Жизнь в соленой и пресной воде: рассказать о жизни в пресной и соленой воде

Содержание

рассказать о жизни в пресной и соленой воде

Самое распространенное вещество на земном шаре это вода. Её площадь на нашей планете 70% от всей поверхности (сюда входят моря, океаны, озера, реки и др.). Совсем чистую воду(без каких-либо примесей) в природе встретить просто невозможно.

Пресной называют ту воду, которая содержит в своем составе не более 0,1% соли. Она может принимать вид жидкости, находясь в состоянии пара или льда. Пресная вода занимает всего 3% от общей площади воды. На остальной площади располагаются морские и океанические воды.

Основные источники пресной воды это :подземные воды и родники. Атмосферные осадки, выпадающие в виде дождя или снега- тоже источники пресной воды. На нашей планете есть и водоемы с пресной водой: пруды, реки, ручьи ,озера, искусственные водохранилища. Самое известное озеро Байкал - считается самым глубоким на планете.

Пресная вода способна фильтровать себя ( т.е. самоочищаться), т.е. способностью фильтровать себя. Вода в пресных источниках, но только при разумном использовании, неиссякаема, такие источники постоянно пополняют свой объем за счет круговорота воды в природе.

Пресная вода жизненно важна для человека, поэтому исторически люди селились ближе к озерам и рекам, чтобы свободно пользоваться водой. В пресных водах живут не только рыбы : щука, окунь, ерш, карась, судак, лещ, налим, ротан, форель, сом и др, но и большое количество млекопитающих, которые не могут жить без водной среды:ондатра, нерпа, бобры и выдры.

Соленая вода---это вода морей и океанов значительно отличается от пресной. Содержание соли в этой воде очень большое: на один литр этой жидкости приходится 35 грамм соли. На вкус морская вода горько – соленая, очень неприятная для употребления.

Самый известный соленый водоем – Мертвое море, вода здесь в 10 раз более соленая, чем среднестатистическая морская.

В соленой воде тоже обитает огромное количество разнообразных подводных растений и животных. Это планктон и различные водоросли, которые являются кормом для рыб. Здесь обитают разные рыбы (например, мойва, скумбрия, ставрида, тунец), млекопитающие (акулы, дельфины, морские черепахи).На большой глубине проживают организмы:морские звёзды, лилии, морские ежи.

7 фактов, которые вы могли не знать о воде.

1) Вода покрывает 70% поверхности Земли, и при этом составляет всего лишь 1/1000 ее объема.

На этом изображении продемонстрировано, что произойдет, если всю воду Земли - от океанов до морей, от ледяныех шапок до озер и атмосферных паров - убрать с поверхности и объеденить в единую сферу.

По объему Земля составляет около 1000 млрд кубических километров. Всей воды на Земле в тысячу раз меньше, всего 1,4 миллиарда кубических километров - или около 1400 километров в диаметре. Это примерно длина Мадагаскара.


2) 97,5% воды в мире является соленой водой, и только 2,5% приходится на пресную воду.
 
Из 1400 миллионов кубических километров воды на Земле, пресная вода составляет всего лишь 35 млн кубов - или около 2,5% от общего объема. Лишь около 0,3% от этой пресной воды легко доступны для использования людьми. Остальная вода либо заморожена, либо находится под землей.

Таким образом, для людей остается около 100 000 кубических километров пресной воды.


3) На каждого человека приходится около 6 олимпийских бассейнов доступной пресной воды.

Если общий запасов доступной пресной воды составляет около 100 000 кубических километров, то на каждого из 7 миллиардов человек на Земле приходится приблизительно 15 000 кубических метров воды - или 6 олимпийских бассейнов.


4) В Латинской Америке запасов пресной воды в 5 раз больше, чем в Восточной Азии.

Хотя в среднем по миру на каждого человека приходится 15 000 кубических метров пресной воды, очевидно, что эта вода распределена неравномерно.

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации (FAO), Латинская Америка имеет самый высокий объем пресной воды на душу населения - почти в 5 раз больше, чем в странах к югу от Сахары или в Восточной Азии. Или в 20 раз больше, чем в Южной Азии и на Ближнем Востоке.

(Разумеется, что численность населения в Восточной Азии очень велика - так что подушевые цифры выглядят действительно столь низкими. Однако если вы оцените только лишь объем воды, то станет ясно, что в Латинской Америке действительно ее много.)


5) Менее половины сельского населения Африки южнее Сахары имеет доступ к улучшенным источникам воды.

Мы уже знаем, что пресная вода распределена по всему миру неравномерно. Но и здесь есть различия.

"Улучшенным источником воды" является либо водопровод, либо общая колонка, либо защищенные скважины или колодецы, действующие и летом, и зимой. "Неулучшенные источники" включают в себя коммерческую продажу воды, автоцистерны и незащищенные колодцы и родники. "Разумным доступом» к воде считается наличие не менее 20 литров на человека в день от источника в одном километре от жилья.

В 2000 году менее 50% людей, живущих в сельской Африке южнее Сахары имели доступ к улучшенным источникам воды. В городской местности этот показатель составляет более 80%.


6) 70% от используемых мировых запасов пресной воды расходуется в сельском хозяйстве

В 2011 году весь мир израсходовал свыше 3900 кубических километров пресной воды. 70% этого объема ушло на сельскохозяйственные нужды (скот и орошение), 20% было использовано в промышленных целях, а 10% пришлось на долю бытового водопользования.

7) Недостаточное водоснабжение и проблемы с канализацией ежегодно приводит к убыткам в размере 260 млрд. долл.


 

 

Где находятся воды Земли? Where is Earth's Water? (Russian)

 Водный Цикл (The Water Cycle, Russian)    Наука о воде домашняя страница  •

Для приблизительного понимания того, где находятся воды Земли, посмотрите на эту гистограмму. Вероятно, вам известно, что круговорот воды поясняет движение вод Земли, поэтому следует понимать, что гистограмма и таблица приведенная ниже репрезентуют дислокацию вод Земли в один отдельно взятый момент времени. Если вы вернетесь в прошлое на миллион лет, то, несомненно, приводимые цифры будут другими!

  • Левый столбец: вся вода, пресная и соленая: на, внутри и над поверхностью Земли.
  • Центральный столбец: вся пресная вода
  • Правый  столбец: только часть пресной воды, находящаяся в: поверхностных водах (реки и озера и т. п.), снег и лед, а также грунтовые воды, находящиеся относительно неглубоко.

Вот гистограмма, демонстрирующая, как распределяется вода на Земле, внутри нее и над ее поверхностью. Левый столбец гистограммы показывает, что почти вся вода Земли — соленая и находится в океанах. Из небольшого объема воды, которая действительно является пресной, лишь относительно небольшое количество доступно для того, чтобы поддерживать жизнь человека, растений и животных.

 

Для приблизительного понимания того, где находятся воды Земли, посмотрите на эту гистограмму. Вероятно, вам известно, что круговорот воды поясняет движение вод Земли, поэтому следует понимать, что гистограмма и таблица приведенная ниже репрезентуют дислокацию вод Земли в один отдельно взятый момент времени. Если вы вернетесь в прошлое на миллион лет, то, несомненно, приводимые цифры будут другими!

  • Левый столбец: вся вода, пресная и соленая: на, внутри и над поверхностью Земли.
  • Центральный столбец: вся пресная вода
  • Правый  столбец: только часть пресной воды, находящаяся в: поверхностных водах (реки и озера и т. п.), снег и лед, а также грунтовые воды, находящиеся относительно неглубоко.

Вот гистограмма, демонстрирующая, как распределяется вода на Земле, внутри нее и над ее поверхностью. Левый столбец гистограммы показывает, что почти вся вода Земли — соленая и находится в океанах. Из небольшого объема воды, которая действительно является пресной, лишь относительно небольшое количество доступно для того, чтобы поддерживать жизнь человека, растений и животных.

Оценка глобального водного распределения :

Источник водыПроцент от общего количества водыОбъем воды, в кубических миляхОбъем воды, в кубических километрахПроцент пресной воды
Океаны, моря и заливы321,000,0001,338,000,00096.54
Ледяные шапки, ледники и вечные снега5,773,00024,064,00068.71.74
Грунтовые воды5,614,00023,400,0001.69
Пресная вода2,526,00010,530,00030.10.76
Вода в солончаках3,088,00012,870,000 0.93
Влажность почвы3,95916,5000.050.001
Подземный лед и мерзлый грунт71,970300,0000.860.022
Озера42,320176,4000.013
Прісні21,83091,0000.260.007
Солоні20,49085,4000.006
Атмосфера3,09512,9000.040.001
Болотные воды2,75211,4700.030.0008
Реки5092,1200.0060.0002
Вода, необходимая для жизнедеятельности2691,1200.0030.0001

Источник: Глейк, П. Х., 1996: Водные ресурсы. В Энциклопедии Климата и Погоды, редактор С. Х. Шнейдер, Оксфордский Университетский Пресс, Нью-Йорк, издание 2, с.817-823

Source: Igor Shiklomanov's chapter "World fresh water resources" in Peter H. Gleick (editor), 1993, Water in Crisis: A Guide to the World's Fresh Water Resources (Oxford University Press, New York).

Жажда мира: как скоро на нашей планете кончится пресная вода?

Вода на Земле

Общеизвестно, что ни один живой организм на нашей планете не может прожить без воды. В одном из своих физических состояний вода присутствует практически в каждом уголке Земли. Огромное влияние она оказала и на историю планеты − только благодаря ей Земля приняла сегодняшний внешний вид с океанами, растениями, живыми существами.

Общий запас воды на планете сегодня составляет около 1,4 млрд м³. На каждого человека таким образом приходится порядка 200 млн м³. На первый взгляд, это огромное количество. Однако нужно учесть тот факт, что 96,5% запасов − соленые воды Мирового океана, которые непригодны для употребления, а еще 1% − подземные воды. Таким образом, запасы пресной воды − всего лишь 2,5% от общего количества воды на Земле. При этом практически вся вода, которую сегодня потребляет человечество, берется из озер, рек и подземных источников, тогда как основные запасы находятся в ледниках и глубоких водоносных горизонтах. 

