееся воды, должны координироваться из одного центра, и такого центра на сегодня нет». «Отставание в изучении фундаментальных проблем воды тормозит развитие всех естественных наук, наука должна повернуться лицом к воде».
Вода была и остается самым необычным веществом в мире. Обыкновенной воды в мире нет. Она всегда и всюду необыкновенная и всегда разная. За счет водородной связи каждая молекула воды связана довольно хорошо с четырьмя соседними молекулами. Взаимное приближение между молекулами уменьшает размер сложной молекулы воды. Такое необычное молекулярное строение воды обуславливается ее необычные свойства.
Уже много лет вода-объект особого внимания исследователей. Изучают воду пресную, соленую, замороженную, воду намагниченную. И чем больше ее изучают, тем больше накапливается поразительных и непонятных фактов, которые ждут своего объяснения.
Вода - драгоценный дар природы
Вода - драгоценный дар природы, обеспечивающий жизнь на Земле. Естественное распределение её запасов не очень удобно для человека; большую часть водной массы составляют солёные моря и океаны. Пресная вода доступна нам далеко не вся: значительная её часть «законсервирована» в виде льда или таится глубоко под землёй. Лишь доли процента земных ресурсов пресных вод имеются в нашем распоряжении. Положение осложняется тем, что всё больше растёт потребность в воде и всё больше её расходуется. В 1900 году потребление воды в мире составляло 400 км3. По прогнозам на 2020 год потребление воды достигнет 7500 км3 (рис. 1). Сегодня мы явственно ощущаем исчерпаемость водных запасов.
Рис. 1. Потребление пресной воды в мире
В настоящее время подсчёт количества воды на Земле выполнен со всей точностью, доступной современной науке. Эту работу учёные проделали в рамках программы Международного гидрологического десятилетия 1964-1974 гг. Результаты этой работы опубликованы в многотомном труде «Мировые водные ресурсы и водный баланс земного шара».
Установлено, что гидросфера - океаны, моря, реки, озёра, болота, атмосферная влага - измеряется внушительной величиной - 1,385×10 9 км3 воды, или 1,4×10 19 т. Три четверти поверхности планеты покрыто водой. Если распределить всю воду равномерно по поверхности земного шара, средний радиус которого 6370 км, получится плёнка толщиной менее 3 км. Основную часть водного потенциала составляет вода: 97,75% или 1,338×10 9 км3, - это солёные воды океанов и морей, остальные 2,25% - пресные воды, однако, половина их - 24×10 6 км3 - «законсервирована» в виде ледяных гигантских шапок Антарктиды, Арктики и других высоких гор.
Содержание воды в атмосфере невелико - около 0,001% всей её массы на нашей планете. Вода в атмосфере находится во всех трёх агрегатных состояниях - газообразном (водяной пар), жидком (капли дождя) и твёрдом (кристаллики снега и льда). Полное обновление состава воды в атмосфере происходит за 9-10 дней. Таким образом, атмосферная влага является самым активным звеном круговорота воды в природе.
При кажущейся лёгкости и воздушности облака содержат значительное количество воды. Водность облаков, то есть содержание воды в 1 м3, колеблется от 10 до 0,1 г и менее. Поскольку объёмы облаков очень велики (десятки кубических километров), то даже одно облако может содержать в виде капель или кристалликов льда сотни тонн воды. Эти гигантские водные массы непрерывно переносятся воздушными потоками над поверхностью Земли, вызывая на ней перераспределение воды и тепла.
В среднем на поверхность Земли в течение года выпадает слой осадков толщиной 1 м, но реальные их количества весьма не одинаковы для разных областей земного шара. В некоторых районах Индии или на Гавайских островах годовой уровень осадков превышает 12 000 мм, в среднеазиатских пустынях или на северо-востоке Сибири он едва достигает 200 мм.
По континентам ресурсы речных вод распределены неравномерно: в Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% мировых запасов речных вод. Распределение рек на территории нашей страны крайне неравномерное. Наиболее обеспечены водными ресурсами северные и северо-восточные районы России.
Большая часть запасов пресных вод сосредоточена в озёрах. В целом на нашей планете запасы пресных озёрных вод оценивают в 176 000 км3. Самое глубокое озеро на планете - Байкал (1 620 м), затем африканское озеро Танганьика (1 470 м).
Значительная часть воды на нашей планете скрыта под её поверхностью. В верхней пятикилометровой толще земной коры на континентах содержится 84,4×10 6 км3 воды. Из них 60×10 6 км3 составляет свободная вода. Во всей земной коре содержится около 1,5×10 9 км3 воды, что соизмеримо с объёмом Мирового океана.
Под обширными пространствами верхних пластов суши распространены подземные льды. Их общая масса оценивается величиной в 500 000 км3. Мощность ледяного слоя может достигать 50 м. К сожалению, всего 0,025% пресных вод находятся в жидком состоянии и в доступных для человека сферах, и, конечно, все эти запасы расходуются. Но как пополнить резервы пресной воды? Опреснение воды требует огромных затрат. XXI век связан с интенсивным развитием промышленности, ростом населения планеты, поэтому трудности в снабжении пресной водой неизбежно увеличиваются. Для предотвращения водного кризиса потребуются объединенные усилия многих стран по разработке долгосрочных проектов обеспечения каждого жителя планеты чистой водой в нужных, но оптимальных количествах.
Директор института водных проблем Данилов-Данильян В.Н. рассмотрел проблему пресной воды в мире в связи с надвигающимся глобальным водным кризисом. Суть вопроса, на котором он остановился, заключается в том, какую роль может сыграть Россия в этой проблеме. Он отмечает, что за прошлое столетие глобальное потребление пресной воды - восходящая кривая. Вода потреблялась даже быстрее, чем можно было ожидать. Нисходящая кривая представляет объём экономически доступных водных ресурсов, то есть ту часть запаса пресных вод, которую можно изъять при соблюдении технических и экологических ограничений. Эта кривая, к сожалению, опускается.
Дело в том, что человек превысил все допустимые пределы воздействия на окружающую среду, в том числе на природные процессы возобновления водных ресурсов.
Как видно на рис. 2, пересечение восходящих кривых прогноза роста водопотребления и падающей кривой, сокращающихся экономически допущенных ресурсов происходит в интервале от 2025 до 2035-2040 гг.
Рис. 2. Прогнозы роста глобального водопотребления
Сейчас, по данным ООН, более 1 млрд. 100 млн. человек постоянно живут в условиях водного кризиса, то есть постоянного острого дефицита пресной воды, и примерно ещё 1 млрд.- в условиях водного стресса, когда такой дефицит возникает достаточно регулярно (например, в сухой сезон).
Все страны резко различаются по водообеспеченности. Так, например, Россия располагает большими запасами подземных вод, их потенциальный ресурс оценивается в 230 км3 в год, из которых 60% приходится на Европейскую часть РФ. Утвержденные эксплуатационные запасы подземной пресной воды составляют 22 км3 в год. На каждого жителя Российской Федерации в год приходится в среднем 30 тыс. м3 суммарного речного стока, 530 м3 суммарного водозабора и 90-95 м3 воды бытового водоснабжения (то есть по 250 л в сутки). В крупных городах удельное водопотребление составляет 320 л в сутки, в Москве - 400 л в сутки. Средняя водообеспеченность населения у нас одна из самых высоких в мире. Для сравнения: США - 320, Великобритания - 170, Япония - 125, Индия - 65, Ирак - 16 л в сутки. Однако по сравнению со многими другими странами пресная вода у нас расходуется крайне неэкономно. Россия занимает второе место в мире по валовым запасам водных ресурсов. Первое место принадлежит Бразилии с рекой Амазонкой, которая по годовому стоку, по крайней мере, в семь раз превышает каждую из группы следующих за ней крупнейших рек мира.
Человек отбирает из самых разнообразных источников почти 5 000 км3 воды. Чтобы учесть количество воды, фактически эксплуатируемой человеком, к этим 5 000 км3 надо добавить ещё 12-17 (по разным оценкам). Между тем общее количество экономически доступных ресурсов пресной воды лежит в интервале 22-35 тыс. км3.
Для выплавки 1 т чугуна и перевода его в сталепрокат необходимо 50-250 м3 воды. Производство 1 т азотной кислоты требует 80-180 м3 пресной воды, хлопчатобумажной ткани - 300-1100 м3, синтетического волокна - 1000 м3, целлюлозы - 200-400 м3, резины - 2500 м3, синтетических тканей - 2000-3000 м3. Огромные объёмы воды потребляют энергетические установки для охлаждения энергоблоков, причём значительная её часть уходит в безвозвратные потери. Так, для работы ТЭС мощностью 1 млн. кВт необходимо 1-1,6 км3 воды в год, а для работы АЭС той же мощности - от 1,6 до 3 км3. Нижние границы этих интервалов соответствуют самому передовому техническому уровню. Для выращивания 1 т пшеницы, продаваемой на мировом рынке, требуется в среднем 1000 м3 воды.
Вывод: вода на мировом рынке скоро станет товаром, который по объёмам продаж будет вполне сопоставим с нефтью.
Рис. 3. иллюстрирует рост водопотребления на душу населения в бытовых целях за последние 2000 лет.
Рис. 3. Рост потребления воды для бытовых нужд на душу населения
Воду мы практически не продаём, а для внутренних целей наше хозяйство использует 62,5 км3 воды в год - это 62,5 млрд. т, то есть в 180 раз больше, чем добыча нефти для внутренних нужд и экспорта. На мировом рынке будет расти производство и продажа водосберегающих и водоэффективных технологий, которые позволяют лучше использовать имеющуюся воду, будут развиваться водоохранные технологии.
Сейчас в России и во всем мире используются, прежде всего, поверхностные и подземные воды. Поверхностные источники плохо защищены. Это может дать существенную модификацию оценок будущего расхода, потому что вода никуда не исчезает, просто она из чистой превращается в грязную, из пресной - в соленую, а за счет технологии, в том числе и технологии очистки, можно многое выиграть.
С проблемой дефицита воды в мировой экономике удастся справиться не за 15-20 лет, на это уйдут, наверное, две трети текущего столетия. Для того, чтобы она не стала для нас угрожающей, а, наоборот, определила новый источник благосостояния для страны, надо со всем вниманием и ответственностью относиться к ней.
Ученые подсчитали, что 97,5% всех запасов воды на планете Земля приходится на соленые воды морей и океанов. Иными словами, пресная вода составляет только 2,5% мировых запасов. Если учесть, что 75% пресной воды «заморожено» в горных ледниках и полярных шапках, еще 24% находится под землей в виде грунтовых вод, а еще 0,5% «рассредоточено» в почве в виде влаги, то получается, что на наиболее доступный и дешевый источники воды - реки, озера и прочие наземные водоемы приходится чуть больше 0,01% мировых запасов воды.
Принимая во внимание то значение, которое вода имеет для жизнедеятельности человека и всего живого на Земле, приведенные цифры наглядно подтверждают сакраментальный тезис о том, что вода - одно из самых драгоценных сокровищ нашей планеты.
Одно из сокровищ нашей планеты является озеро Байкал. Ученые постоянно будут ломать головы над удивительной загадкой - минимальной минерализацией его воды, ее абсолютной прозрачностью (белый диск виден на глубине более 40 метров), его уникальной способностью к самоочищению. Байкал одно из древнейших озер и самое крупное хранилище пресной воды на планете. Байкал не только огромный резервуар, но и фабрика по подготовке чистой воды. Ежегодно в Байкале формируется 60 км3 превосходной по качеству пресной воды.
Считанные годы, по мнению авторитетных учёных, остались до момента, когда «чёрное золото» окажется на задворках мирового рынка, а королевой его станет обычная пресная вода. От нехватки влаги будут страдать 40% населения планеты. К чему это приведёт? С ростом населения, которое будет увеличиваться ещё около полвека, будет и возрастать потребность пресной воды. А объём экономически доступной воды, наоборот, сокращаться, половина населения планеты в будущем окажется в таких условиях, когда воды не будет хватать для удовлетворения элементарных потребностей. Загрязнения водоёмов и массовые нарушения экологических норм на водозаборах могут ускорить убийственный процесс сокращения водных запасов.