Катастрофическая статистика

ООН каждые три года публикует доклад, который представляет самое точное описание текущего состояния мировых пресноводных ресурсов. Последнее исследование было обнародовано в 2012-м − и результаты его неутешительны.
12 марта в Марселе эксперты Организации Объединенных Наций объявили, что планета находится сегодня на грани водной катастрофы. Острый дефицит питьевой воды на Земле испытывает каждый 10-й − а это около 780 млн человек. Из них 40% − жители Африки: стран, расположенных южнее Сахары. И, согласно прогнозам, ежегодно этот показатель будет только ухудшаться.

Еще более удручающие данные приводит французское благотворительное общество Solidarites International: в настоящее время из 7 млрд жителей Земли более 1,9 млрд человек нуждаются в доступе к чистой воде.

Нужно учитывать и тот факт, что по мере роста населения планеты будет увеличиваться не только потребность в питьевой воде, но и в продуктах питания, производство которых невозможно без пресной воды. Согласно прогнозу ООН, к 2050-му году человечеству понадобится на 70% больше воды и на 20% больше пищи.

Громадная нагрузка ляжет на грунтовые воды: по расчетам экспертов, в течение 50 лет расход подземных вод увеличится в 3 раза. Ученые ООН прогнозируют, что к 2050 население планеты достигнет 9 млрд человек. Сегодня каждый человек выпивает от 2 до 4 литров воды в день, однако основная часть запасов тратится на производство продуктов питания. Например, чтобы получить 1 кг говядины или 1 кг пшеницы, необходимо 15 тысяч литров.

По словам представителей организации, проблема недостатка водных ресурсов сегодня стала настолько актуальной, что требует немедленного переосмысления подходов к ее решению. Вода имеет огромное значение для сохранения природной среды и уменьшения масштабов нищеты и голода. Без нее невозможно будет говорить о здоровье и благосостоянии населения Земли.

Главные риски

Существенно осложняют проблему нехватки пресной воды такие факторы, как высокие темпы увеличения численности человечества, климатические изменения, в том числе глобальное потепление, загрязнение водных ресурсов. Многие государства сегодня находятся на пределе использования водных ресурсов.

Истощение и ухудшение качества воды обусловлено стремительным ростом населения, нерациональным использованием ресурсов. Во многих странах наблюдается серьезное социальное напряжение, вызванное нехваткой водных ресурсов, между крестьянами, горожанами и промышленностью. Это вынуждает говорить экспертов ООН о переходе проблемы из экологической сферы в политическую.

В развивающихся странах неравный доступ к услугам, которые требуют использования воды, до сих пор остается обычным явлением. Государства не обеспечены чистой водой для потребления и производства пищи. Если ничего не будет предпринято, то к 2030 году почти 5 млрд человек, т.е. 67% человечества, не будут обеспечены чистой водой. Согласно представленному отчету, если в 2000 году дефицит воды оценивался в 230 млрд м³ в год, то к 2025 он увеличится до 2 трлн м³ в год.

К 2030 году 47% населения планеты будет жить под угрозой водного дефицита. В Африке уже к 2020 году из-за изменений климата в подобной ситуации окажутся до 250 млн человек. Ожидается, что нехватка воды станет причиной активной миграции, которая коснется до 700 млн человек, проживающих в пустынных и полупустынных регионах.
По данным Организации Объединенных Наций, практически 80% заболеваний, распространенных в развивающихся странах, которые ежегодно уносят жизни 3 млн человек, вызваны плохим качеством воды. Ежедневно от диареи умирают 5 тысяч детей. Улучшив водоснабжение и методы очистки воды, можно избежать 10% всех заболеваний в мире.

Согласно информации Института мировых ресурсов, самыми неблагополучными странами мира по обеспеченности водой являются 13 государств, из которых 4 входили в СССР — Туркмения, Узбекистан, Азербайджан, Молдавия.

По данным экспертов ООН, к 2025 году Россия, страны Скандинавии, Южная Америка и Канада окажутся регионами, которые лучше всего обеспечены пресной водой — более 20 м³ в год на каждого жителя. По объему пресной воды Россия занимает ведущие место в Европе.

Новый рычаг влияния для России

В скором времени вода может превратиться в стратегический ресурс. Ученые всерьез говорят о возможности водных войн и вооруженных конфликтов. Всего на Земле около 215 крупных рек и более 300 бассейнов подземных вод, которые контролируют сразу несколько стран.
За последний год свыше 20 млн человек были вынуждены покинуть дом из-за нехватки воды. Острый ее дефицит испытывают страны — южные соседки России. Если не будут предприняты меры, через полвека человечество столкнется с нелегким выбором: что важнее — пища или вода. Утешает лишь тот факт, что основные запасы пресной воды на Земле расположены в России и Бразилии.

По мнению российских специалистов, наша страна имеет хорошие шансы получить новую сферу влияния. Подумать только: при нынешних ценах на воду экономический потенциал, которым обладают гидроресурсы страны, оценивается в сумму более 800 млрд долларов в год.
«В постнефтяной период именно водоемкие технологии могут стать основой экономики России. Гидроресурсы страны превышают 97 тыс. м³ — что в денежном эквиваленте составляет 800 млрд долларов в год, — рассказывает директор Института водных проблем В. Данилов-Данильян. — У России есть отличный шанс перескочить из «нефтяного» периода в «водный», значительно укрепив свои экономические позиции», — отмечает эксперт.
В докладах ученых говорится, что в ближайшее время особую ценность на мировом рынке будет представлять не сама вода, а водоемкая продукция. «Повышение цен на водоемкие товары неизбежен по мере увеличения нехватки водных ресурсов. Выиграть войну за воду очень сложно — поэтому весьма вероятно, что конкуренция перейдет в область производства зерновых», — рассказывает академик Российской экологической академии и ведущий научный сотрудник Института системного анализа РАН Р. Перелет. Он также отмечает, что страны, которые одержат победу в этом соревновании, будут сильны скорее в финансовом, чем в военном отношении.

Ежегодный объем «виртуальной» воды — т.е. той, что вложена в товары, — составляет около 1,6 тысяч м³. Около 80% от этого объема приходится на товары сельского хозяйства, оставшиеся 20% — на промышленные.

«С/х остается самым большим потребителем воды в мире. Около 70% всей воды из поверхностных источников и грунтовых вод тратится на ирригацию сельскохозяйственных земель. Еще 20% идет на нужды промышленности и лишь 10% тратится на бытовые цели», — отмечает основатель объединения «Экокластер» А. Коновалов. По его мнению, если Россия будет рационально развивать органическое сельское хозяйство, которое не будет засорять почву и грунтовые воды химикатами, а также внедрять природоохранные технологии, то страна может в скором времени стать крупнейшим экспортером водоемкой продукции.

Ринат Перелет говорит и о том, что сегодня торговля водоносными сельскохозяйственными землями стала развиваться стремительными темпами. Эксперт указывает, что покупают для продовольственных нужд не столько земли, сколько связанную с ними воду. С 2006 года более 15 млн гектар с/х земель в развивающихся странах были «на прицеле» у зарубежных инвесторов. Суммы сделок астрономические — речь идет о 30 млрд долларов.

Хотя Россия определенно является одним из лидеров по запасам водных ресурсов, в стране существует множество проблем, связанных с водообеспечением. Одной из трудностей является тот факт, что ресурсы распределены по территории страны неравномерно. Большая часть населения и промышленных предприятий расположены в европейской части России, тогда как реки преимущественно находятся в Сибири. В итоге активно используются только 3 тысячи рек из 3 миллионов. Это создает огромную нагрузку на реки, расположенные в европейской части страны.

В ближайшие 10 лет Россию обойдут стороной водные кризисы, которые обещают эксперты ООН мировому сообществу. Однако это не должно быть поводом для радости. Нужно немедленно предпринимать меры, чтобы повсеместно внедрить технологии, предотвращающие загрязнение водных ресурсов и делающие возможным их возобновление.

Вывести на чистую воду: как работает система опреснения

Ни для кого не секрет, что на нашей планете больше воды, чем суши – свыше двух третей поверхности Земли покрыто водой. Но, пожалуй, для многих станет неожиданным тот факт, что менее трех процентов этого огромного количества воды является пресной. В некоторых засушливых регионах планеты приходится в буквальном смысле бороться за каждый литр воды. Сегодня в таких странах все чаще применяют промышленное опреснение. Для этого существуют различные современные методы, один из самых распространенных – обратный осмос. Именно так устроена новейшая система опреснения морских и океанических вод холдинга «Швабе». Рассказываем, как вода из соленой превращается в пресную.

Пресная вода: как капля в море

По подсчетам ученых, на Земле примерно 1,5 зетталитров воды. При этом запасы пресной воды составляют лишь 2,5% от этого объема. Более наглядно это можно изобразить так: если вся вода на нашей планете поместится в литровую банку, то только две столовые ложки воды из этой банки будут пресными. Из этого мизерного количества большая часть превратится в грунтовые воды, примерно четверть – в лед, а около двух капель станут пресной водой в реках и озерах. И вот это малое количество пресной воды нужно разделить на 8 млрд человек. Вместе с осознанием данного факта приходит понимание того, насколько важно подойти со всей ответственностью к использованию такого драгоценного ресурса.


Во многих развитых странах уже давно воспитывается культура экономии воды. Тем не менее сегодня в среднем каждый человек расходует около 100 литров ежедневно, а в некоторых странах, как, например, США, этот показатель достигает 500 литров. Конечно, речь идет не только о двух литрах воды в день для питья и воды для личной гигиены, большая часть потребления пресной воды приходится на производство продуктов питания. Кроме того, здесь учитываются и расходы на орошение. Сейчас все чаще растения не просто беспечно поливаются водой из шланга, постепенно внедряется система капельного орошения, когда точное количество воды подается для полива каждого саженца по отдельности.