Если вооруженные конфликты нынешнего столетия нередко возникали из-за нефти, то кровавые конфликты будущего века будут вспыхивать из-за воды». Эти слова принадлежат Исмаилу Серагельдину, финансирующему проекты, связанные с защитой окружающей среды. Не будем с ним спорить, однако его слова наводят на размышления относительно значения и роли воды в жизни, как отдельного человека, так и целых стран и народов. Там, где вода, там и жизнь - эта простая истина, рожденная на Востоке, стала часто употребляемой фразой, точно отражающей взаимосвязь между водой и жизнью. На Востоке всегда ценили и ценят воду. Недаром о ней говорят: «Земля - казна, вода - золото».
В этой связи невольно напрашиваются вопросы: а много ли воды на нашей планете, хватает ли ее вдоволь для нужд человека и порожденной им цивилизации? Ответ на эти вопросы можно найти в обзоре экспертов-экологов. В нем отмечается, что большая часть водных ресурсов нашей планеты содержат соль, и в таком виде непригодна для употребления человеком. Остающиеся проценты приходятся на пресную воду, которая используется человеком для питания, удовлетворения потребностей сельского хозяйства, промышленности и других целей. Но доступ к этим ресурсам пресной воды осложнен из-за их нахождения в труднодосягаемых природных средах.
Эти факты ярко показывают нам, сколь ценной является пресная вода и как бережно следует к ней относиться. Уместно подчеркнуть, что имеющиеся на Земле запасы пресной воды являются более или менее постоянной величиной и не имеют тенденции к самопроизвольному увеличению.
А между тем человечество с каждым годом потребляет все больше и больше поистине бесценной влаги. Ученые-экологи подсчитали, что в 1995 году земляне «выпили» 2300 кубических километров пресной воды. Большая часть этого объема была использована на нужды сельского хозяйства и промышленности. На долю земледелия приходится ныне в пять раз больше воды, чем в начале века. Промышленность же расходует ее в 26 раз, а муниципальные объекты в 18 раз больше, чем на заре столетия.
Ледники также служат «кладовыми» пресной воды, в которых сосредоточено почти 69% мировых запасов резервной пресной воды. Таяние ледников формирует значительную часть речного стока в горных районах, особенно летом, когда вода нужнее всего для орошения сельскохозяйственных культур. Например, в Средней Азии, где ледники занимают всего 5% площади, их доля в речном стоке составляет за год 20%, а летом - 50%.
Физические свойства
Физические свойства в полной мере изложены во многих работах. Вода (Н2O) - простейшее устойчивое химическое соединение (рис. 4) водорода с кислородом, бесцветная жидкость с температурой кипения 100°С. Химическая формула воды такая простая: Н2О; Н-О-Н. Размер одной молекулы воды составляет около 3 Å (ангстрем) или примерно 0,28 нм (нанометра).
Рис. 4. Схема строения
Во льду все молекулы связаны между собой водородными связями. При этом четыре связи каждой молекулы локально организованы в тетраэдрическую структуру, четыре близлежащие молекулы располагаются в вершинах трехгранной пирамиды, в центре которой находится пятая молекула воды (рис. 5).
Положительно заряженное ядро атома кислорода, ввиду своей большой массы и заряда, сильнее притягивает к себе электронное облачко, оголяя при этом ядра водорода.
Рис. 5. Тетраэдрическая структура молекулы воды
Три ядра в молекуле воды образуют равнобедренный треугольник с двумя протонами водорода в основании и кислородом в вершине. Расстояние O-H 0,9568 Å (0,1 нм); H-H-1,54 Å (0,15 нм). Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором , показана на рис. 6.
Рис. 6. Строение молекулы воды, предложенное Н. Бором : а - угол между связями H-H; б - внешний вид электронного облака молекулы воды
Свойства воды в основном зависят от водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательности атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот.
Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырех водородных связях: два атома водорода - каждый в одной, а атом кислорода - в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвется, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность ее растет, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоемкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями. Строение электронного облака молекулы воды таково, что во льду каждая молекула связана четырьмя водородными связями с ближайшими к ней молекулами, координационное число молекул в структуре льда равно четырем. О размере молекулы можно судить по величине расстояния между ближайшими молекулами во льду, составляющего 2,67 Å (0,267 нм). Соответственно молекуле воды можно приписать радиус равный 1,38 Å (0,138 нм). Дипольный момент воды равен 1,87 Дебая. Электрический дипольный момент - векторная физическая величина, характеризующая, наряду с суммарным зарядом электрические свойства системы заряженных частиц (распределения зарядов) в смысле создаваемого ею поля и действия на нее внешних полей.
Исследования показали, что в воде сохраняется ближняя упорядоченность, свойственная структуре льда. Следовательно, тенденция каждой молекулы воды к окружению четырьмя ближайшими молекулами и к образованию с ними водородных связей свойственна как жидкому, так и твердому состоянию. Расстояние между ближайшими молекулами при плавлении льда изменяется от 2,76 Å (0,276 нм) до 2,90 Å (0,29 нм). Свойственное среднее расположение ближайших молекул ведет к очень рыхлой, ажурной структуре. Именно с этим связаны аномальные свойства воды.
Почти шарообразная молекула воды имеет заметно выраженную полярность, так как электрические заряды в ней расположены асимметрично. Каждая молекула является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом.
Полярность молекул, наличие в них частично некомпенсированных электрических зарядов создает группировки молекул - ассоциаты. Полностью соответствует формуле Н2O лишь вода, находящаяся в парообразном состоянии. В температурном интервале от 0 до 100 °С концентрация отдельных (мономерных молекул) жидкой воды не превышает 1%. Все остальные молекулы воды объединены в ассоциаты различной степени сложности, и их состав описывается общей формулой [Н2O]Х. Причиной образования ассоциатов являются водородные связи. Они возникают между ядрами водорода одних молекул и электронными «сгущениями» у ядер кислорода других молекул воды.
Аномальные свойства воды
Вода аномальна в отношении многих физических свойств. В отличие от большинства жидкостей с ростом температуры объем воды уменьшается, плотность увеличивается, достигая минимума объема (соответственно максимума плотности) при 4°С, удельный объем воды с ростом температуры повышается. При замерзании объем уменьшается примерно на 10%. Теплоемкость воды аномально велика. При плавлении льда теплоемкость увеличивается больше, чем вдвое. Обычно у твердых тел при плавлении она изменяется незначительно. Вязкость воды с ростом температуры уменьшается, электропроводность воды сильно зависит от примесей. Диэлектрическая проницаемость воды - 81 при 20°С, показатель преломления - 1,33. Аномальна вода также в отношении скорости распространения звука и ряде других свойств. Аномальные свойства воды связаны с особенностью строения ее молекул и структуры в различных агрегатных состояниях.
Даже после кратковременного воздействия магнитных полей увеличивается скорость химических процессов и кристаллизации растворенных веществ, интенсифицируются процессы адсорбции, улучшается коагуляция примесей и выпадение их в осадок. Воздействие магнитного поля на воду сказывается на поведении находящихся в ней примесей, хотя сущность этих явлений пока точно не выяснена. Существует несколько гипотез о намагничивании воды, например, магнитное поле может привести к деформации водородных связей или перераспределению молекул воды в ассоциативных образованиях, что влияет на изменение физико-химических характеристик, протекающих в ней процессов.
Сибирскими учеными, Ф.А. Летниковым и Т.В. Кащеевой , открыто явление, когда обессоленная вода вследствие нагревания ее до высоких температур под большим давлением изменяет свои свойства. Удельная электропроводность активированной обессоленной воды в 10-20 раз выше, чем не активированной. Получена так называемая скользкая вода. Обычная вода превращается в скользкую при введении в нее небольшого количества полимерных соединений. Скорость ее течения увеличивается в 2,5 раза, она быстро заполняет любую емкость. Причиной такой перемены служат, очевидно, особенности взаимодействия полимерных добавок и молекул воды. Между ними легко возникают водородные связи, определенным образом ориентированные по оси потока жидкости, влияющие на ее структуру.
Вода остается одним из самых загадочных и удивительных веществ на Земле. Ее уникальность проявляется уже в том, что это единственное вещество на планете, которое встречается во всех трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном - в естественных условиях.
Вода при охлаждении ниже +4°С не сжимается, а расширяется.
Вода в твердом состоянии не тяжелее, чем в жидком, как все тела, а наоборот - легче.
Никакие другие газы, кроме кислорода и водорода, не образуют жидкость при смешивании друг с другом.
Вода обладает своей собственной энергетикой, которая представляется одной из загадок, исследуемых наукой .
Среди всех веществ, имеющихся на Земле, вода, благодаря своеобразию своих физических и химических свойств, занимает исключительное положение в природе и играет особую роль в жизни человека. Основное назначение воды - быть основой биологической жизни во Вселенной. Именно вода лежит в основе всех процессов в растительном и животном мире нашей планеты.
Ученые, занимающиеся изучением воды, обнаружили, что при определенных условиях молекулы воды могут собираться в стабильные образования, напоминающие кристаллы.
Установлено , что водная среда представляет собой многоуровневый, иерархически организованный жидкий кристалл, в основе которого лежит кластер, кристаллоподобный «квант воды», состоящий из 57 и более ее молекул.
Вода, которая состоит из упорядоченных жидких кристаллов с величиной угла H-O-H приближающейся к 109°, называется структурированной.
Молекулы воды отличаются друг от друга по своему изотопному составу. В настоящее время известны 5 различных изотопов водорода. Из них только два являются стабильными: самый легкий протий - с атомной массой 1, его обозначают символом 1Н - состоит из 1 протона и 1 электрона, и тяжелый водород, или дейтерий с атомной массой 2, его обозначают символом 2D - состоит из 1 протона, 1 нейтрона и 1 электрона. Третий сверхтяжелый водород (с атомной массой 3) соответственно состоит из 1 протона, 2-х нейтронов и 1 электрона. Тритий радиоактивен, его период полураспада около 12,3 лет. Время жизни остальных изотопов не превышает нескольких секунд .
У кислорода обнаружены шесть изотопов: О14, О15, О16, О17, О18 и О19. Три из них: О16, О17 и О18 - стабильные, а О14, О15 и О19 являются радиоактивными изотопами. Стабильные изотопы кислорода содержатся во всех природных водах: их соотношение таково: на 10000 частей О16 приходится 4 части О17 и 20 частей О18.
Вероятность образования молекул с разным изотопным составом не одинакова. Самой распространенной является молекула с наименьшей массой, состоящая из водорода - 1 (протия) и кислорода - 16. Содержание других более тяжелых молекул в природе не превышает 0,23% , содержание изотопных модификаций воды в природе представлено в табл. 1.
Таблица 1
Тяжелая вода - это вода, в которой протий полностью замещен на дейтерий и представлена формулой D2О. Изотопный состав по кислороду в этой воде соответствует обычно составу кислорода воздуха. Плотность тяжелой воды 1104 кг/м3. Тяжелая вода кипит при более высокой и замерзает при более низкой температуре, чем легкая.
Структура воды
Жидкая вода имеет очень сложную структуру, и многие ее особенности до сих пор не нашли четкого объяснения. Для воды характерна ярко выраженная способность к самоорганизации вследствие образования водородных связей .
Первичными структурами могут являться димеры, тримеры, …, полимеры, из которых в дальнейшем образуются циклические структуры в основном пяти- и шестичленные, которые далее формируют различные пространственные многогранники. Наиболее привлекательными являются многогранники, имеющие ось симметрии пятого порядка (додекаэдр и икосаэдр), так как это объясняет многие свойства воды, например, ее текучесть, способность образовывать газовые гидраты и др. Из этих структурных элементов в дальнейшем могут образовываться длинные цепи и пространственные структуры, заполняющие весь объем. Структура жидкой воды была предметом обширных исследований .