Пока человечество переосмысливает подходы к использованию водных ресурсов, ситуацию с нехваткой чистой пресной воды осложняют и факторы, не зависящие от нас. В их числе и климатические изменения, повышение общей температуры Земли, а также различные природные катаклизмы. Осознавая все риски для источников пресной воды, человечество продолжает активную работу по поиску новых и более совершенных способов производства пресной воды.

Из соленой в пресную: от Аристотеля до наших дней

Уже сегодня для многих стран опреснение воды стало стратегической государственной программой, например для Израиля или ОАЭ. Ученые постоянно работают над совершенствованием способов, как сделать морскую воду пригодной для потребления.

На первый взгляд, эта задача не кажется сложной – всего лишь удалить 35 граммов соли из литра воды. Именно столько соли содержится в литре морской воды, а для питьевой эта величина не должна превышать одного грамма. Над этим задумывался еще Аристотель, пытаясь изобрести особые фильтры. В своих наблюдениях древнегреческий философ отмечал, что соленая морская вода, проходя через стенки воскового сосуда, опресняется. По сути, это были первые опыты с применением технологии обратного осмоса – этот метод найдет свое применение спустя более 2 тысяч лет, в середине XX века.

Кроме обратного осмоса, было придумано и множество других способов получить из морской воды опресненную, и даже в домашних условиях. Самый распространенный способ, который сегодня применяется не только путешественниками в экстремальных условиях, но и в промышленном опреснении, – дистилляция.


Опыт по дистилляции воды можно провести и в домашних условиях. Для этого достаточно разместить лист прозрачного пластика на чаше с соленой водой. Если поставить такую конструкцию под солнечные лучи, вода будет медленно испаряться. Образовавшийся в итоге конденсат на нижней стороне пластикового листа – это и есть пресная вода. Промышленные дистилляционные установки повторяют данный процесс в крупном масштабе, работая на электричестве, – дистилляция достаточно энергозатратна.

Сегодня применяется и множество других способов опреснения. Например, ионный обмен. Воду пропускают через фильтры из ионообменных смол – таким образом можно заменить ионы. К примеру, ионы натрия – на ионы водорода, а ионы хлора – на гидроксид-ионы. В итоге вместо NaCl (хлорид натрия, то есть та самая соль в морской воде) получается H2O. Это и есть опреснение. По такому принципу работают некоторые бытовые фильтры водопроводной воды. Недостаток данного метода – в его стоимости. Ионообменные системы – достаточно затратны, поэтому для опреснения морской воды их практически не используют.

На сегодняшний день один из самых современных методов опреснения, который нашел применение и в крупных опреснительных установках, и на обычной кухне, основан на явлении обратного осмоса.

Обратный осмос: как это работает

Перед тем как разобраться, что такое обратный осмос, нужно понять явление обычного осмоса. Прямой осмос – это баромембранный массообменный процесс. Простыми словами его можно описать следующим образом: молекулы растворителя под осмотическим давлением через мембрану переходят на сторону раствора и разбавляют его. Раствор увеличивается, в свою очередь, под ростом гидростатического давления. Процесс прекращается, когда статическое и осмотическое давления приходят в равновесие. Таким образом для этого процесса нужны раствор, растворитель, а также барьер – полупроницаемая мембрана.

Кстати, именно прямой осмос лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне – так «работают» водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. В природе роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. По иронии именно из-за осмоса и нельзя пить морскую воду. Когда соленая вода попадает в пищеварительный тракт, осмос вытягивает воду из клеток, в итоге наступают обезвоживание и смерть.

Однако процесс осмоса – обратимый. Если солевой раствор будет находиться под высоким давлением, молекулы воды станут проходить через мембрану в обратном направлении – в сторону емкости с чистой водой. Таким образом, полупроницаемая мембрана действует как очень тонкий фильтр: чистая вода проходит, а в контейнере остается меньшее количество более концентрированного солевого раствора.


Именно такой принцип лежит в основе работы новой установки МО-140-М от холдинга «Швабе». Разработана она для опреснения воды с высокими концентрациями соли (до 59 г/л) и окисляемыми примесями, например нефтепродуктами и взвесями. В ходе очистки также устраняются бактерии, вирусы, запах, привкус, мутность, минимизируется количество железа и марганца.

Так что система на основе обратного осмоса не только поможет получить питьевую воду из морской воды, но и особо чистую воду для медицины, промышленности и других нужд. Обратный осмос считается более экономически выгодной альтернативой промышленной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого крупного водоочистительного сооружения может достигать миллионов долларов. Эти установки все еще могут быть непосильны для некоторых регионов, где присутствует дефицит питьевой воды.


В таких случаях на помощь могут прийти более компактные варианты, такие как новая система от «Швабе». К тому же она существенно дешевле существующих аналогов – если брать минимальную рыночную цену на подобное оборудование, экономия составит почти 25%. Эта техника точно будет востребована в Крыму и в других южных регионах России, которые периодически сталкиваются с проблемами обмеления водохранилищ из-за сильной засухи и, как следствие, ограничением водоснабжения.

Разработке пророчат и хороший экспортный потенциал. Функционал установки позволяет применять ее для опреснения воды практически любого моря. Потенциальными экспортными рынками сбыта могут стать Южная Африка, страны Персидского залива – там потребность в подобном оборудовании действительно высока.

СОЛНЦЕ, ВОЗДУХ И ВОДА | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

Зеркальная поверхность, хорошо отражающая свет, нагревается гораздо слабее, чем зачерненная.

Банка с горячей водой отдает тепло преимущественно через зачерненную стенку.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Свежее куриное яйцо тонет в пресной воде (а), всплывает в соленой (б) и повисает на границе между тяжелой соленой водой и легкой пресной (в).

Зависимость величины сухого (а) и жидкого (б) трения от скорости. При контакте двух сухих тел возникает сила трения покоя, препятствующая движению. Если внешняя сила больше ее по величине, тело начинает двигаться, причем сила трения практически не зависит

Идет последний месяц весны. Солнце греет все сильнее, и синоптики обещают жаркое, солнечное лето. А пока благодатное время каникул и отпусков не наступило, проделаем несколько физических экспериментов, которые позволят со знанием дела подойти к летнему отдыху.

ЧЕРНОЕ ТЕЛО, ЗЕРКАЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Несложный опыт позволит оценить, насколько сильнее нагревается черная поверхность относительно зеркальной. Для этого понадобятся банка из-под любого напитка и уличный (а лучше - лабораторный) термометр (а еще лучше - два одинаковых).

Разрежьте банку и распрямите получившийся тонкий металлический листок. Сверните из него две трубки длиной 3-5 сантиметров и такого диаметра, чтобы в них свободно входил термометр. Обе трубки нужно свернуть зеркальной стороной листка наружу и закрыть пробкой с одного конца. Поверхность одной из них после изготовления закоптите в пламени свечи.

Положите трубки с вставленными в них термометрами на солнце и посмотрите, до какой температуры они нагрелись. По разнице температур можно судить, насколько больше тепла получило черное тело относительно зеркального. Количество полученного в обоих случаях тепла можно также измерить, причем довольно точно. Для этого понадобятся две консервные банки из белой жести (например, от консервированного молока). Одну отполируйте до зеркального блеска, другую закоптите. Налейте в них одинаковое количество воды, закройте пенопластовыми крышками, пропустив сквозь них термометры, и выставьте калориметр на солнце.

Количество полученного телом тепла Q связывает с величиной его нагрева на ∆t градусов простая зависимость: Q = cmt, где c - удельная теплоемкость вещества тела, m - его масса. Теплоемкость воды хорошо известна, а ее массу можно найти взвешиванием или при помощи мензурки.

Убедиться, что черная поверхность не только сильнее нагревается, но и активнее отдает тепло, поможет давно известный несложный опыт. Возьмите большую консервную банку, закоптите только одну ее сторону и налейте в нее горячей воды. Поднесите к ней руки, не касаясь стенок, и вы явственно почувствуете, что от черной поверхности исходит гораздо больше тепла. Из этого можно сделать вывод: батареи центрального отопления и прочие нагревающие поверхности следует красить в темные цвета.

ЗАКОН АРХИМЕДА

Погрузившись в воду, человек испытывает ни с чем несравнимое чувство легкости, доступное разве что космонавтам в условиях невесомости (кстати, во время тренировок на земле невесомость имитируют, погружая макеты блоков орбитальных станций и самих космонавтов в огромный бассейн). Чувство это появляется благодаря действию закона Архимеда - появлению выталкивающей силы со стороны жидкости на погруженное в нее тело. Ее величина равна весу жидкости в объеме погруженной части тела, а сама сила направлена вертикально вверх и приложена к центру тяжести объема. Возникает она из-за того, что нижняя и верхняя поверхности тела, расстояние между которыми ∆h, находятся на разной глубине и, следовательно, испытывают разное давление. Разность давлений ∆p = ρgh, где ρ - плотность жидкости, g - ускорение силы тяжести (их произведение - удельный вес жидкости), умноженная на площадь горизонтальных поверхностей тела S, дает величину выталкивающей силы F = ∆pS = ρghS. Это - математическое выражение сформулированного выше закона Архимеда, поскольку объем погруженной части тела V = hS, умноженный на удельный вес жидкости, и есть ее полный вес в указанном объеме.

Приведенное определение закона Архимеда не приравнивает выталкивающую силу к весу вытесненной телом жидкости, и неслучайно - такое определение не вполне корректно. Давление столба жидкости определяется только его высотой и не зависит от веса жидкости в нем. В этом состоит так называемый гидростатический парадокс. И если, скажем, опустить тело правильной формы объемом порядка литра в сосуд, размеры которого лишь немного больше, оно станет там плавать, вытеснив всего лишь несколько десятков миллилитров воды, а то и меньше (см. "Наука и жизнь" № 6, 1983 г.).