Предложенные различные теории и структурные модели воды обладают тем недостатком, что, с одной стороны, удовлетворительно объясняют только часть наблюдаемых явлений, с другой, - часто противоречат одна другой. Имеющихся в настоящее время экспериментальных данных недостаточно, чтобы разрешить эти противоречия. Применявшиеся ранее теоретические и экспериментальные методы исследования не позволяют детально выяснить сложную структуру воды. Изучение структуры воды породило множество концепций, для большинства которых признаются наличие упорядоченных доменов в воде. Эти теории (структурных дефектов Самойлова, структур Бернара-Фалуера, «гидратов» Полинга, мерцающих кластеров Франка и Вена и многие другие) интенсивно обсуждались в целом ряде монографий.
Методы рассеяния рентгеновского излучения или нейтронов не подтверждают образования в воде упорядоченных структур с размерами больше десятков ангстрем, что не согласуется с данными по гистерезисным температурным аномалиям показателя преломления воды или аномальным рассеянием света в водных растворах органических соединений. В жидкой воде зарегистрирован эффект ИК - люминесценции. Существование полос ИК - люминесценции связано с присутствием в воде полых кластеров (клатратов). Кластеры воды теоретически рассчитываются обычно только для десятков молекул, или вблизи межфазной границы, например, раздела вода/ лед представляет собой достаточно определенную структуру глубиной до 15Å (0,15 нм).
Многие свойства воды, например, ее текучесть, способность образовывать газовые гидраты, предполагают образование протяженных упорядоченных структур, например, континуальную модель воды. Данные по акустической эмиссии из водных растворов в области от 500 до 2,5 кГц предполагают источник генерации звуковых волн с линейными размерами на много порядков большими, чем молекулярные кластеры.
Структурные исследования воды рентгеновскими методами проведен Киселевым А. Б., им показано, что в температурной области 20-40°С и давлении близком к нормальному в дистиллированной воде под действием рентгеновского излучения возникает структура, которая представляется расширенной тетраэдрической льдоподобной упаковкой молекул воды, содержащей молекулярно-ионные комплексы Н3О+ -ОН-. Расстояние между молекулами воды 3,1·10 -10 м, расстояние между атомами кислорода в комплексе 2,3·10 -10 м. Молекулы воды колеблются с амплитудой 0,9 10 -10 м в полость структуры воды, что выражается расстоянием 3,9·10 -10 м. При дальнейшем движении молекул со временем экспозиции расстояние между частицами увеличивается и в воде возникает тетраэдрическая льдоподобная структура с расстоянием между молекулами воды 2,7·10 -10 м, а затем при расстоянии (3,0-3,1)·10 -10 м в воде образуются комплексы Н3О+-ОН- с расстоянием между ионами гидроксония и гидроксила 2,3·10 -10 м.
Структурированность воды наиболее сильно обнаруживается при переходе от высоко - к низкоинтенсивному излучению, замене молибденового медным излучением.
Период изменения структуры воды возрастает с уменьшением температуры жидкости и увеличением интенсивности рентгеновского излучения. С уменьшением интенсивности рентгеновского излучения период изменения структуры воды уменьшается, и порядок структуры воды переходит в беспорядок, который также изменяется при низкоинтенсивных физических воздействиях .
Водные ресурсы Иркутской области. Вода Байкала
Поверхностные воды. В пределах Иркутской области имеются колоссальные запасы озерной, речной и подземной пресной и минеральной воды. Удельные затраты на получение 1 м3 воды, потребляемой промышленностью, коммунальным хозяйством и населением региона, в 2-5 раз ниже, чем в Европейской России.
Юго-восточная граница области на протяжении нескольких сотен километров проходит по акватории Байкала крупнейшего озера планеты. В нем содержится 23 тыс. км3 чистейшей пресной воды, что составляет около 80% общероссийских и 20% мировых запасов поверхностных пресных вод. Байкальская вода используется населением близлежащих поселков в качестве питьевой, некоторые промышленные предприятия прибрежной зоны берут ее для технологических целей.
Анализы байкальской воды, проведенные Лимнологическим институтом СО РАН, Институтом экотоксикологии Минприроды РФ, Университетом Южной Каролины, лабораториями Японии и Кореи, подтверждают ее высокое качество. В настоящее время созданы предприятия по ее разливу и организована реализация населению в качестве питьевой столовой воды. Водозабор на действующих производствах осуществляется с глубины более 400 м, что гарантирует высочайшее качество продукции.
Приходная часть водного баланса озера Байкал составляет 71,16 км3, из которых осадки составляют 13%, приток речных вод - 82,5%, приток подземных вод - 3,2% и конденсация -1,3%. Расходная часть составляет 70,72 км3 (сток из озера равен 6039 км3) на испарение приходится 10,33 км3.
В пределах Байкальского региона протекает 31359 рек с общей протяженностью 116417 км и насчитывается около 18469 озер с общей площадью зеркала 1292 км2.
Всего в Иркутской области насчитывается более 67 тыс. рек, речушек и ручейков общей протяженностью 310 тыс. км и средней плотностью 400 м речной сети на 1 км2. В горно-таежных районах Восточных Саян, Северо-Байкальского и Патомского нагорий эта плотность возрастает до 1 тыс. м на 1 км2.
Речная сеть представлена бассейнами таких крупных рек, как Ангара, Лена, Нижняя Тунгуска, и их многочисленными притоками. Средний многолетний речной сток в пределах Иркутской области приблизительно оценивается в 7,5 тыс. м3/с (160-240 км3/год).
Вода - основа жизни на земле. Самое большое, самое глубокое и самое старое озеро Байкал объявлено организацией ЮНЕСКО мировым наследием за невероятное разнообразие биологических видов животных и растений, населяющих этот регион. Это самое глубокое озеро в мире. Байкал, бесспорно, является бесценным национальным достоянием России.
Сегодня все, что связано с Байкалом, вызывает неподдельный интерес не только в нашей стране, но и за рубежом. За последние десятилетия Байкал притягивает туристов, привлекает ученых, поскольку озеро действительно уникально. В огромной каменной чаше, почти в центре Азии, на высоте 455 м над уровнем моря, раскинулось великое озеро, длина которого равна 636 км, наибольшая ширина - 79 км, наименьшая - 25 км. Максимальная глубина озера 1637 м, средняя - 730 м.
Байкалу около 25 миллионов лет. Обычно озеро, возраст которого приближается к 12-20 тысячам лет, считается старым, а Байкал молод, и нет признаков того, что он начинает стареть и когда-нибудь исчезнет с лица Земли, как исчезли и исчезают многие водоемы.
Но Байкал хрупок, и его экологическое равновесие под угрозой. Например, согласно данным природоохранных организаций, ежедневно Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат (БЦБК) сбрасывал в воды Байкала 120 кубометров сточных вод. Перечень загрязняющих веществ включал более 25 наименований (хлорорганических, нитратов, фосфатов, фенолов, сульфатов, производных лигнина).
Кому пришла в голову мысль построить целлюлозно-бумажный комбинат на берегу Байкала, теперь уже неизвестно. Но 7 июня 1954 г. был подписан приказ о назначении комиссии по выбору площадки для будущего предприятия, а 17 апреля 1960 г. на берегу Байкала высадились первые строители. Уже осенью 1966 года построенный комбинат стал отравлять Байкал и портить чистейший байкальский воздух. Протесты ученых и общественности против БЦБК начались еще до начала постройки. Сначала возражали против строительства, потом, когда стали видны экологические последствия, призывали перепрофилировать или закрыть. Выпускались решения, постановления, указы, но комбинат чадил, уничтожая тайгу, и продолжал лить отраву в Байкал. Пылегазовые выбросы Байкальского ЦБК распространялись вдоль побережья Байкала до 160 км к северо-востоку, попадая на территорию Байкальского заповедника, до 40-50 км и более к западу.
В 1994 году со сточными водами Байкальского ЦБК в озеро попало загрязняющих веществ (в тоннах): легкоокисляемых органических соединений - 538, сульфатов - 9535, хлоридов - 6171, фосфора - 0,41, азота аммонийного - 17,4, фенолов - 0,97, нитритов - 32, ртути - 0,02, алюминия - 3,5, сероорганических веществ - 5, метанола - 0,06, нитратов - 0,04, скипидара - 4, формальдегида - 2,4, фурфурола - 2,3, лигнина - 54.
По требованию Минприроды было принято решение о переходе с сентября 2008 года на замкнутый цикл водооборота, исключавший попадание загрязненных стоков в Байкале, а на данный момент БЦБК наконец-то закрыт.
Известно, что пятая часть чистой пресной воды Земли находится в чаше озера Байкал. Стоимость ее воды определена специалистами Лимнологического института РАН в 23 1015 трлн. долларов, то есть каждый литр оценен в один доллар. Со временем, ввиду роста дефицита питьевой воды, вода Байкала будет только дорожать.
Байкал создавался миллионы лет, а проект рассчитан на 2000 лет. Но какие последствия ожидают нас уже в скором будущем? Что создано природой, надо бережно сохранять и правильно эксплуатировать .
Мероприятия по расширению информативности по теме «Вода для жизни»
В декабре 2003 года Генеральная Ассамблея Организации Объединенных Наций объявила 2005-2015 годы Международным десятилетием действий «Вода для жизни» (Десятилетие).
Основной задачей Десятилетия «Вода для жизни» является поощрение усилий в целях выполнения принятых на международном уровне обязательств по вопросам воды и водоснабжения к 2015 году. Все эти обязательства включены в Декларацию тысячелетия.
Десятилетие «Вода для жизни» было торжественно открыто 22 марта 2005 года во Всемирный день водных ресурсов Генеральным секретарем Организации Объединенных Наций Кофи Аннаном, который выступил с видео-обращением. В частности, он сказал: «Это - важный вопрос, как для человеческого развития, так и для человеческого достоинства. Давайте же в этот Всемирный день водных ресурсов примем на себя обязательство сделать больше для того, чтобы обеспечить людей во всем мире безопасной и чистой водой. Давайте еще раз подтвердим свое обязательство более рационально использовать мировые водные ресурсы, которые являются основой для выживания и устойчивого развития в XXI веке».
Основной целью Международного десятилетия действий «Вода для жизни», 2005-2015 годы, являлось сократить к 2015 году наполовину долю людей, не имеющих доступа к безопасной питьевой воде и базовой санитарии.
Основные направления деятельности:
1. Дефицит воды, санитария и медицинское обслуживание
Сегодня 1,1 миллиарда человек, или 18% населения мира, не имеют доступа к доброкачественной питьевой воде. Около 2,6 миллиарда человек, или 42% мирового населения, лишены доступа к базовым средствам санитарии.
Хотя вода занимает 70% поверхности планеты, всего 1% всех водных ресурсов Земли пригоден для потребления человеком (рис. 7).
Рис. 7. Запасы воды на планете
По прогнозам, к 2025 году две трети населения мира, или примерно 5,5 миллиарда человек, будут жить в районах, испытывающих нехватку воды от умеренной до серьезной степени.
2. Другое направление - финансирование, стоимостная оценка.
Вода имеет цену. Обеспечение людей во всем мире водой и санитарией - это грандиозная задача, для решения которой нужны деньги. Разработка схем ценообразования на воду, обеспечивающих учет социальных, технических, экономических и экологических составляющих, представляет собой нелегкую задачу.
3. Право на воду. Без воды невозможна жизнь человека. Вместе с тем сегодня весь мир стоит на пороге чрезвычайной ситуации по использованию и предоставлению пресной воды. На международной арене обсуждают вопрос о признании права на питьевую воду в качестве одного из прав человека. Кроме того, право на воду, является одним из основных прав человека и необходимым для осуществления всех других общечеловеческих прав.
Координатором Десятилетия «Вода для жизни» 2005-2015 годы является Механизм «ООН - водные ресурсы», в рамках которого взаимодействуют все учреждения, департаменты и программы, занимающиеся вопросами водоснабжения. В настоящее время председателем Механизма «ООН - водные ресурсы» является Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ).
В ходе деятельности Десятилетия «Вода для жизни» были приглашены участвовать все организации и люди из всех стран мира. Каждая страна на национальном уровне разрабатывала свой индивидуальный подход к организации мероприятий в ходе Десятилетия. Большинство стран назначали координатора, которому должны направляться все запросы на национальном уровне. Рекомендовалось проводить любые мероприятия, нацеленные на расширение информированности общественности по вопросам, связанным с темой «Вода для жизни», включая конференции, семинары, выставки и другие общественные мероприятия.
Координатором Десятилетия в России является Федеральное агентство водных ресурсов (Росводресурсы).
Основными функциями Федерального агентства водных ресурсов являются:
а) обеспечение в пределах своей компетенции мероприятий по рациональному использованию, восстановлению и охране водных объектов, предупреждению и ликвидации вредного воздействия вод;
б) предоставление права пользования водными объектами, находящимися в федеральной собственности и другие.
В России Международный день воды отмечается с 1995 г под девизом «Вода - это жизнь». Всемирный День воды призван привлечь внимание общественности к состоянию водных объектов и проблемам, связанным с их восстановлением и охраной; задуматься о роли воды в жизни каждого человека на Земле; о необходимости сохранения и рационального использования водных ресурсов.
Агенство Росводресурсы проводило широкомасштабные мероприятия, посвященные этому событию, используя их для привлечения внимания органов власти всех уровней и местного самоуправления, общественных организаций и населения.
Кафедра физики ИрНИТУ совместно с РАЕ в течение всего десятилетия проводила широкий фронт работ по этой проблеме.
Так, в 2006 году в Иркутске состоялась выездная сессия РАЕ, в котором приняли участие учёные Иркутска. В марте 2008 года Иркутское отделение Российской Академии Естествознания совместно с кафедрой физики Иркутского национально исследовательского технического университета провели межотраслевую региональную конференцию: «Вода - простая и непостижимая». Данное мероприятие собрало более 200 участников. Это учёные и научные сотрудники шести Иркутских образовательных учреждений системы высшего образования. Участниками конференции стали ученые Ангарского научно-исследовательского института медицины труда и экологии человека ВСНЦ СО РАМН, Иркутского военного авиационного технического училища. С докладами выступили представители крупных производственных предприятий - ИркутскЭнерго, ЗАО «Золотопродукт» и другие. Объединяющим моментом для дискуссии представителей различных отраслей и ведомств, учёных, педагогов, производственников, медиков, экологов стала острейшая тема воды. Данное мероприятие вызвало живой и огромный интерес у студенческой аудитории.
Ежегодно проходили в формате живого диалога с широким участием учёных, преподавателей, студентов и школьников конференции, круглые столы, фестивали науки по темам, связанным с различными аспектами применения и использования воды, современными технологиями экономики, хранения и очистки воды, о значимости и многообразии водных ресурсов и необходимости бережного отношения к ним. Директор института архитектуры и строительства ИрНИТУ Чупин В.Р. отметил: «Важность конференций состоит в том, что они имеют естественнонаучную и ориентированную направленность, и тем самым способствуют привлечению молодых кадров к научным исследованиям».
На таких ежегодных конференциях много внимания было уделено экологическому состоянию водных объектов России, качеству и санитарно-гигиеническим характеристикам питьевой воды, проблемам опреснения, роли воды в жизнеобеспечении биологических систем, воды в живых организмах и минералах. Особое внимание уделялось проблемам сохранения чистоты Байкала. Но, к сожалению, на великом озере не всё благополучно.
Примечательно, что перед учёными выступили студенты с сообщениями на тему «Байкал - природное наследие Сибири». Они дали природную характеристику уникальному озеру Байкал - хранилищу пресной воды, которая отличается прекрасными вкусовыми качествами. Они отметили, что цена этой воды достаточна велика. Байкальская вода вышла на массовый рынок, продается в Москве и других крупных городах по цене, в два с половиной раза превышающей цену бензина АИ-95.
Одна из главных экологических проблем человечества - качество питьевой воды, которое напрямую связано с состоянием здоровья населения, экологической чистотой продуктов питания, с разрешением проблем медицинского и социального характера. Количество питьевой воды за 150 лет на одного человека уменьшилось в 4 раза. За последние 40 лет общее количество пресной воды на каждого жителя уменьшилось на 60%, а в последующие 25 лет ожидается сокращение ещё вдвое. «А мы уничтожаем наши запасы пресной питьевой воды. Озеро Байкал в опасности - заступитесь и помогите ему» - просят студенты.
К участию на таких мероприятиях привлекаются иностранные студенты и аспиранты, обучающиеся в ИрНИТУ. Они рассказывают о проблемах воды в своих странах, а также охотно занимаются темой «Экологические проблемы озера Байкал».
По материалам конференций и круглых столов были выпущены информационные плакаты, сборники статей. За истёкший период кафедрой опубликовано по этой теме 3 монографии, выпущено свыше 50 студенческих статей.
В ИРНИТУ есть много специальностей, которые связаны с водой. Сотрудники, аспиранты, студенты проводят большие исследования по данной тематике. Ниже мы приводим материалы по направлениям исследования воды в ИРНИТУ, которые представлены в работах
Иркутская область является наиболее богатым регионом Российской Федерации и всего мира по содержанию водных ресурсов. На ее территории ежегодно формируется 175-180 км3 воды, поступает из-за пределов области 135-140 км3, за пределы области стекает более 310 км3.
Несмотря на такую обеспеченность области водными ресурсами, остро стоит проблема обеспечения населения доброкачественной питьевой водой. Причин этой проблемы много: высокая степень износа сетей водоснабжения и водоотведения; отсутствие новых очистных сооружений с применением современных технологий очистки воды; малое количество ливневых канализаций; наличие бездействующих скважин, пробуренных ранее для целей водоснабжения; расточительность и нерациональность потребления воды.
На сегодняшний день 55,1% сетей водоснабжения изношены (390 километров из 708), из-за чего происходит до 500 аварий в год.
Сброс сточных вод в водные объекты Иркутской области осуществляют 154 предприятия-водопользователя по 218 выпускам, в том числе: в р. Ангару от 101 предприятия по 145 выпускам в объеме 1030 млн м3, из них 861 млн м3 загрязненных сточных вод; в бассейн озера Байкал от 4 предприятий по 4 выпускам в объеме 36 млн м3.
Основным источником загрязнения поверхностных вод Иркутской области являлись предприятия целлюлозно-бумажной промышленности (27%), химической и нефтехимической промышленности (23%), жилищно-коммунального хозяйства (24%). Водоотведение по вышеперечисленным отраслям составляет 74% от общего.
Немаловажную роль играют ливневые канализации - одни из главных форм благоустройства современного города. От эффективной работы ливневой канализации зависит и долговечность дорожного полотна, и комфортность городской территории, и ее санитарное состояние.
Необходимо ликвидировать бесхозяйные скважины, которые являются прямым источником загрязнения хозяйственно ценных подземных вод, либо переводить их на крановый режим. В квартирах необходимо устанавливать счетчики для контроля за количеством используемой воды, чтобы сократить её количество, используемой не по назначению.
По словам министра строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации Михаила Александровича Меня: «Вода единственная сфера в ЖКХ, где отсутствует возможность передачи в залог объектов инфраструктуры или акций, хотя в тепле и электричестве это разрешено».
Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения (РАВВ) на круглом столе газеты «Ведомости» по теме реформирования системы ЖКХ заявила: «Законодательно сегодня сфера ВКХ может развиваться только по концессионной модели, которая предполагает активное участие частного капитала, но бизнес по-прежнему сталкивается с рядом институциональных проблем в отрасли, которые до сих пор не решены».
Несмотря на создаваемые комфортные условия для бизнеса, инвесторы, приходящие в водопроводно-канализационный комплекс, вынуждены считаться с целым комплексом системных проблем:
Вода имеет самую маленькую годовую выручку: водоснабжение и водоотведение - 348 миллиардов, тепло - 900 миллиардов, электроэнергия - более 1 триллиона.
В воде отрицательная фондоотдача: на 1 вложенный рубль доход составляет 44 копейки.
Экономически необоснованный тариф на водоснабжение и водоотведение. Вследствие изначально низкой стоимости услуг (экономически необоснованного тарифа) на водоснабжение и водоотведение, переход на долгосрочное тарифное регулирование не приведет к улучшению ситуации, а лишь продолжит дальнейшее накопление выпадающих доходов на предприятиях.
Для привлечения частных инвестиций в отрасль необходимо не только создание комфортной для бизнеса правовой базы, но, прежде всего, решение накопившихся в сфере водоснабжения и водоотведения институциональных проблем, которые требуют пристального внимания со стороны государства. Особенно это сказывается на отрасли образования в сфере подготовки кадров высшего образования.
Министерство труда и социальной защиты Российской Федерации, Министерство строительства и ЖКХ Российской Федерации, Национальный совет при Президенте Российской Федерации по профессиональным квалификациям и Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения разрабатывают профессиональные стандарты для водопроводно-канализационного комплекса.
Профессиональные стандарты описывают требования к работникам, выполняющим определенные трудовые функции, являясь основой формирования Национальной системы квалификаций. В профессиональном стандарте каждая трудовая функция описывается с точки зрения критериев ее выполнения (требуемых знаний, умений и дополнительных требований к уровню самостоятельности и ответственности), что является основой отнесения трудовой функции к определенному уровню квалификации. Такой формат описания несет в себя целый ряд системных посылов для проектирования образовательных программ:
Описание трудовых функций через параметры трудовых действий. При этом каждое действие, по сути, является результатом обучения и элементом целостной компетенции, которая коррелируется с трудовой функцией (благодаря этому трудовые функции становятся опорными точками, или критериями, которые могут быть использованы для проектирования процедур оценки);
Описание умений в трудовых функциях также несет дополнительную содержательную и методическую информацию;
Анализ требований к знаниям позволяет уточнить предметное содержание образовательных программ и дисциплин;
Введения дополнительных параметров, принципиально важно для учета особенностей профессиональной деятельности.
Качественный прорыв в сфере инженерной инфраструктуры по водоснабжению и водоотведению возможен только при условии обеспечения производственных предприятий высококвалифицированными кадрами, обладающими соответствующими компетенциями и практическими навыками в решении сложных и динамичных задач современного строительного производства.
В Сибирском федеральном округе и Иркутской области в частности существует много строительных предприятий, составляющих основу промышленного развития региона. Одним из таких предприятий является Муниципальное унитарное предприятие «Водоканал» г. Иркутска, которое входит в число наиболее современных и динамично развивающихся предприятий г. Иркутска. Сегодня водопровод в Иркутске одно из сложнейших инженерных сооружений. Это, прежде всего Ершовский водозабор, ещё один водозабор, который находится в теле плотины Иркутской ГЭС, и более 700 километров сетей.
В настоящее время МУП «Водоканал» г. Иркутска завершило модернизацию системы телеметрического контроля над работой своих объектов. Проект позволит предприятию быстрее реагировать на внештатные ситуации и сократить время на устранение нарушений. В 2013 г. запущены станции обеззараживания воды на основе мембранных биполярных электролизеров. Также в МУП «Водоканал» г. Иркутска запустили новое оборудование для диспетчерской службы. Новая система позволяет автоматически отслеживать технологические параметры и состояние оборудования на водопроводных и канализационных насосных станциях, водозаборах, распределительных узлах и регулировать их работу для оптимального водоснабжения и водоотведения.
Предприятие принимает участие в развитии материально-технической базы Университета по профилю деятельности Предприятия. Организует прохождение производственной практики студентов на Предприятии с предоставлением рабочих мест, обеспечивая условия безопасной работы, инструктаж по охране труда и расследование несчастных случаев в соответствии с законодательством РФ. Предоставляет студентам возможность пользоваться оборудованием и технической документацией предприятия, необходимых для успешного освоения программ обучения. Предоставляет дополнительное оборудование для практических и лабораторных занятий.