За счет гидростатического парадокса архимедова сила будет действовать, пока между нижней поверхностью тела и дном остается хотя бы тонкий слой жидкости. Если же он исчезнет, сила гидростатического давления прижмет тело ко дну и не даст ему всплыть. В такой драматической ситуации изредка оказывались подводные лодки, ложась на вязкий глинистый грунт. Наглядно продемонстрировать ее можно на парафиновой модели лодки с плоской нижней поверхностью, "прилипающей" ко дну аквариума.

Величина выталкивающей силы возрастает с увеличением плотности жидкости. В соленой морской воде на плаву держаться немного легче, чем в пресной: ее плотность на несколько процентов больше. И смертельно опасно купаться возле водопадов, водосбросов больших плотин и в водоемах с выходом подземных газов. Вода там насыщена пузырьками воздуха, ее плотность сильно уменьшается, и удержаться на поверхности нет никакой возможности.

Как влияет плотность воды на плавание, можно показать с помощью куриного яйца. Свежее яйцо тонет в пресной воде и плавает в соленой. В сосуд с пресной водой осторожно, по стенке, тонкой струйкой налейте крепкий раствор поваренной соли. Более тяжелый, он опустится на дно. Опущенное в сосуд яйцо станет плавать на границе раздела жидкостей. Через какое-то время граница начнет размываться вследствие диффузии, и яйцо станет либо подниматься, либо опускаться, в зависимости от установившейся концентрации соли.

ЛЕГКОЕ ДЫХАНИЕ И ВЕТЕР

Посмотрим, как влияет движение воздуха на ощущение тепла и холода. Опустите руку в тазик с холодной водой и подержите ее там, пока рука не замерзнет. Если теперь на мокрую кожу слегка подышать, рука согреется, а если дунуть посильнее - охладится еще больше.

Причина столь разного ощущения от, казалось бы, одинакового воздействия проста. В холодной воде кожа может остыть градусов до 15-ти. А выдыхаемый воздух имеет температуру тела - почти 37 градусов и поэтому воспринимается как очень теплый. В сильной же воздушной струе идут сразу два процесса. Во-первых, давление в потоке воздуха падает (см. "Наука и жизнь" №12, 2002 г.) и в него засасывается прохладный воздух комнаты. И во-вторых, интенсивный обдув мокрой кожи усиливает испарение воды с ее поверхности. На превращение одного грамма воды в пар требуется энергия, и немалая - 539 калорий, или 2260 джоулей. Эту теплоту испарения отдает, охлаждаясь, тело. Отсюда следует полезный вывод: выйдя из воды, не стойте на ветру, чтобы не простудиться из-за сильного переохлаждения.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ

Двигаться в воде нелегко - она сопротивляется, причем характер ее сопротивления сильно отличается от законов сухого трения. Пока скорость невелика, сила сопротивления пропорциональна ее первой степени, и при уменьшении скорости до нуля сопротивление жидкости исчезает. Поэтому даже малая сила, воздействующая на плавающую в воде большую массу, способна не только сдвинуть ее с места, но и разогнать до вполне приличной скорости. Однако при этом сила сопротивления очень быстро начинает расти - как вторая степень скорости. Столь сложная зависимость объясняется тем, что при малых скоростях определяющую роль играет вязкость жидкости, а при больших - ее инерция. Жидкость перестает обтекать тело гладкими струями и не успевает смыкаться за ним, в потоке образуются вихри (см. "Наука и жизнь" № 12, 2002 г.). Кроме того, сила сопротивления жидкости сильно зависит от формы тела и площади его поперечного сечения: ладонь в воде гораздо легче вести, повернув ее ребром.


Утопление. Первая помощь при утоплении

Утопление – терминальное состояние или наступление смерти вследствие аспирации (проникновения) жидкости в дыхательные пути, рефлекторной остановки сердца в холодной воде либо спазма голосовой щели, что в результате приводит к снижению или прекращению газообмена в легких.

Утопление - вид механической асфиксии (удушья) в результате попадания воды в дыхательные пути.

Различают следующие виды утопления:

  • Истинное («мокрое», или первичное)
  • Асфиктическое («сухое»)
  • Синкопальное
  • Вторичное утопление («смерть на воде»)

Истинное утопление

Состояние, сопровождающееся проникновением жидкости в легкие, возникающее примерно в 75 – 95% гибели на воде. Характерная длительная борьба за жизнь.

Примерами истинного утопления является утопление в пресной и морской воде.

Утопление в пресной воде.

При проникновении в лёгкие пресная вода быстро всасывается в кровь, так как концентрация солей в пресной воде намного ниже, чем в крови. Это приводит к разжижению крови, увеличению её объёма и разрушению эритроцитов. Иногда развивается отёк лёгкого. Образуется большое количество устойчивой розовой пены, что ещё больше нарушает газообмен. Функция кровообращения прекращается в результате нарушения сократимости желудочков сердца.

Утопление в морской воде.

Вследствие того, что концентрация растворённых веществ в морской воде выше, чем в крови, при попадании морской воды в лёгкие жидкая часть крови вместе с белками проникает из кровеносных сосудов в альвеолы. Это приводит к сгущению крови, увеличению в ней концентрации ионов калия, натрия, кальция, магния и хлора. В альвеолах накаливается большое количество жидкости, что ведёт к их растяжению вплоть до разрыва. Как правило, при утоплении в морской воде развивается отёк лёгких. То небольшое количество воздуха, которое находится в альвеолах, способствует во время дыхательных движений взбиванию жидкости с образованием стойкой белковой пены. Резко нарушается газообмен, возникает остановка сердца.

При истинном утоплении существует три клинических периода:

Начальный период.

Пострадавший в сознании и ещё способен задерживать дыхание при повторных погружениях под воду. Спасенные неадекватно реагируют на обстановку (одни могут находиться в депрессии, другие – чрезмерно активны и возбуждены). Кожные покровы и видимые слизистые синюшны. Дыхание частое, шумное, может прерываться приступами кашля. Первичная тахикардия и артериальная гипертензия вскоре сменяются брадикардией и последующим снижением артериального давления. Верхний отдел живота, как правило, вздут в связи с поступлением большого количества воды в желудок. Может наблюдаться рвота заглоченной водой и желудочным содержимым. Острые клинические проявления утопления быстро проходят, восстанавливается ориентация, но слабость, головная боль и кашель сохраняются несколько дней.

Агональный период.

Пострадавший находится без сознания. Пульс и дыхательные движения сохранены. Сердечные сокращения слабые, глухие. Пульс может определяться исключительно на сонных и бедренных артериях. Кожные покровы синюшные, холодные на ощупь. Изо рта и носа выделяется пенистая жидкость розового цвета.

Период клинической смерти.

Внешний вид пострадавшего при данном периоде истинного утопления такой же, как в агональном. Единственным отличием является отсутствие пульса и дыхательных движений. При осмотре зрачки расширены, на свет не реагируют. В этом периоде реанимационные мероприятия редко являются успешными.

Асфиктическое утопление

Происходит вследствие раздражения жидкостью верхних дыхательных путей (без аспирации воды в легкие, в результате ларингоспазма) и наблюдается у 5—20% всех утонувших. В большинстве случаев, асфиктическому утоплению предшествует предварительное угнетение ЦНС, состояние алкогольного опьянения, удар о поверхность воды. Как правило, начальный период диагностировать не удается. В агонии наблюдается редкий лабильный пульс на магистральных артериях. Дыхание может иметь вид «ложнореспираторного» (при чистых дыхательных путях). Со временем наступает угнетение дыхания и кровообращения и переход в период клинической смерти, который при асфиктическом утоплении длится дольше (4-6 минут). При реанимационных мероприятиях, как правило, трудно преодолеть тризм жевательных мышц и ларингоспазм.

Синкопальное утопление

Характеризуется первичной рефлекторной остановкой сердца и дыхания, вызываемой попаданием даже незначительного количества воды в верхние дыхательные пути. При данном виде утопления первоочередным является наступление клинической смерти. Пульс и дыхание отсутствуют, зрачки расширены(на свет не реагируют). Кожные покровы бледные. Сходный механизм развития имеет, так называемый «ледяной шок», или синдром погружения, развивающийся вследствие рефлекторной остановки сердца при резком погружении в холодную воду.

Вторичное утопление («смерть на воде»)

Происходит в результате первичной остановки кровообращения и дыхания (инфаркт миокарда, приступ эпилепсии и.т.д). Особенностью данного вида утопления является то, что попадание воды в дыхательные пути происходит вторично и беспрепятственно (когда человек уже находится в периоде клинической смерти).

Изменения, происходящие в организме при утоплении, в частности, сроки умирания под водой, зависят от ряда факторов: от характера воды (пресная, солёная, хлорированная пресная вода в бассейнах), от её температуры (ледяная, холодная, тёплая), от наличия примесей (ил, тина и т. д.), от состояния организма пострадавшего в момент утопления (переутомление, возбуждение, алкогольное опьянение и пр.).

При проведении реанимационных мероприятий крайне важное значение имеет фактор времени. Чем раньше начато оживление, тем больше шансов на успех. Исходя из этого, искусственное дыхание желательно начинать уже на воде. Для этого осуществляют периодическое вдувание воздуха в рот или в нос пострадавшего во время его транспортировки к берегу или к лодке. На берегу производят осмотр потерпевшего. Если пострадавший не терял сознания или находится в состоянии лёгкого обморока, то, чтобы устранить последствия утопления, достаточно дать понюхать нашатырный спирт и согреть пострадавшего.