На фоне все возрастающих производственных задач на Предприятии остро ощущается дефицит в высококвалифицированных кадрах по строительным направлениям подготовки в сфере водоснабжения и водоотведения, в сфере теплоснабжения. Кроме того, существует постоянная потребность в повышении квалификации кадрового состава предприятия, которая должна осуществляться в образовательных учреждениях, имеющих как высокий научно-педагогический потенциал, так и значительный производственный опыт. Также большое значение имеет материально техническое оснащение учебного процесса. Создание такого образовательного подразделения возможно при объединении кадровых и материально-технических возможностей МУП «Водоканал» и ИРНИТУ. МУП «Водоканал» и ИРНИТУ имеют опыт многолетнего эффективного сотрудничества в деле подготовки высококвалифицированных кадров и при выполнении многих научно-технических и опытно-конструкторских разработок.
С целью дальнейшего плодотворного сотрудничества ИРНИТУ и Водоканала в 2014 году была создана базовая кафедра ИРНИТУ «Водоснабжения и водоотведения» на базе МУП «Водоканал» города Иркутска. Основным направлением деятельности базовой кафедры является усиление практической направленности образовательного процесса за счет привлечения к преподаванию высококвалифицированных специалистов МУП «Водоканал», использования в процессе обучения студентов современного дорогостоящего оборудования, развитие научно-исследовательской работы студентов по направлению деятельности базовой кафедры, ориентированной на решение актуальных задач МУП «Водоканал» города Иркутска. Для МУП Водоканала студенты разрабатывали следующие проекты: «Технология очистки сточных вод на Правобережных канализационных очистных сооружениях города Иркутска» и «Определение неучтенных потерь в сети канализации города Иркутска на примере Ленинского района».
В институте архитектуры и строительства, а также в институте энергетики Иркутского национального исследовательского технического университета проводятся исследования по применению, использованию и изучению самого главного вещества на планете - воды.
Данные работы осуществляются на кафедрах инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения (Толстой М.Ю.), городского строительства и хозяйства (Чупин В.Р.), физики (Шишелова Т.И.).
Исследования проводятся студентами, магистрантами, аспирантами под руководством ведущих преподавателей кафедр.
На кафедре инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения создана уникальная лаборатория «Качество воды». Лаборатория аккредитована в системе РОСАККРЕДИТАЦИЯ.
Например, некоторые темы дипломных, магистерских и аспирантских работ.
«Исследования аэрационных систем очистки сточных вод с применением вибрационных воздействий».
Темой дипломной работы является исследование аэрационных систем очистки сточных вод с применением вибрационных воздействий.
Актуальность работы. Очистка сточных вод - одна из важнейших задач, от решения которой зависит наше благополучие. От качественной работы очистных сооружений зависит экологическое благополучие окружающей среды и человека как её неотъемлемой части. Между тем моральный и физический износ сооружений очистки сточных вод большинства населённых пунктов заставляет искать новые пути решения интенсификации работы городских канализационных станций.
В условиях постоянного роста городов становится всё острее проблема интенсификации очистки сточных вод. Это связано с тем, что возрастание объёмов стоков влечёт за собой необходимость увеличения площадей, занимаемых очистными сооружениями, что не всегда возможно. Поэтому необходимо модернизировать то, что уже имеется в наличии, с использованием современных материалов, технологий и механизмов.
Одним из направлений, которое нуждается в улучшении, является повышение эффективности процесса аэрации сточных вод при одновременном снижении энергозатрат на его осуществление. Кроме того, необходимо стремиться к тому, чтобы надёжность смонтированной системы была высокой, поэтому аэрирующие устройства должны быть практически не засоряемы или легко очищаемы.
В процессе биологической очистки сточных вод используются колонии аэробных микроорганизмов, которые перерабатывают содержащиеся в стоках органические вещества. Эти микроорганизмы нуждаются в кислороде для поддержания своей жизнедеятельности. Однако поступление кислорода из атмосферы через поверхность жидкости ничтожно, поэтому во всём объёме очищаемой воды возникает «кислородное голодание» и микробиальная среда может погибнуть.
Таким образом, основополагающим принципом биологической очистки сточных вод является насыщение их кислородом посредством генерирования в жидкости пузырьков воздуха.
Для флотационной очистки сточных вод возможно применение интенсифицирующих технологий, заключающихся в свойствах пузырьков воздуха притягивать взвешенные вещества при наличии резонансного эффекта от вибрационных воздействий в жидкости.
Дипломная работа «Исследование пневмогидравлического аэратора для очистки сточных вод».
Современные идеи в интенсификации процесса обработки на городских очистных сооружениях. Разнообразие способов аэрации жидкости и устройств для их осуществления требует создания более совершенных устройств, необходимых для различных отраслей промышленности, таких, как обогащение полезных ископаемых, очистка сточных вод, биотехнологии, пищевая промышленность и другие.
Из всех известных способов аэрации жидкости, наиболее перспективным является газожидкостный. Он позволяет не только генерировать пузырьки воздуха, но и управлять необходимыми параметрами аэрации, а именно: размерами образующихся пузырьков, их распределением в объеме, гидродинамикой потоков в камере аппарата, расходом реагентов и т.д.
Выявление закономерностей, поддающихся теоретическому описанию, определяющих соотношение фаз газа и жидкости в газожидкостных аэраторах, понятие процесса формирования размеров газовой фазы, гидродинамический расчет факела аэрированной струи и создание на этой основе управляемой динамики флотационного аппарата являлось бы серьезной основой в дальнейшем совершенствовании флотационной техники, так как генерация пузырьков, относительно одинаковых размеров с заданными параметрами соотношения фаз и дальнобойностью факела возможна только газожидкостными аэраторами.
Институт тесно сотрудничает с предприятиями, занимающихся проектированием водных систем - проектные институты, исследованиями водных ресурсов - ИНЦ СО РАН, эксплуатирующие организации - водоканалы.
Вода в минералах
Многие минералы предрасположены к воде. Всегда содержат связанную воду глины. Благодаря ей они приобретают пластичность, податливость, гибкость. Связанная вода влияет на прочность и устойчивость к деформациям минерала. Наличие связанной воды в кристаллической решетке минерала снижает его упругость, вызывает понижение его поверхностной энергии. Вода играет большую роль в формировании свойств различных горных пород и в развитии многих геологических процессов.
Рассмотрим воду в минералах, связанную воду, которая в меньшей степени подвержена нашему влиянию, но от которой зависят многие свойства минералов и изделий из них. Вода в этих минералах находится в своём первозданном виде. В общей сложности её не так и мало. Как же она влияет на минерал, видоизменяя его? Вода играет большую роль как связующее звено во всех процессах в окружающем нас мире. Это касается так же минералов. И чем глубже и тоньше мы изучаем мир, тем больше убеждаемся в исключительной роли воды, особенно на наноуровне. В нано-технологиях воде отводится исключительная роль, многие задачи нанотехнологии можно выполнить с помощью простой непознанной воды.
Вопрос об изучении связанной воды в минералах, несмотря на проведенные большие исследования, полностью не решен, и проведенные исследования в этом направлении актуальны. Это касается и слоистых силикатов, в частности, слюд. Большое внимание уделено изучению связанной воды в природных слюдах. Зная количество и вид различных группировок OnHm в слюдах, можно заранее предсказать их физико-химические свойства . Воздействуя на воду, можно видоизменять свойства минерала. Кроме того, интересен вопрос о межплоскостной воде. Под действием поля поверхности минерала вода сильно видоизменяет свои свойства.
Большое разнообразие терминов по определению воды в минералах вносит большую путаницу, и порой сложно определить, с какой водой имеем дело. Вода в минералах бывает: конституционная, кристаллизационная, вода твердых коллоидов, межплоскостная, межслоевая, гигроскопическая, физически связанная, химически связанная, цеолитная и адсорбционная. Поэтому нужна более строгая классификация воды и более современный метод ее отнесения .
Многие методы определения воды в минералах сложны и несовершенны, так как они преимущественно основаны на потерях массы и температуры, которые могут включать все виды разновидности воды. И температура не является конечным фактором, так как интервалы температур для различных разновидностей воды могут сильно перекрываться. Наиболее надежными методами являются метод ЯМР и метод ИК-спектроскопии, которые позволяют классифицировать ее по энергии связи с минералом .
Методом ИК-спектроскопии, рентгено-структурного анализа и термографии проведены исследования свойств связанной воды в слюдах, установлено наличие в структуре различных форм воды. Наиболее полно в ИК-спектрах изучены области валентных и деформационных колебаний OnHm-связей. Количество полос, а также соотношение между их интенсивностями зависят от степени гидратации слюд .
Несмотря на большое количество работ, опубликованных по этой проблеме, время показывает, что всё новые и новые свойства мы открываем у этого простого только на первый взгляд вещества. Постоянно соприкасаясь с различными веществами, вода всегда представляет раствор порой очень сложного состава, так как она является универсальным растворителем и растворяет твердые, жидкие, газообразные вещества. Также происходит и с минералами, они, в свою очередь, тоже оказывают на воду своё существенное влияние. Изменяют её структуру, превращая её из жидкой фазы в твердую, образуя сплошные структуры - конгломераты. Под действием полей кристалла она преображается и становится связанной, иначе она «подчиняется» минералам, а он остается таковым, пока она его не покидает. Но, лишившись этой свободной воды, он перестает быть таковым и превращается в другой минерал, то есть это ещё раз подтверждает что вода - это вершина бытия. Без нее в земных условиях не живет живая и неживая материя .
Заключение
Существует еще несколько важных и острых проблем. Для их решения необходима определённая стратегия. Так, по оценкам экспертов ООН проблема чистой воды является самой острой проблемой в мире. Больше 3-х миллиардов человек в мире страдают от недостатка воды. В этом плане можно сформулировать проблему сохранения водных ресурсов и бережного отношения к ним. И конечно здесь нельзя не остановить внимание на воде Байкала. Это тоже важная, острая и наболевшая проблема. Озеро Байкал содержит 23,6 тыс. куб. км пресной воды, что составляет 20% мировых запасов пресной воды. Надо отметить, что за последние 150 лет количество питьевой воды, на одного человека уменьшилось в 4 раза. За последние 40 лет общее количество пресной воды на каждого жителя уменьшилось на 60%, а в последующие 25 лет должно сократиться ещё вдвое.
Уникальное озеро Байкал - хранилище пресной воды, которая отличается прекрасными питьевыми качествами, слабо минерализирована и близка к дистиллированной. Байкальская вода вышла на массовый рынок и продаётся в Москве и в других крупных городах по цене в два с половиной раза превышающей цену бензина АИ-95. Но, к сожалению, на великом озере далеко не всё благополучно. Загрязнения от Байкальского ЦБК охватило площадь 299 км2 дна озера, а по отдельным каньонам оно распространилось на 50 км от берега. За 22 года деятельности БЦБК в 2 раза уменьшилась биомасса зоопланктона, снизились темпы роста и ухудшились физиологические характеристики байкальских рыб. Согласно данным природоохранных организаций ежедневно БЦБК сбрасывал в воды Байкала 120 м3 сточных вод. Перечень загрязняющих веществ включал более 25-ти наименований (хлорорганических, нитратов, фосфатов, фенолов, сульфатов, производных лигнина и др.). Сейчас БЦБК остановлен.
Другая и не менее важная фундаментальная проблема воды - это проблема очистки и опреснения воды. Решение этой проблемы будет также способствовать сохранению мирового баланса потребления воды. Снабжения населения качественной питьевой водой - не менее важная проблема, так как это касается здоровья людей.
Вода - самое необычное и самое важное вещество окружающего мира. Роль воды, несомненно, велика, она влияет на все окружающие процессы, прежде всего на человека, а заменить или видоизменить её в этом плане мы не можем, так как она создатель жизни, мы должны до конца её познать, чтобы правильно её использовать, а главное сохранить и беречь её. Видоизменив её, мы тем самым нарушим баланс, и что самое главное потеряем жизнь. Надо всегда помнить, что вода и жизнь - неразделимы .
Ещё совсем недавно многие скептически относились к вопросам структуры воды. Сейчас уже почти все согласны с тем, что вода имеет структуру. Поэтому одной из проблем воды является проблема изучения структуры воды.
В настоящее время не существует прямых методов, позволяющих исследовать структуру воды, а известные физические методы недостаточны, чтобы расшифровать эту структуру, но всё совершенствуется, и методы тоже. Вполне возможно, в ближайшее время сформируется метод исследования, который поможет решить эту проблему.
Именно структурные исследования воды могут позволить раскрыть тайны воды. Да мы знаем состав воды, группировки воды, но мы мало знаем о свойствах связанной воды, так как в этом случае она всегда разная, по-разному она связывается с объектами, с которыми она соприкасается. Многообразие окружающего мира определяется разнообразием структуры воды.
По выражению А.В. Квашнина «Изучение структуры воды обеспечит новый научный прорыв в фундаментальном естествознании». Это, пожалуй, самая важная проблема и перспективное направление в науке о воде.
В ИрГТУ совместно с Российской академией естествознания ежегодно проходит региональная конференция «Вода и жизнь». В формате живого диалога на этих конференциях, с широким участием ученых, студентов, школьников обсуждаются основные свойства и парадоксы воды, современные технологии экономии, хранение и очистки воды, вопросы структуры воды, значимость и многообразие водных ресурсов Иркутского региона и необходимость бережного отношения к ним. Много внимания уделяется экологическому состоянию водных объектов России, качеству и санитарным гигиеническим характеристикам питьевой воды, проблемам опреснения, роли воды в жизнеобеспечении биологических систем, воды в живых организмах и минералах.
Изучению свойств воды посвящены тысячи работ, как теоретиков, так и экспериментаторов. Но все они разрознены, не скоординированы. Проблема воды - исключительно важная фундаментальная проблема XXI века, которая должна решаться широким кругом специалистов. «Все исследования, касающееся воды, должны координироваться из одного центра, и такого центра на сегодня нет». «Отставание в изучении фундаментальных проблем воды тормозит развитие всех естественных наук, наука должна повернуться лицом к воде» .
Библиографическая ссылка
Шишелова Т.И., Толстой М.Ю. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУКИ О ВОДЕ. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ // Научное обозрение. Реферативный журнал. – 2016. – № 4. – С. 61-80;URL: http://abstract.science-review.ru/ru/article/view?id=1799 (дата обращения: 19.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
3. Interactions of chromium with microorganisms and plants / C. Cervantes, J. Campos-García, S. Devars et al. //FEMS Microbiol. Rev. - 2006. - 25, Is.3. - Р. 335347.
4. The influence of chromium compounds on yeast physiology (A review) / P. Raspor, M. Batic, P. Jamnik et al. // Acta Microbiol. Immunol. Hung. - 2000. - 47.
5. Влияние Cr (VI) на физиологию роста и сорбцион-ную способность дрожжей / О.Г. Лозовая, Т.П. Касаткина, В.С. Подгорский // Мжробюл. Журн. -2004. - 66, №3. - С. 43-50.
6. Cr(VI) reduction in a chromate-resistant strain of Candida maltosa isolated from the leather industry / R. Ramírez-Ramírez, C. Calvo-Méndez, M. Avila-Rodríguez et al. //Antonie Van Leeuwenhoek. - 2004.
85, № 1. - Р. 63 - 68.
7. Selection and properties of mutant yeast Pichia guilliermondii strains resistant to chromium(VI) / L.Ya. Babyak, H.P. Ksheminskaya, M.V. Gonchar et al. // Appl. Biochem. Microbiol. - 2005. - 41. - Р. 177-181.
8. Yeast tolerance to chromium depends on extra-cellular chromate reduction and Cr(III)-chelation /H. Ksheminska, D. Fedorovich, T.Honchar et al. // Food Technol. Biotechnol. - 2008. - 46, № 4. - Р. 420-427.
9. Extra-cellular chromate-reducing activity of the yeast cultures / H. P. Ksheminska, T. M. Honchar, G. Z. Gayda, M. V. Gonchar // Cent. Eur. J. Biol. - 2006. -1, № 1. - P. 137-149.
10. The chromate resistance phenotype of some yeast mutants correlates with a lower level of Cr(V)-species generated in the extra-cellular medium /H. Ksheminska, T. Honchar, Y. Usatenko et al. // Biometals. - 2010. - 23. - P. 633-642.
11. Кшемшська Г., Нечай Г., 1ваш М., Гайда Г., Гончар М. Позаклггинна редукщя хромату флавшогенними та каротиносинтезуючими неконвенцшними
дрщджами // Пращ НТШ, Хем. Бюхем. - 2008. - 31.
12. Хромат-резистентные мутанты дрожжей Pichia guilliermondii: получение и свойства / Г.П. Кшемин-ская, Г.З. Гайда, М.Ф. Иваш, М. В. Гончар //Микробиология (Москва). - 2011. - 80, №3. - С.301-307.
13. Bioremediation of chromium by the yeast Pichia guilliermondii: toxicity and accumulation of Cr(III) and Cr(VI) and the influence of riboflavin on Cr tolerance / H. Krzeminska, A. Jaglarz, D. Fedorovych et al. // Microbiol. Res. - 2003. -158, №1. - P.59-67.
14. Rakesh S. Synthesis of Chromium(III) Oxide Nanoparticles by Electrochemical Method and Mukia Maderaspatana Plant Extract, Characterization, KMnO4 Decomposition and Antibacterial Study / S. Rakesh, S. Ananda, M. M. G. Netkal // Modern Research in Catalysis. - 2013. - 2. - P. 127-135.
15. Burkholder P.R. Studies on some growth factors on yeasts / P.R. Burkholder, J. McVeigh, D. Moger // J. Bacteriol. - 1944. - 48. - Р. 385-391.
16. Marchart H. Über die Reaktion von Chrom mit Diphenylcarbazid und Diphenylcarbazon / H. Marchart // Anal. Chim. Acta. - 196, № 30. - Р. 11-17.
17. Assay of chromium(III) in microbial cultures using chromazurol S and surfactants / T.M. Honchar, H.P. Ksheminska, 1.О. Patsay et al. // Biotechnology (Kiev).
2008. - 1, № 4. - Р. 64-67.
18. Fedorovych D.V. Ferrireductase activity of Pichia guillermondii cells and peculiarities of its regulation / D.V. Fedorovych, G.M. Shavlovsky, O.V. Protchenko // Microbiologic - 1992. - 61. - P.11-17.
19. Schroder I. Microbial ferric iron reductases / I. Schroder, E. Johnson, S.de Vries // FEMS microbiol. Rew. - 2003. - 27. - P.427-447.
20. Hexavalent chromium stimulation of riboflavin synthesis in flavinogenic yeast / D. Fedorovych, H. Ksheminska, L. Babyak et al. //2001. - Biometals. - 14.
ВОДА - ЭТО ЖИЗНЬ
Гончаренко Игорь Владимирович
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Трофименко Алексей Лукич доктор биологических наук, профессор Кучин Василий Данилович
доктор технических наук, профессор, Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины WA TER - THIS IS LIFE
Goncharenko I. V., doctor of agrikultural science, professor, Trofimenko A.L., doctor of biological, professor, Kuchin V.D.
doctor of technical science, professor, National University of Life and Environmental Science of Ukraine АННОТАЦИЯ
Приведены многочисленные факты о свойствах и пользе талой и дождевой воды. Подчеркнута особая роль воды в жизнедеятельности любого организма.
Дана характеристика механизма старения клеток человеческого организма или их регенерация за счет разности потенциалов на мембране клеток (окислительно-восстановительный потенциал) и наличием в воде свободных радикалов, обладающих свойством разрушать клетки.
Из-за климатических изменений на Планете выдвигается гипотеза и приводятся неоспоримые факты об очень скором дефиците питьевой воды в Украине.
Ключевые слова: вода, свойства, процессы жизнедеятельности, человеческий организм, окислительно-восстановительный потенциал.
There are numerous facts about the properties and useful of melt and rain water. Underlined the special role of water in the life of any organism.
Given the characteristics of the aging mechanism of human body cells or their regeneration due to potential difference across cells membrane (redox potential) and the presence of free radicals in the water, have the property to destroy cells.
Due to climate change on the planet there is a hypothesis and are irrefutable facts about deficiency of drinking water in Ukraine very soon.
Key words: a water, properties, processes vital functions, human body, redox potential.
Вода занимает значительную часть объёма земного шара, она - повсюду. Вода - это жизнь, она является составной частью живых организмов и растений. "Жизнь -это одушевлённая вода" (Эмиль Дубуа). Древнегреческий философ Фалес Милетский, живший в VII-VI вв. до н. э., справедливо считал воду началом всех начал. На молекулярном уровне вода представляет собой химическое соединение двух элементов, или, говоря языком древних, двух начал. Но, уточняя, развивая или опровергая воззрение древних, мы соглашаемся с ними в оценке воды. Такое привычное и, кажется, до мелочей изученное вещество, вода представляется объектом тщательного исследования.
Вода - самое распространённое вещество на Земле. По своему химическому составу вода относится к числу простейших соединений, известных человечеству. Ни одно из химических соединений не подвергалось такому тщательному и всестороннему исследованию, как вода. Во все времена вода изучалась весьма подробно: в некоторые годы число научных публикаций, содержащих результаты исследований свойств воды, достигало тысячи. И, тем не менее, в природе нет, пожалуй, вещества, более загадочного, чем вода: не известна, например, даже модель молекулы воды, не имеет объяснения факт нахождения воды в трёх агрегатных состояниях одновременно (!), вызывает удивление слишком высокое значение теплоёмкости воды и др. Существование живых организмов без воды немыслимо. Более того, вода - это сама жизнь. Она составляет 65% массы человека, и если ее содержание по каким-либо причинам снизится хотя бы на 15-20%, человек непременно погибнет, причем смерть от недостатка воды намного мучительнее голодной смерти.
Установлено, что вода может находиться в почти пятидесяти модификациях, свойства которых далеко неодинаковы. Одну из таких модификаций (атмосферную воду) по заданию Центра управления космическими полётами (г. Королёв, Московская обл.) несколько лет назад нам было поручено исследовать. Стимулирующее действие атмосферной воды на биоорганизмы было известно, но механизм и количественные характеристики этого действия в научной печати отсутствовали. В качестве объекта эксперимента мы взяли три группы цыплят (а затем и кур): одну группу птиц поили колодезной водой, вторую - водопроводной, третью - дождевой. Опыт продолжался почти год.
Итоги эксперимента впечатляют. Разницы в поведении и в результатах такого поведения цыплят, а затем и кур, употреблявших колодезную и водопроводную воду, нет. Они пили воду спокойно в умеренных дозах. Дождевую воду цыплята пили с жадностью и в больших количествах, дрались и лезли в ванночки с водой, они были более подвижными и более агрессивными. Эти цыплята росли значительно быстрее стандартных. За 3,5 месяца куры обычных групп дали только 544 яйца, а опытные - 1176. Масса яиц также существенно отличалась. Не потому ли весной птицы летят в Арктику, где много снеговой воды? Если же учесть тот факт, что магнитное поле Земли в северных широтах (в противоположность южным) стимулирует развитие биоорганизмов, то на севере птенцы будут
расти быстрее, меньше болеть, птицы вырастают крупнее, чем их сородичи в южных и приэкваториальных широтах. В пользу этого вывода говорит также и тот факт, что в тундре и горах, где много снеговой воды, а также у кромки тающих льдов северных морей микроорганизмы развиваются особенно бурно, поражает их количественное многообразие. Аналогичный вывод можно сделать по другим видам животных северного полушария Земли.
В серии других экспериментов мы дождевой водой поили супоросную свинью. Она принесла 10 поросят весом в ~1,5 кг, в контрольной группе поросята весили лишь ~1 кг. В месячном возрасте поросята, получавшие дождевую воду, набрали по ~9 кг массы, а контрольные - около 5 кг. В дальнейшем эта разница становилась всё ощутимей.