Если функция кровообращения сохранена (пульсация на сонных артериях), на нет дыхания, полость рта освобождают от инородных тел. Для этого её очищают пальцем, обёрнутым бинтом, удаляют съёмные зубные протезы. Нередко рот пострадавшего невозможно открыть из-за спазма жевательных мышц. В этих случаях проводят искусственное дыхание "рот в нос"; при неэффективности этого метода используют роторасширитель, а если его нет, то применяют какой-либо плоский металлический предмет (не сломать зубы!). Что касается освобождения верхних дыхательных путей от воды и пены, то лучше всего для этих целей применить отсос. Если его нет, пострадавшего укладывают животом вниз на бедро спасателя, согнутое в коленном суставе. Затем резко, энергично сжимают его грудную клетку. Эти манипуляции необходимы в тех случаях реанимации, когда проводить искусственную вентиляцию лёгких невозможно из-за перекрытия дыхательных путей водой или пеной. Проводить эту процедуру надо быстро и энергично. Если в течение нескольких секунд эффекта нет, надо приступать к искусственной вентиляции лёгких. Если кожные покровы бледные, то надо переходить непосредственно к искусственной вентиляции лёгких после очищения полости рта.

Пострадавшего укладывают на спину, освобождают от стесняющей одежды, голову запрокидывают назад, помещая одну руку под шею, а другую накладывают на лоб. Затем выдвигают нижнюю челюсть пострадавшего вперёд и вверх так, чтобы нижние резцы оказались впереди верхних. Эти приёмы выполняют с целью восстановления проходимости верхних дыхательных путей. После этого спасатель делает глубокий вдох, немного задерживает дыхание и, плотно прижимаясь губами ко рту (или к носу) пострадавшего, делает выдох. При этом рекомендуется зажимать пальцами нос (при дыхании рот в рот) или рот (при дыхании рот в нос) оживляемого. Выдох проводится пассивно, при этом дыхательные пути должны быть открыты.

Если при искусственной вентиляции лёгких из дыхательных путей пострадавшего выделяется вода, которая затрудняет вентиляцию лёгких, надо повернуть голову в сторону и приподнять противоположное плечо; при этом рот утонувшего окажется ниже грудной клетки и жидкость выльется наружу. После этого можно продолжать искусственную вентиляцию лёгких. Ни в коем случае нельзя прекращать искусственную вентиляцию лёгких при появлении самостоятельных дыхательных движений у пострадавшего, если его сознание ещё не восстановилось или нарушен или резко учащен ритм дыхания, что свидетельствует о неполном восстановлении дыхательной функции.

В том случае, если отсутствует эффективное кровообращение (нет пульса на крупных артериях, не выслушиваются удары сердца, не определяется артериальное давление, кожные покровы бледные или синюшные), одновременно с искусственной вентиляцией лёгких проводят непрямой массаж сердца. Оказывающий помощь становится сбоку от пострадавшего так, чтобы его руки были перпендикулярны к поверхности грудной клетки утонувшего. Одну руку реаниматор помещает перпендикулярно грудине в её нижней трети, а другую кладёт поверх первой руки, параллельно плоскости грудины. Сущность непрямого массажа сердца заключается в резком сдавлении между грудиной и позвоночником; при этом кровь из желудочков сердца попадает в большой и малый круг кровообращения. Массаж должен выполняться в виде резких толчков: не надо напрягать мышцы рук, а следует как бы "сбрасывать" массу своего тела вниз - ведёт к прогибанию грудины на 3-4 см и соответствует сокращению сердца. В промежутках между толчками руки от грудины отрывать нельзя, но давления при этом не должно быть - этот период соответствует расслаблению сердца. Движения реаниматора должны быть ритмичными с частотой толчков около 100 в минуту.

Массаж является эффективным, если начинает определяться пульсация сонных артерий, сужаются до того расширенные зрачки, уменьшается синюшность. При появлении этих первых признаков жизни непрямой массаж сердца следует продолжать до тех пор, пока не начнёт выслушиваться сердцебиение.

Если реанимация проводится одним человеком, то рекомендуется чередовать непрямой массаж сердца и искусственное дыхание следующим образом: на 4-5 надавливаний на грудину производится 1 вдувание воздуха. Если спасателей двое, то один занимается непрямым массажем сердца, а другой - искусственной вентиляцией лёгких. При этом 1 вдувание воздуха чередуют с 5 массажными движениями.

Следует учитывать, что желудок пострадавшего может быть заполнен водой, пищевыми массами; это затрудняет проведение искусственной вентиляции лёгких, непрямого массажа сердца, провоцирует рвоту.

После выведения пострадавшего из состояния клинической смерти его согревают (завёртывают в одеяло, обкладывают тёплыми грелками) и делают массаж верхних и нижних конечностей от периферии к центру.

При утоплении время, в течение которого возможно оживление человека после извлечения из воды, составляет 3-6 минут.

Большое значение на сроки возвращения к жизни пострадавшего оказывает температура воды. При утоплении в ледяной воде, когда температура тела снижается, оживление возможно и через 30 минут после несчастного случая.

Как бы быстро спасённый человек ни пришёл в сознание, каким бы благополучным ни казалось его состояние, помещение пострадавшего в стационар является непременным условием.

Транспортировку проводят на носилках - пострадавшего укладывают на живот или на бок с опущенной головой. При развитии отёка лёгких положение тела на носилках горизонтальное с поднятым головным концом. Во время транспортировки продолжают искусственнуювентиляцию лёгких.

Краткий алгоритм действий:

  • Убедись, что тебе ничто не угрожает. Извлеки пострадавшего из воды. (При подозрении на перелом позвоночника — вытаскивай пострадавшего на доске или щите.) 
  • Уложи пострадавшего животом на свое колено, дай воде стечь из дыхательных путей. Обеспечь проходимость верхних дыхательных путей. Очисти полость рта от посторонних предметов (слизь, рвотные массы и т.п.).
  • Вызови (самостоятельно или с помощью окружающих) «скорую помощь».
  • Определи наличие пульса на сонных артериях, реакции зрачков на свет, самостоятельного дыхания.
  • Если пульс, дыхание и реакция зрачков на свет отсутствуют — немедленно приступай к сердечно-легочной реанимации. Продолжай реанимацию до прибытия медицинского персонала или до восстановления самостоятельного дыхания и сердцебиения
  • После восстановления дыхания и сердечной деятельности придай пострадавшему устойчивое боковое положение. Укрой и согрей его. Обеспечь постоянный контроль за состоянием!

Каваленок П.П., врач отделения анестезиологии и реанимации
УЗ «Могилевская областная детская больница»

Почему одни рыбы обычно живут в пресной, а другие - в соленой воде? Как некоторые рыбы могут адаптироваться к обоим?

Альдо Пальмизано - химик-исследователь в Западном научно-исследовательском центре рыболовства Геологической службы США. Биологические ресурсы. Division и является филиалом Вашингтонского университета в Сиэтле. Вот его ответ.

Причина, по которой некоторые рыбы обычно живут в пресноводные и другие живут в морской воде, заключается в том, что та или иная среда предоставляет им возможности, которые традиционно вносили к их выживанию.Очевидное различие между двумя средами обитания - концентрация соли. Пресноводные рыбы поддерживают физиологические механизмы, которые позволять им концентрировать соли внутри своего тела в среде с дефицитом соли; морские рыбы, с другой стороны, выделяют избыток солей в гипертоническая среда. Рыбы, обитающие в обеих средах, сохраняют оба механизма.

ЛОСОСЬ и другие так называемые проходные виды рыб проводят часть своей жизни в как пресная, так и соленая вода.

Жизнь начала развиваться несколько миллиардов лет назад в океанах, и с тех пор живет вещи сохранили внутреннюю среду, очень напоминающую ионный состав тех первобытных морей. Предположительно, ионные условия в которых началась жизнь, однозначно соответствуют ее продолжению. Лабораторные исследования подтверждают мнение, что различные химические явления на от которой зависит жизнь, включая взаимодействие нуклеиновых кислот друг с другом и с белками, фолдинг и характеристики белков, таких как ферменты, функционирование внутриклеточных механизмов, таких как рибосомы, и поддержание клеточных компартментов - критически зависят от ионная среда, в которой протекают реакции.

Со временем обитающие в океане существа воспользовались неиспользованными ресурсами, такими как относительно безопасные места нереста или новые источники пищи, которые были доступны для них только в результате колонизации других сред, таких как пресная вода и земля. Колонизации способствовали, если не были необходимы, геологические события, такие как движения и столкновения массивов суши (тектоника плит). и вулканическая активность, которая служила для изоляции частей очень похожих популяций одного вида друг от друга.Такое геологическое изменение вынудили некоторые популяции либо адаптироваться, либо столкнуться с исчезновением. Время и естественный отбор из-за физических изменений и изменений окружающей среды работали в концерт с изоляцией, чтобы способствовать адаптации. В некоторых случаях эти адаптации становились постоянными и приводили к дифференциации видов.

Один Важным аспектом изменения окружающей среды является ионный состав водоемов, используемых в качестве среды обитания. Хлоридные клетки в жабрах морских рыб вырабатывают фермент, называемый жаберной Na + / K + АТФазой, который позволяет им избавлять плазму от лишней соли, которая накапливается, когда они пьют морскую воду.Они используют фермент для выкачивания натрия из жабр за счет энергии. Кроме того, их почки избирательно отфильтровывают двухвалентные ионы, которые затем они выделяются. Альтернативный набор физиологических механизмов позволяет пресноводным рыбам концентрировать соли, чтобы компенсировать их низкую соленость. окружающая обстановка. Они производят очень разбавленную обильную мочу (до трети веса их тела в день), чтобы избавиться от лишней воды во время проведения активное поглощение ионов жабрами.

Конечно, другие виды адаптации способствовали способности изолированных популяций более полно адаптироваться к своим обстоятельства.С разными наборами организмов-хищников и жертв, присутствующих в разных средах обитания, и с разными доступными им физическими диапазонами, потребуются поведенческие изменения; возможно, предпочтение отдается меньшему или большему размеру тела или части тела. Накопление этих видов физиологические, поведенческие и физические изменения в конечном итоге привели к появлению новых видов. Изоляция, возможно, вынудила их сохранить свои недавно разработанные адаптации среди своих собственных потомков, а не распространять их более широко.Для некоторых раскол со временем стал полным, и больше не могло быть скрещивания между популяциями, которые когда-то скрещивались.

Не без оснований было несколько случаев заселение пресноводной среды морскими видами рыб; некоторые были более или менее законченными. Способность сбежать из окружающей среды могло быть сезонным, или периодическим каким-либо другим способом, или прерывистым, и способность осморегуляции в пресной воде не должна исключать способность вернуться к режиму осморегуляции морской воды, если эта мощность может быть использована значительной частью населения, и выбран для, а не просто потерян.

Лосось проводит относительно короткое время в пресной воде, прежде чем у него разовьется способность осморегуляции. морская вода, в которой они живут большую часть своей жизни. Некоторые виды лосося, например горбуша, мигрируют в море, как только выходят из гравий, когда молодь плавает в свободном плавании. Другие, такие как нерка и кижуч и некоторые чавычи, остаются в пресной воде в течение одного-двух лет или более. прежде, чем побуждение к миграции вниз по течению преодолеет их, в последовательности физиологических и физических событий, которые совпадают с развитием их способность осморегулировать в морской воде.Таким образом, разные виды лосося используют разные аспекты пресноводной среды, но очевидно, что все они будут иметь лучшие жизненные перспективы, если нерестятся в пресноводной среде обитания и проведут взрослую жизнь в морской воде.

Прочие связанные такие виды, как форель, физиологически менее терпимы к соленой воде. Большинство из них навсегда адаптировались к жизни в пресной воде. Вероятно, они также утраченные характеристики (например, брачное поведение), которые могли бы позволить им вести успешную жизнь в морской среде.По причинам, которые могут относиться к их географическому распространению, характеристики, которые когда-то делали жизнь в морской воде естественной для них, в конечном итоге стали излишним багажом и упали в неиспользование и устаревание.

Уильям А. Вуртс - специалист по аквакультуре в программе сотрудничества государственного университета Кентукки. Он дает дополнительную информацию об эволюции и физиологии рыб.

Различные виды рыб, обитающие в океанах, озерах, реках и ручьях, имеют эволюционировали в течение миллионов лет и адаптировались к своей предпочтительной среде в течение долгих периодов времени.Рыбы классифицируются в соответствии с их соленость. Рыбы, которые могут переносить только очень узкие диапазоны солености (такие пресноводные рыбы, как золотая рыбка и такие морские рыбы, как тунец), являются известны как стеногалинные виды. Эти рыбы умирают в водах с соленостью, отличной от солености в их естественной среде обитания.

Рыба, которая может переносят широкий диапазон солености на некоторых этапах своего жизненного цикла, их называют эвригалинными видами. Эти рыбы, к которым относятся лосось, угри, красный барабан, полосатый окунь и камбала могут жить или выживать в широком диапазоне солености, от пресных до солоноватых и морских.Период постепенного Однако эвригалинной рыбе может потребоваться адаптация или акклиматизация, чтобы выдержать большие изменения солености.

Считается, что когда недавно образовавшаяся планета Земля достаточно остыла, дождь пошел непрерывно. Эти дожди наполнили первые океаны пресной водой. Это была постоянная испарение воды из океанов, которая затем конденсировалась, вызывая осадки на суше, что, в свою очередь, привело к тому, что океаны стали солеными за несколько миллиардов лет.Когда дождевая вода омывала почву и проходила через нее, она растворяла многие минералы - натрий, калий и кальций - и унесла их обратно в океаны.

Позвоночные животные (рыбы, птицы, млекопитающие, земноводные и рептилии) обладают уникальными и общими характеристиками. Содержание соли в их крови практически идентично. Кровь позвоночных имеет соленость около 9 граммов на литр (0,9-процентный раствор соли). Почти 77 процентов солей в крови - это натрий и хлорид.Остальная часть состоит в основном из бикарбоната, калия и кальция. Соли натрия, калия и кальция имеют решающее значение для нормальной функции сердца, нервов и мышечной ткани.

Если соленость океанской воды разбавленный примерно до четверти своей нормальной концентрации, он имеет почти такую ​​же соленость, как кровь рыбы, и содержит аналогичные пропорции натрий, калий, кальций и хлорид. Сходство между содержанием соли в крови позвоночных и разбавленной морской водой указывает на сильную эволюционные отношения между позвоночными животными и первобытными океанами.

Действительно, кажется вероятным, что жизнь позвоночных эволюционировала, когда Мировой океан был примерно на четверть менее соленым, чем сегодня. По мере того, как океаны становились более солеными, а позвоночные развивались дальше, несколько групп позвоночные животные (птицы, млекопитающие, рептилии и земноводные) покинули океаны, чтобы заселить сушу, унося с собой морскую воду в качестве своей крови. Они поддерживали концентрацию соли в крови за счет питья пресной воды и поглощения соли из пищи.

Но рыба осталась в воде. окружающая обстановка.Чтобы адаптироваться, им пришлось либо оставаться в средах с низкой соленостью, таких как заливы и эстуарии, либо им пришлось разработать механизмы для заменить воду, потерянную в результате осмоса в морскую воду, и удалить соли, абсорбированные из все более соленых океанов. Обитать в пресноводных рыбах пришлось заменить соли, потерянные в результате диффузии в воду, и устранить избыток воды, абсорбированной из окружающей среды. Функция почек должна быть соответственно изменились, чтобы рыба могла выжить в этих различных средах обитания.

В морской воде рыба должна пить соленую воду, чтобы восполнить потерю жидкости, а затем устранить лишние соли.Их почки производят небольшие объемы жидкости, содержащей высокую концентрацию соли. Пресноводная рыба дает большой объемы разбавленной мочи с низким содержанием соли. К почкам предъявляется меньшая потребность в поддержании стабильной концентрации солей в крови в солоноватых или солоноватых кислотах. воды с низкой соленостью.

В конечном счете, рыба адаптировалась к морской, пресной или солоноватой воде или обитала в морской, пресной или солоноватой воде, потому что каждая среда предлагала некоторые конкурентное преимущество перед разными видами. Например, было высказано предположение, что эвригалинные рыбы способны уничтожать внешних паразитов путем перемещение в пресные и соленые воды и обратно.Места обитания с разной соленостью предлагали новую или больше пищи, спасение от хищников и даже термальное убежище. (стабильные температуры).

Стивен К. Вебстер, советник по морским наукам в океанариуме Монтерей-Бэй в Калифорнии, добавляет некоторую точку зрения на рыба, которая перемещается между соленой и пресной водой.

Около 22 000 видов современных рыб обитают практически во всех видах морских и водные среды обитания, которые не являются чрезмерно токсичными. Некоторые, в том числе лосось, миноги, шэд, осетр и полосатый окунь, перемещаются между пресными водами. тела и океан хоть раз в жизни нереститься.Многие из этих проходных видов делают это ежегодно, находя условия, необходимые для воспроизводство в одном царстве и необходимые для питания и роста в другом.

Этим рыбам необходимо переключить физиологию солевого баланса. когда они переходят из пресной в соленую и обратно. Обычно они вносят эти корректировки в солоноватую среду устья, которая находится на путь между соленой водой и пресноводной средой обитания.

Как морские животные не допускают попадания соли в организм

Независимо от того, насколько вы хотите пить, морская вода только усилит жажду.Морская вода слишком соленая для людей и большинства наземных животных - это около 3,5% соли по весу. Морская вода обезвоживает вас, потому что количество воды, необходимое для вымывания лишней соли из вашего тела, будет больше, чем вы выпили. Но многие животные, которые живут в океане или рядом с ним, разработали способы откачивать лишнюю соль, сохраняя при этом баланс своего уровня воды.

Секретная соль

Странствующий альбатрос месяцами проводит в полете или плавании в открытом океане вдали от источников пресной воды.Итак, альбатросы научились пить морскую воду, которая слишком соленая для большинства птиц и наземных животных. Чтобы избавиться от лишней соли в воде и пище, которые они глотают, у альбатросов есть солевые железы сразу за глазницами. Железы выделяют высококонцентрированный солевой раствор, который вытекает через кончик клюва.

Поглощение в соли

Большинство рыб, обитающих в океане, склонны терять воду - высокое содержание соли в океане заставляет воду постоянно вытекать через жабры рыбы.Поэтому рыбе нужно пить много морской воды, чтобы не обезвоживаться. А поскольку морская вода очень соленая, они также должны откачивать лишнюю соль как через почки, так и с помощью специализированных клеток в своих жабрах.

Костяная морская рыба

Вода естественным образом ищет химический баланс или равновесие. Это означает, что вода течет из областей с более высокой концентрацией воды в области с более низкой концентрацией воды для выравнивания системы. Концентрация воды внутри рыбы выше, чем в самом океане, потому что океан такой соленый.В результате большинство морских рыб постоянно теряют воду через жабры и кожу.

Поскольку рыба теряет воду, она должна много пить, чтобы оставаться гидратированной, но соленая морская вода - единственная вода вокруг.

Чтобы избавиться от лишней соли, почки рыбы закачивают много соли в ее мочу.

Акулы

Акулы не теряют воду, как костлявые рыбы - их тела остаются в равновесии с океаном другим способом, благодаря химическому веществу под названием мочевина. Внутри акулы содержится столько же мочевины и других химикатов, сколько соли в морской воде.Таким образом, акула остается в равновесии с соленой водой за пределами своего тела, и вода не вытекает постоянно.

Вместо питьевой воды акула поглощает немного морской воды (и соли) через жабры.

Железа в пищеварительной системе акулы избавляется от лишней соли.

В равновесии с океаном

Вся соль в океане может усложнить жизнь живущим там животным. Акулы справляются с соленой водой, производя большое количество химической мочевины.Это вещество, вырабатываемое во всем теле акулы, уравновешивает соль в океанской воде. Другими словами, в морской воде столько же соли, сколько мочевины (и других химикатов) в воде внутри тканей акулы. Так акулы не теряют воду, как рыбы. Акула избавляется от излишков соли с помощью солевыделительной железы возле анального отверстия.