В ботаническом саду аграрного университета снеговой водой поливали огурцы, и они дали вдвое больший урожай, чем контрольные. Семена огурцов, замоченные на снеговой воде, обеспечили прибавку урожая в ~3 раза. Урожай редиса снеговая вода увеличила в 2,3 раза . В Институте ботаники и Институте физики НАН Украины облучали лазером малой интенсивности молодой мицелий вешенки - шиитаке, родом из китайских лесов и герици-ума, которые можно разводить в промышленном масштабе. В результате оказалось, что мицелий более плотно покрывает субстрат и образует плодовые тела почти на месяц раньше контрольных участков, урожайность повышается в ~1,5 раза. Найдено, что шиитаке лучше воспринимает зеленый цвет (аргоновый лазер, 1700 нм), а гери-циум - на красный (гелий-неоновый лазер, 630 нм).
Имея в виду полученные результаты, можно утверждать, что дождевая вода по своей структуре ближе к первозданной (прародительской) воде. Американские геофизики извлекли с глубины более 3 -х км керн из антарктического льда, образовавшегося миллионы лет тому назад. Свойства воды из этого льда существенно отличаются в положительную сторону от свойств теперешней воды в реках и озерах Земли. Американцы назвали воду из антарктического льда живой. Такой она была в далекой древности. Теперешнюю воду на Земле они называют мертвой. Она, в основном, состоит из малоактивных ассоциатов (кластеров) типа (Н2О)2, (Н2О)4, (Н2О)8. Очевидно в атмосферной воде их меньше, поэтому она более активна. Одним из доказательств полученного вывода является хотя бы тот факт, что североамериканские секвойи в доисторическую эпоху были вдвое выше, чем сейчас. Динозавры (многочисленные виды) той поры были намного крупнее современных животных, обитающих на Земле.
Носителем информации в организме человека является жидкая среда, основу которой составляет вода, обладающая обширной и глубокой информационной памятью. Молекулы воды соединяются в конгломераты, образуя единую биоинформационную среду. Согласно С.В.Зенину конгломераты представляют тетраэдр из 57 молекул воды, на поверхности которого находятся центры образования водородных связей. Но ещё больше загадок появилось при
исследовании свойств и поведения воды после пребывания её в магнитном поле. В память воды записывается информация о состоянии отдельных клеток и совокупности их в конкретном органе человеческого тела, систем контроля и управления процессами в клетках и органах. Вода, пропущенная через магнитное поле, становится биологически более активной.
Человек - всю жизнь в воде: в утробе-97%, в жизни вода составляет ~70% массы тела человека (свободная, внеклеточная и связанная). Мозг состоит на ~85% из воды, кровь из ~95%. Только 5% мужчин трудоспособного возраста и 3% женщин имеют высокий и выше среднего уровень здоровья. И одним из факторов, приведших к такому состоянию, является вода. С возрастом количество воды в организме человека уменьшается, происходит дегидратация организма, что приводит к нарушению обмена веществ и к старению. Секрет долголетия британских монархов кроется в особенном составе воды источника на территории резиденции Балмор, которую употребляет королевская семья. По данным ВОЗ более 80% проблем здоровья человека в той или иной степени связаны с питьевой водой. При моделировании некоторых видов патологии печени и почек у животных их смертность достигала 80% в тех опытных группах, которые пили водопроводную воду, и только 30% в группах, потребляющих дополнительно очищенную воду.
Основными компонентами приспособленности организмов и окружающего мира являются физико-химические особенности окружающей среды и особенности собственно органического мира, который возник в процессе эволюции. Важнейшими составляющими этих "особенностей" являются особые условия равновесия между кислотами и щелочами, т.е. окислительно-восстановительные реакции, протекающие в живых организмах и в окружающей среде. Такое бесчисленное разнообразие химически активных веществ в Природе вообще и в живых организмах в частности возможно благодаря свойством воды.
Основными процессами, обеспечивающими жизнедеятельность любого организма, являются окислительно-восстановительные реакции, т.е. реакции, связанные с взаимодействием атомов через фотон-электронные процессы в клетках, при которых возникает разность потенциалов на мембране клеток - окислительно-восстановительный потенциал (ОВП). При реакциях одно вещество окисляется (отдаёт свои электроны), другое - восстанавливается
(приобретает электроны). Энергия, которая освобождается в результате таких реакций, расходуется на поддержание гомеостаза и регенерацию клеток, т.е. на обеспечение процессов жизнедеятельности организма.
Для клеток человека ОВП фк = -(100-200) мВ. Вода, которую человек употребляет в пищу, имеет ОВП фв = (300-500) мВ. Это одна из важнейших характеристик воды, она определяет степень активности электронов в окислительно-восстановительных реакциях. Величина ОВП свидетельствует о том, что в воде много свободных радикалов, обладающих свойством разрушать клетки. Такая вода забирает электроны от атомов клеток организма, в результате чего они подвергается окислительному разрушению, изнашиваются, а в итоге - нарушаются функции жизненно важных органов и систем, наступает заболевание организма. Активированная магнитным полем вода является аналогом природных вод из целебных источников, а во многих случаях и превосходит их. Этот вывод подтверждается снижением ОВП в ряде клиник, где проходили испытания некоторые активированные воды. Следует отметить, что оценки свойств омагниченной воды по величине ОВП, недостаточно.
Значения ОВП наиболее часто употребляемых человеком жидкостей приведены в таблице.
Сегодня вода является основой многих лечебных процедур при лечении самых различных заболеваний организма человека. Действие магнитного поля на воду изменяет ее свойства, что и является причиной как проявления влияния магнитного поля на живой организм, так и применения "омагниченной" тем или иным способом питьевой воды . Омагниченная вода легче поглощает кислород, что способствует улучшению обмена веществ в организме человека, улучшению циркуляции крови, нормализации окислительных процессов. Поскольку вода является основой любой живой структуры, то омагниченная вода (слабые магнитные поля, сопоставимые с магнитным полем Земли) широко используется как профилактическое и оздоровительное эндоэкологическое средство для человека. С помощью постоянных магнитов «подводят» лекарства к воспалённым органам человека. Для этого в состав лекарств вводят небольшое количество атомов железа. В настоящее время таким методом побеждаются болезни: гипертония на ранних стадиях, поясничный радикулит, ожоги, переломы костей, заболевания опорно-двигательного аппарата, нервной системы.
Окислительно-восстановительный потенциал некоторых жидких продуктов питания
Продукты питания Окислительно-восстановительный потенциал фв, мВ
Свежий сок из моркови, ягод, цитрусовых -75...70
Вода природная, из горных источников -30...70
Свежий сок из овощей 50.100
Молоко (сырое) 150
Чай чёрный 220
Красное вино, не креплёное 200.250
Вода из колодца, родника 200.320
Соки фруктовые, консервированные 250.350
Вода водопроводная 220.380
Вода бутилированная 210.400
Вода дистиллированная 300.450
Международная экологическая организация Wildlife Conservation Society называет 12 типов возбудителей болезней. При повышении температуры окружающей среды быстро размножаются бактерии, содержащиеся в питьевой воде и продуктах питания, напр., возбудители холеры и сальмонеллы. Мягкие зимы и существенное сокра-
ращение осадков в Украине способствуют распространению возбудителей чумы, холеры и туберкулёза (в Украине уже свирепствует эпидемия туберкулёза). К ним скоро присоединятся возбудители тропической жёлтой лихорадки и сонной болезни. Уже сейчас в Западной Европе зафиксировано экзотическое заболевание - вирус Ханта,
вызывающий, в частности, лаймский боррелиоз. Человечество ещё не осознало в полной мере степень угрозы надвигающейся глобальной катастрофы. В июне 2009 г. в г. Киль (ФРГ) прошёл коллоквиум с обсуждением мер против потепления климата, организованный Институтом океанологии им. Лейбница (№М GEOMAR) и Институтом мировой экономики (IfW), на котором впервые обратили серьёзное внимание на проблему питьевой воды.
Украина является в Европе одной из наиболее бедных на водные ресурсы. За год на поверхность Земли выпадает в среднем 1130 мм осадков, в Украине - от 300 мм на юго-востоке до 650 мм на северо-западе. Вследствие зарегулирования Днепра его годичный сток в Черное море уменьшился вначале с 60 км3 до 52 км3, а затем почти вдвое (к тому же за счёт слива в него, главным образом, нечистот, Днепр обмелел на ~1 м, особенно в районе города Днепропетровск), затормозился процесс самоочищения реки, поднялся уровень грунтовых вод, более 1 тыс. населенных пунктов в бассейне Днепра подтоплены. Солёная вода Черного моря поднялась по устью Днепра на ~40 км, пресноводная живность там погибла. Не следует забывать и о том, что Чёрное море содержит огромное количество сероводорода, который может взорваться в случае резкого повышения температуры воды. Очень скоро в Украине наступит дефицит воды .
В последнее время наблюдается бурный всплеск интереса к изучению феномена воды, её удивительных и часто объяснимых свойств. Чаще всего исследователи стремятся определить оптимальные параметры потребляемой человеком воды. По качеству питьевых источников Украина занимает 95-е место в рейтинге из 122 стран. По данным Украинского научно-исследовательского и учеб-
ного центра проблем стандартизации, сертификации и качества, 35% проверенных бутилированных вод летом 2008 г. не соответствовало требованиям собственных ТУ. В Киеве из 224 водных бюветов отключено 66, главным образом, из-за аварийного состояния оборудования, которое не удовлетворяет требованиям СНиП, особенно на Трое-щене, где бюветы были забиты сине-зелёными водорослями . Замечательная идея об очистке питьевой воды на месте потребления никак не преодолеет бюрократические препоны. Возможно скоро, очень скоро вода в Украине будет дороже продуктов питания.
Таким образом, воде присущи уникальные свойства, сохранить и разработать новые технологии её качества - задача всего человечества.
Список литературы
1. Вшшчук Д.Т. Еколопя питно! води в Укрш"ш / Д.Т. Вшшчук, 1.В. Гончаренко // Екотрофолопя. Су-часш проблеми. Матерiали I М1жнародно! науково-практично! конференцп (30 травня - 1 червня 2005 року). - Бша Церква, 2005 - С. 156-160.
2. Гончаренко И.В. Грядущая экология Украины / И.В. Гончаренко, А.Л. Трофименко // Материалы II Международной научно-практической конференции "Современные проблемы безопасности жизнедеятельности: теория и практика" (28-29.02.2012 г.). - Казань, 2012. - Часть II. - С. 88-94.
3. Гордиенко Т.К., Конончук В.Р., Кучин В.Д. Воздействие лазерного излучения на семена. Биологические науки. - 1986. - №9. - С. 27-30.
4. Кучин В.Д., Манвелян М.С. Генератор импульсов высокого напряжения. Авторское свидетельство № 127760 от 15.08.1986.
ПРОФИЛАКТИКА РАДИОГЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ В ПОСТЧЕРНОБЫЛЬСКОМ
Дёмина Эмилия Анатольевна
доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Институт экспериментальной патологии, онкологии и радиобиологии им. Р.Е. Кавецкого, Национальной академии наук Украины, Киев
THE PREVENTION OF RADIOGENIC CANCER IN POST-CHERNOBYL PERIOD
Domina E.A., doctor of biology, leading scientific researcher R.E. Kavetsky Institute of Experimental pathology, oncology and radiobiology of National academy of science of Ukraine, Kiev
АННОТАЦИЯ
Современная экологическая ситуация поднимает важную проблему усиления защиты генома и организма человека в целом от воздействия ионизирующей радиации. Приоритетным компонентом защиты здоровья человека является первичная профилактика заболеваний. В Украине первичная профилактика радиогенного рака в постчернобыльском периоде проводится недостаточно, а отдельные этапы ее развития характеризуются фрагментарностью, отсутствием научной базы и т.д. Глобальное распространение источников радиации, современные представления об этиологии и патогенезе радиогенного рака свидетельствуют о доминирующей канцерогенной опасности малых доз облучения. В статье представлены научные и практические аспекты первичной профилактики радиогенных опухолей. Это позволяет снизить канцерогенный риск у лиц с повышенной индивидуальной радиочувствительностью. Такая стратегия должна осуществляться параллельно с общепрофилактическими мероприятиями, направленными на снижение онкологической заболеваемости.
Ключевые слова: радиогенный рак, профилактика, малые дозы, геном.