Диатомеи
© Science VU / Visuals Unlimited

Липкая вода

Когда вы плещетесь в океане, вы никогда не догадаетесь, что молекулы воды слипаются, как носки в сушилке.Людям легко игнорировать эти слабые силы, но для очень, очень маленьких существ вода почти похожа на густой сироп. Вместо того, чтобы плавать, диатомовые водоросли - разновидность одноклеточных водорослей - просто дрейфуют туда, куда их уносит вода. Чтобы не тонуть, некоторые океанические диатомовые водоросли обменивают более тяжелые частицы соли, такие как кальций, на более легкие, такие как натрий.

Могут ли морские рыбы жить в пресной воде?

Некоторые виды рыб могут жить как в пресной, так и в соленой воде. Эти виды называются эвригалинными рыбами.Тем не менее, большинство видов рыб могут выжить только в одном или другом, в зависимости от их устойчивости к солености или того, сколько соли может выдержать их тело.

Согласно Национальной биологической информационной инфраструктуре (NBII), эти высокоадаптируемые эвригалинные виды способны переносить широкий диапазон уровней соли. Они могут успешно перемещаться между соленой водой, такой как океан, и пресной водой, в том числе некоторыми реками.

Существует два основных вида эвригалинных рыб: проходные и катадромные.Проходные рыбы рождаются в пресной воде, но большую часть своей жизни проводят в море, возвращаясь в пресную воду только для нереста. По данным Департамента рыбы и дичи Аляски, к этой рыбе относятся лосось, корюшка, шед, полосатый окунь и осетр.

Катадромные рыбы, напротив, обычно живут в пресноводных водоемах и заходят в соленую воду только для нереста. По данным Национальной службы морского рыболовства (NMFS), североамериканские и европейские угри подпадают под эту категорию.

Большинство рыб, которые могут переносить только узкие диапазоны солености и очень чувствительны к любым изменениям уровня соли в воде, в которой они обитают. Эти рыбы известны как стеногалинные виды и включают золотых рыбок, которые могут жить только в пресноводной среде. И наоборот, согласно данным NMFS, тунец может существовать исключительно в соленой воде.

Фактически, пресноводные рыбы часто не могут выжить, если уровень солености окружающей их воды достигает более 0,05 процента, согласно Национальной инфраструктуре биологической информации (NBII).

Во время миграции даже эвригалинная рыба должна пройти период акклиматизации или время, чтобы их тела приспособились к солености, отличной от той, к которой они привыкли. Согласно NBII, связывая соленость различных местообитаний с разными этапами жизни, эвригалинные рыбы способны балансировать концентрацию соли между своим телом и окружающей средой.

Следите за маленькими загадками жизни в Twitter @llmysteries. Мы также в Facebook и Google+.

Есть вопрос? Отправьте его по электронной почте в Life's Little Mysteries, и мы постараемся ответить на него.Из-за большого количества вопросов мы, к сожалению, не можем ответить индивидуально, но мы опубликуем ответы на самые интригующие вопросы, так что вернитесь в ближайшее время.

Там, где пресноводные реки встречаются с соленым морем

Морские львы перестают реветь и один за другим соскальзывают с пристани в мокко-коричневую воду реки Фрейзер недалеко от Ванкувера, Британская Колумбия. Поверхность воды гладкая, за исключением полосы ряби, медленно движущейся вверх по реке. Морские львы, кажется, знают, что за спокойной поверхностью скрывается суматоха.

Прилив только что изменился, и язык соленой воды сначала ползет, а затем галопом возвращается в Фрейзер всего через несколько часов после того, как был вытеснен сильным потоком во время предыдущего отлива. Хотя поверхность кажется спокойной, на пересечении пресной и соленой воды под водой возникают турбулентные водовороты, столь же сильные, как и любые другие в океане. Путаница из бурлящей воды и взвешенных отложений дезориентирует лосося, направляющегося домой, и становится легким пиршеством для морских львов.

Не все реки заканчиваются так драматично, как Фрейзер.Но смешение пресноводных ручьев и рек с солеными океанскими приливами в частично замкнутом водоеме - естествоиспытатели называют его устьем - питает некоторые из самых продуктивных экосистем на Земле, а также некоторые из самых уязвимых.

Задолго до появления цивилизации древние люди признали щедрость лимана и сделали эти регионы средоточием человеческого жилья. К сожалению, чрезмерная застройка, плохое землепользование и столетия промышленного загрязнения нанесли ущерб большинству эстуариев.Бостонская гавань, залив Сан-Франциско и река Гудзон - это дети-плакаты деградации окружающей среды.

Но надежда есть. Эстуарии - это пограничная зона между соленой и пресной водой, и они невероятно разнообразны как биологически, так и физически. Разнообразие и высокая энергия экосистемы делают эстуарии чрезвычайно устойчивыми. Обладая лучшим пониманием этих систем, мы можем обратить вспять их упадок и восстановить экологическое богатство этой ценной, хотя и мутной, окружающей среды.

Как работает устье?

С точки зрения физиков, разница в плотности пресной и соленой воды делает эстуарии интересными. Когда речная вода встречается с морской водой, более легкая пресная вода поднимается вверх и над более плотной соленой водой. Морская вода устремляется в устье под вытекающую речную воду, продвигаясь вверх по течению по дну.

Часто, как в реке Фрейзер, это происходит на крутом соляном фронте. На таком фронте содержание соли (соленость) и плотность могут измениться от океанической до пресной всего за несколько десятков метров по горизонтали и всего за метр по вертикали.

Эти сильные градиенты солености и плотности сопровождаются большими вертикальными изменениями направления и силы течения. Вы не можете увидеть эти бурлящие воды с поверхности, но рыбак может обнаружить, что его сеть начинает жить собственной жизнью, когда он опускает ее в, казалось бы, спокойную воду.

Плиний Старший, известный римский натуралист, сенатор и командующий Имперским флотом в I веке нашей эры, наблюдал это своеобразное поведение рыболовных сетей в проливе Босфор, недалеко от Стамбула.Плиний пришел к выводу, что поверхностные и донные течения текут в противоположных направлениях, и предоставил первую письменную документацию о том, что мы теперь называем «устьевой циркуляцией».

Вторжение в соленую воду

Противоположные потоки пресной и соленой воды иногда плавно текут один над другим. Но когда разница скоростей достигает определенного порога, возникает сильная турбулентность, и соленая и пресная вода смешиваются. Приливные течения, которые действуют независимо от циркуляции в устье, также усиливают турбулентность, смешивая соленую и пресную воды, создавая солоноватоводную воду в устье.

В реке Фрейзер эта циркуляция ограничивается очень короткой и энергичной фронтальной зоной около устья, иногда длиной всего несколько сотен метров. В других устьях, таких как залив Сан-Франциско, залив Чесапик или река Гудзон, соляной фронт и сопровождающая его циркуляция в устье простираются на многие мили вглубь суши.

Инженеры внимательно следят за проникновением соли на сушу из-за возможных последствий для водоснабжения, если проникновение соли заходит слишком далеко.Например, город Покипси, штат Нью-Йорк, расположенный в 60 милях к северу от устья реки Гудзон, зависит от реки как источника питьевой воды. Примерно раз в десятилетие засушливые условия приводят к тому, что вторжение солей приближается к водозабору Покипси. В последний раз это произошло в 1995 году, чтобы соляной фронт не стал опасным для здоровья населения, пришлось пролить дополнительную воду из плотин выше по течению.

Источник жизни лиманов

Циркуляция эстуариев выполняет ценную экологическую функцию.Непрерывный донный поток обеспечивает эффективную систему вентиляции, втягивая новую океаническую воду и вытесняя солоноватую воду. Если бы не этот естественный процесс «промывки», воды в устье стали бы застаиваться, загрязнение накапливалось бы, и кислород был бы истощен.

Эта циркуляционная система обеспечивает невероятную экологическую продуктивность. Питательные вещества и растворенный кислород постоянно пополняются из океана, а отходы выбрасываются в поверхностные воды. Это перекачивающее действие приводит к одним из самых высоких темпов роста микроскопических растений (исследователи называют это «первичной продукцией») в любой морской среде.Эта многочисленная популяция планктона обеспечивает основу для разнообразных и ценных пищевых сетей, питая рост некоторых из наших самых ценных рыб, птиц и млекопитающих - лосося, полосатого окуня, большой голубой цапли, белоголовых орлов, тюленей и выдр. несколько.

Интенсивность циркуляции частично зависит от притока речной воды, выталкивающей соленую воду обратно. Район залива Сан-Франциско стал центром споров в последние годы, потому что есть много интересов, конкурирующих за пресную воду, текущую в залив - в основном сельское хозяйство и городское водоснабжение, простирающееся до Южной Калифорнии.Экологи убеждены, что залив Сан-Франциско должен получить «свою долю» пресной воды, поступающей из дельты Сакраменто-Сан-Иоахим, потому что обширные пресноводные среды обитания в регионе особенно уязвимы для вторжения солей.

Циркуляция эстуария также зависит от приливов; более сильные приливы обычно улучшают обмен и улучшают экологическую функцию системы. Устье Гудзона, например, находится на расстоянии 153 миль от побережья до Трои, штат Нью-Йорк. Индейцы алгонкинов называли реку Мохиканитук, «реку, которая течет в обе стороны».”

Сборка системы

У

эстуариев есть свои проблемы. Некоторые из них нанесены самому себе; некоторые вызваны неправильным использованием человеческого жилья.

У лимана со всеми его динамическими движениями есть один атрибут, который способствует его собственному разрушению: он улавливает отложения. Когда взвешенный ил и твердые частицы из реки попадают в эстуарий, они сталкиваются с соляным фронтом. В отличие от пресной воды, которая поднимается вверх и над соленым слоем, осадок выпадает из поверхностного слоя в более плотный и соленый слой воды, движущийся в устье.Когда он падает, он попадает в ловушку и скапливается на дне. Постепенно эстуарий становится все более мутным и мутным.