Modern ecological situation raises an important issue to strengthen the protection of genome and human body as a whole from the effects of ionizing radiation. The priority component of the protection of human health is the primary prevention of diseases. In Ukraine, the primary prevention of radiogenic cancer in post-Chernobyl period has been insufficient, and the individual stages of its development are characterized by fragmentation, lack of scientific basis, etc. The global spread of radiation sources, modern concepts of the etiology and pathogenesis ofradiogenic cancer indicate a dominant carcinogenic risk of low dose radiation. The article presents the scientific and practical aspects ofprimary prevention of radiogenic cancer. This
1«Вода стратегический продукт, - так отозвался о воде полномочный представитель Президента РФ А.В. Квакшин, - и, конечно, с водой связаны фундаментальные научные проблемы, которые в полной мере ещё не сформулированы, но они есть и их надо будет решать». 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.
Можно сказать, что вода в тонких плёнках - это нанообъект. Именно в тонких плёнках воды почти в наноразмерном измерении проявляется большинство аномальных свойств. И вполне возможно, что при изучении её в таком состоянии мы можем узнать о воде гораздо больше.
Занимаясь нанотехнологиями, нанообъектами, мы обязательно коснёмся наноразмерного состояния воды. А отсюда именно это приведёт к принципиально новым водным технологиям. Вода создала жизнь - познав этот механизм можно его использовать на благо человека.
Ещё совсем недавно многие скептически относились к вопросам структуры воды. Сейчас уже почти все согласны с тем, что вода имеет структуру. Поэтому одной из проблем воды является проблема изучения структуры воды.
В настоящее время не существует прямых методов, позволяющих исследовать структуру воды, а известные физические методы недостаточны, чтобы расшифровать эту структуру, но всё совершенствуется, и методы тоже. Вполне возможно, в ближайшее время сформируется метод исследования, который поможет решить эту проблему.
Именно структурные исследования воды могут позволить раскрыть тайны воды. Да мы знаем состав воды, группировки воды, но мы мало знаем о свойствах связанной воды, так как в этом случае она всегда разная, по-разному она связывается с объектами, с которыми она соприкасается. Многообразие окружающего мира определяется разнообразием структуры воды.
По выражению А.В. Квакшина «Изучение структуры воды обеспечит новый научный прорыв в фундаментальном естествознании». Это, пожалуй, самая важная проблема и перспективное направление в науке о воде.
Существует еще несколько важных и острых проблем. Для их решения необходима определённая стратегия. Так по оценкам экспертов ООН проблема чистой воды является самой острой проблемой в мире. Больше 3-х миллиардов человек в мире страдают от недостатка воды. В этом плане можно сформулировать проблему сохранения водных ресурсов и бережного отношения к ним. И конечно здесь нельзя не остановить внимание на воде Байкала. Это тоже важная, острая и наболевшая проблема. Озеро Байкал содержит 23,6 тыс. куб. км пресной воды, что составляет 20% мировых запасов пресной воды. Надо отметить, что за последние 150 лет количество питьевой воды, на одного человека уменьшилось в 4 раза. За последние 40 лет общее количество пресной воды на каждого жителя уменьшилось на 60%, а в последующие 25 лет должно сократиться ещё вдвое.
Уникальное озеро Байкал - хранилище пресной воды, которая отличается прекрасными питьевыми качествами, слабо минерализирована и близка к дистиллированной. Байкальская вода вышла на массовый рынок и продаётся в Москве и в других крупных городах по цене в два с половиной раза превышающей цену бензина АИ-95. Но, к сожалению, на великом озере далеко не всё благополучно. Загрязнения от Байкальского ЦБК уже охватило площадь 299 км2 в квадрате дна озера, а по отдельным каньонам оно распространилось на 50 км от берега. За 22 года деятельности БЦБК в 2 раза уменьшилась биомасса зоопланктона, снизились темпы роста и ухудшились физиологические характеристики байкальских рыб. Существующая система очистки сооружений БЦБК не в состоянии предотвратить деградацию и уничтожение Байкала. Согласно данным природоохранным организациям ежедневно БЦБК сбрасывает в воды Байкала 120 м3 сточных вод. Перечень загрязняющих веществ включает более 25-ти наименований (хлорорганических, нитратов, фосфатов, фенолов, сульфатов, производных лигнина и др.) протесты учёных и общественности против БЦБК начались ещё до начала его постройки. Выпускались указы, постановления, решения, но комбинат чадил, уничтожал тайгу и продолжал направлять загрязненные стоки в Байкал. До настоящего времени БЦБК не остановлен.
В мире не хватает воды, а мы уничтожаем её. Озеро в опасности. В 1996 ЮНЕСКО включило озеро Байкал в «список мирового наследия». Защитники озера теперь ведут новую компанию за включение Байкала в список ЮНЕСКО «мировое наследие в опасности». Учёные, помогите ему! Мало такой воды на планете сохраним наше великое наследие!
Мы ещё не успели полностью решить одну проблему Байкала, а на очереди - другая. Авторская группа научно - познавательного альманаха «Вода Земли» представила бизнес-проект «Байкалтранс»: стратегический питьевой водопровод «Байкал - Россия - Евразия». Геологи И. Давиденко, В. Поливанов и М. Бочаров обосновывают предложение по разработке проекта по транспортировки Байкальской воды в регионы России и за рубеж. По мнению авторов проекта, прокладка мощного водопровода на запад и на восток от Байкала кардинально решит проблему чистой питьевой воды для большинства населения России. По их мнению, уже сегодня рационально транспортировать байкальскую воду трубопроводами по России, в Европу и некоторые страны Азии, при этом данный проект решит проблему защиты озера Байкал от загрязнения. Стоимость её воды определена специалистами Лимнологического института РАН в 23⋅10 в 15 трлн. долларов, то есть каждый литр оценен в один доллар. Со временем, ввиду роста дефицита питьевой воды, вода Байкала будет только дорожать. Авторы предлагают строительство канала из верховий Лены в Ангару для компенсации забора воды из Байкала, проектируют водохранилище на реке Иркут для пополнения Братского водохранилища и др. по их мнению, можно было бы рассмотреть возможность подачи воды в Китай, проложив из Байкала трубопровод по трассе проекта нефтепровода «Ангарск - Дацин». В результате потребитель получит дешевую питьевую воду высшего качества, а Россия - солидные деньги за экспорт этого продукта.
Уже были несостоятельные проекты, например, поворот рек. Подобные глобальные проекты должны обсуждаться учеными, на уровне правительства и народа, в собственности которого находится объект. Байкал создавался миллионы лет, а проект рассчитан на 2000 лет. Но какие последствия ожидают нас уже в скором будущем? Что создано природой, надо бережно сохранять и правильно эксплуатировать. А что вы думаете об этом? Ваше мнение?
Другая и не менее важная фундаментальная проблема воды - это проблема очистки опреснение воды. Решение этой проблемы будет также способствовать сохранению мирового баланса потребления воды.
Проблема снабжения населения качественной питьевой водой, также не менее важная проблема, так как это касается здоровья людей. В решении этой проблемы много работы для разных специальностей. Это новые технологии получения питьевой воды, это модернизация водопроводных и канализационных сетей, контроль за потреблением воды и прочее.
Вода - самое необычное и самое важное вещество окружающего мира. Роль воды, несомненно, велика, она влияет на все окружающие процессы, прежде всего на человека, а заменить или видоизменить её в этом плане мы не можем, так как она создатель жизни, мы должны до конца её познать, чтобы правильно её использовать, а главное сохранить и беречь её. Видоизменив её, мы тем самым нарушим баланс, и что самое главное потеряем жизнь. Надо всегда помнить, что вода и жизнь - неразделимы. Под таким девизом в мае 2010 г. в ИрГТУ совместно с Российской академией естествознания прошла региональная конференция, где обсуждались следующие вопросы:
- свойства воды;
- качества воды;
- парадоксы воды;
- очистка воды;
- вода - наше здоровье и наше богатство;
- вода и информация.
Конференция получила широкий отклик у общественности. С докладами выступили ведущие специалисты и научные работники. Они затронули самые важные вопросы воды Приангарья. Неменьший интерес вызвали доклады, сделанные студентами, в которых были затронуты самые проблемные вопросы воды Иркутского региона. Надо отметить, что Российская академия естествознания большое внимание уделяет этой проблеме. Так в 2006 г. в Иркутске состоялась выездная сессия РАЕ, в которой приняли участие ученые Иркутска. Были рассмотрены вопросы о состоянии воды в Иркутском регионе. В 2008-2009 гг. РАЕ совместно с кафедрой физики ИрГТУ провели конференцию «Вода простая и непостижимая», «Окружающая среда и развитие человека».
В формате живого диалога на этих конференциях, с широким участием ученых, студентов, школьников обсуждались основные свойства и парадоксы воды, современные технологии экономии, хранение и очистки воды, вопросы структуры воды, о значимости и многообразии водных ресурсов Иркутского региона и необходимости бережного отношения к ним.
Профессор, зав. кафедрой «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна», к.т.н. М.Ю. Толстой считает, что данная конференция носит очень значимый характер не только с точки зрения представления новых научных исследований и направлений о воде как источнике всей жизни на нашей планете, но и развивает у студентов и школьников умение мыслить, обобщать и представлять накопленные знания. Он предлагал сделать данную конференцию ежегодной и, вполне возможно, придать ей международный статус. Тем более что в ней принимали участие иностранные студенты.
Очень интересные доклады были представлены студентами факультета строительства и городского хозяйства. Были рассмотрены практически все аспекты применения и использования воды в жизнедеятельности человека. Это и вода в природе, включая все её агрегатные состояния, распределение воды на земле, малоизученные свойства воды, как физического вещества. Отдельно были рассмотрены технические вопросы использование систем водоснабжения и водоотведения. Актуальные вопросы сохранение озера Байкал, как уникального источника пресной воды на нашей планете, также обсуждался на данной конференции.
Декан факультета проф. В.Р. Чупин считает, что важность этой конференции состоит в том, что «Проблемы воды - исключительно важные, фундаментальные проблемы XXI века, которые должны решаться широким кругом специалистов».
В июле 2010 г. РАЕ совместно с кафедрой физики ИрГТУ провели общероссийскую научную конференцию «Вода для жизни». Много внимания, было уделено экологическому состоянию водных объектов России, качеству и санитарным гигиеническим характеристикам питьевой воды, проблемам опреснения, роли воды в жизнеобеспечении биологических систем, воды в живых организмах и минералах. Ещё раз студенчество перед учёными заострило внимание о вреде БЦБК на воды Байкала. Примечательно, что перед учёными выступили студенты с сообщением «Байкал - природное наследие Сибири». Они дали подробную характеристику уникальному озеру Байкал, хранилищу пресной воды, которая отличается прекрасными питьевыми качествами. Но, к сожалению, как отметили студенты на великом озере далеко не всё благополучно. Споры о том, насколько сильно выбросы БЦБК влияют на Байкал, неуместен, поскольку берега Байкала не место для нахождения на них каких-либо промышленных объектов. Мы уничтожаем наши запасы прекрасной питьевой воды.
Озеро в опасности: «заступитесь и помогите ему», - просят студенты!
Изучению свойств воды посвящены тысячи работ, как теоретиков, так и экспериментаторов. Но все они разрознены, не скоординированы. Масару Эмото - японский учёный наглядно продемонстрировал различие в молекулярной структуре воды при её взаимодействии с окружающей средой. Вода проявляет себя как мыслящая субстанция, которая обменивается информацией со всей вселенной. Проблема воды исключительно важная фундаментальная проблема XXI века, которая должна решаться широким кругом специалистов. «Все исследования, касающееся воды, должны координироваться из одного центра, и такого центра на сегодня нет». «Отставание в изучении фундаментальных проблем воды тормозит развитие всех естественных наук, наука должна повернуться лицом к воде» (А. Квакшин).
Библиографическая ссылка
Шишелова Т.И. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУКИ О ВОДЕ. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕЕ РАЗВИТИЯ // Успехи современного естествознания. – 2011. – № 2. – С. 121-123;URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=15943 (дата обращения: 19.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