Иногда крупные наводнения выталкивают соль прямо из устья, унося с собой илистые отложения. Керны отложений в реке Гудзон указывают на то, что отложения могут накапливаться в течение 10, 20 или даже 50 лет, накапливая слои каждый год, как кольца деревьев. Но затем ураган или сильное таяние снега затопляет реку, стирает слои наносов и отправляет грязь в море.

«Эпизодическое» поведение отложений наносов - хорошие и плохие новости. Это хорошо, потому что сильный шторм может предотвратить слишком быстрое обмеление лимана. Фактически, похоже, что за последние 6000 лет естественные дноуглубительные работы, вызванные большими штормами, поддерживали почти постоянную глубину воды в устье Гудзона.

Плохая новость заключается в том, что осадок сохраняет «память» обо всех загрязняющих веществах, прошедших через него за эти годы. Сейчас экологические нормы намного строже, чем 50 лет назад, и мы прекратили использование многих химикатов, наносящих ущерб окружающей среде.Например, полихлорированные бифенилы (ПХБ) были запрещены в 1970-х годах, поскольку было показано, что они токсичны для рыб и диких животных, а также для людей, которые их потребляют. Тем не менее, у нас все еще есть проблема загрязнения Гудзона и других рек, потому что ПХД медленно разлагаются, и каждое новое наводнение восстанавливает эти «унаследованные» загрязнители и продлевает наше воздействие.

Эффекты просачивания вниз

Миллиарды долларов сейчас тратятся на очистку эстуариев Америки, загрязненных промышленным загрязнением.В Бостоне, например, новая канализационная система, созданная для спасения Бостонской гавани, обошлась налогоплательщикам примерно в 5 миллиардов долларов. Программа Superfund Агентства по охране окружающей среды США собирает и тратит миллиарды долларов на восстановление устьев рек.

Часто стратегии восстановления сложны и противоречивы. В случае реки Гудзон ведутся горячие споры о том, следует ли удалять отложения, загрязненные ПХБ, - углублять их с помощью высокотехнологичных методов, которые теоретически минимизируют ущерб окружающей среде, - или оставить их в покое.Эти дебаты вращаются вокруг феномена эпизодического шторма: останутся ли загрязненные отложения или они могут взбудоражиться, когда следующий ураган проносится через долину Гудзона?

Помимо мероприятий по очистке, части Гудзона необходимо углубить в дноуглубительных целях для целей навигации. Дноуглубительные работы не так уж дороги или сложны, но найти место для размещения загрязненных отложений - проблема. Порт Нью-Йорка заполняет заброшенные угольные шахты Пенсильвании своим загрязненным шламом, но это не долгосрочное решение.

Хотя проблемы американских эстуариев сложны и дороги, они бледнеют по сравнению с азиатскими эстуариями. Вся нация Бангладеш находится в устье и нижней пойме реки Ганг-Брахмапутра. Другие реки Азии, такие как Меконг, Чан Цзян (или Янцзы) и Хуанг Хо (или Желтая река), переполнены и переполнены плотными населенными пунктами. Глобальное повышение уровня моря вызывает потерю земли, усиление наводнений и усиление солевой интрузии в этих устьях.

Потребность в воде выше по течению для орошения и бытового использования значительно снижает поток пресной воды через эти системы. Реки Инд и устья реки Хуанг Хо пострадали от резкого сокращения притока пресной воды за последние несколько десятилетий, и влияние этих антропогенных изменений только сейчас осознается. Новая политика в отношении землепользования, водозабора и даже глобального производства углекислого газа (который влияет на глобальное потепление и повышение уровня моря) потребуется для защиты этой уязвимой среды устьев рек и их обитателей.

Пробуждая новые идеи

Одна из проблем исследования эстуариев заключается в том, что большинство значительных проблем являются междисциплинарными, включая физику, биологию, химию, геологию и часто государственную политику и экономику. Эстуарии также невероятно разнообразны, бывают самых разных форм и размеров. Тем не менее, государственные политики постоянно призывают ученых обобщить наши результаты исследований одного эстуария и применить их к эстуариям остального мира.

Как ученые, одна из наших задач - прогнозировать изменения в окружающей среде с учетом различных природных и антропогенных воздействий.Чтобы предвидеть здоровье лиманов в будущем, нам нужно ответить на несколько фундаментальных вопросов о настоящем и прошлом. Как далеко продвинется соль, если речной сток сократится вдвое? Увеличивают или уменьшают изменения в речном потоке скорость обмеления эстуария отложения? Как такие изменения влияют на рыбу, нерестящуюся в пресной воде?

То, что мы узнаем, будет иметь решающее значение для населения, которое все больше ценит прибрежные воды. Нам нужна разумная государственная политика для снижения уязвимости к прибрежным наводнениям и для защиты питьевой воды, продуктов питания и некоторых из наиболее важных мест обитания в мире.Мы будем разрабатывать более эффективную политику только в том случае, если сможем обосновать ее более совершенной наукой.

Соленая вода и соленость

• ГЛАВНАЯ Школа наук о воде • Вопросы о поверхностных водах • Вопросы о свойствах воды • Вопросы о качестве воды •

Почему океан соленый? Реки сбрасывают в океаны воду, богатую минералами, за счет стока рек, которые истощают ландшафт, в результате чего океаны становятся солеными.

Авторы и права: НАСА

Что такое соленая вода?

Во-первых, что мы подразумеваем под «соленой водой»? Солевой раствор содержит значительные количества (называемые «концентрациями») растворенных солей, наиболее распространенной из которых является соль, которую мы все так хорошо знаем - хлорид натрия (NaCl).В этом случае концентрация - это количество (по весу) соли в воде, выраженное в «частях на миллион» (ppm). Если в воде концентрация растворенных солей составляет 10 000 частей на миллион, то один процент (10 000 делить на 1 000 000) веса воды приходится на растворенные соли.

Вот наши параметры для соленой воды:

  • Пресная вода - менее 1000 частей на миллион
  • Слабосоленая вода - от 1000 до 3000 частей на миллион
  • Умеренно соленая вода - от 3000 до 10 000 частей на миллион
  • Сильно соленая вода - от 10 000 до 35 000 частей на миллион
  • Кстати, в океанской воде содержится около 35 000 промилле соли.

Соленая вода - это не только океаны

Естественно, когда вы думаете о соленой воде, вы думаете о океанах . Но в сотнях миль от Тихого океана жители таких штатов, как Колорадо и Аризона, могут «насладиться днем ​​на пляже», просто выйдя из своего дома, поскольку они могут находиться прямо рядом с соленой водой. В земле на западе США много очень соленой воды. В Нью-Мексико примерно 75 процентов подземных вод являются слишком солеными для большинства видов использования без обработки (Reynolds, 1962).Вода в этой области, возможно, осталась от древних времен, когда соленые моря занимали запад США, а также, когда ливень проникает вниз в землю, он может столкнуться с камнями, которые содержат хорошо растворимые минералы, которые превращают воду в соленую воду. Подземные воды могут существовать и перемещаться в течение тысяч лет и, таким образом, могут стать солеными, как вода в океане.

Падение уровня воды в озере хорошо видно по параллельным линиям и белоснежным озерным отложениям, окружающим берег.Отвод притока пресной воды в город Лос-Анджелес и испарение привели к снижению уровня воды примерно на 1 м в год. Заснеженные горы на заднем плане - это Сьерра-Невада.

Кредит: C.D. Миллер, USGS

Озеро Моно в Калифорнии - соленый остаток гораздо более крупного озера (Озеро Рассел), которое заполняло бассейн Моно миллионы лет назад. Древнее пресноводное озеро когда-то было примерно на 130 метров выше нынешнего уровня воды.Озеро Моно в настоящее время представляет собой сильно засоленный остаток озера Рассел, большая часть пресной воды которого сливается для удовлетворения потребностей города Лос-Анджелес в воде. Уровень воды в настоящее время падает примерно на 1 метр в год. Это привело к тому, что по мере того, как вода отступает, на берегу остаются соленые отложения.

Можно ли использовать соленую воду для чего-нибудь?

Итак, когда вся вода, доступная на Земле, и вся эта соленая вода находится у берегов наших берегов, почему мы беспокоимся о нехватке воды? Вы можете думать об этом как о ситуации с качеством воды, а не о количестве воды.В сыром виде соленая вода не может использоваться для многих целей, для которых нам нужна вода, например для питья, орошения и многих других промышленных целей. Слегка соленая вода иногда используется для тех же целей, что и пресная. Например, в Колорадо вода, содержащая до 2500 частей на миллион соли, используется для орошения сельскохозяйственных культур. Однако, как правило, использование соленой воды от умеренного до сильного имеет ограниченное применение. Ведь дома соленую воду не пьют; вы не используете его для полива помидоров или чистки зубов; фермеры обычно не орошают им; некоторые отрасли не могут использовать его, не повредив свое оборудование; и коровы фермера Джо его не пьют.

По крайней мере, соленая вода может быть просто развлечением. Если вам довелось побывать на Мертвом море на Ближнем Востоке, вы могли испытать уникальное ощущение плавания в чрезвычайно плотной (и соленой) воде, которая, по-видимому, поддерживает вас, как матрас. Вода настолько плотная, что вы действительно не тонете, как в обычной, даже океанской, воде. Ближе к дому многие домовладельцы, у которых есть бассейны на заднем дворе, наполняют их соленой водой, вместо того, чтобы использовать пресную воду с добавлением хлора.

Итак, для чего еще можно использовать соленую воду и можно ли сделать ее более пригодной для использования?

Есть два ответа - оба «да». Соленая вода полезна для некоторых целей водопользования , а соленая вода может быть превращена в пресную воду, для которой у нас есть много применений.

Забор соленой воды в США по категориям использования на 2015 год.

Использование соленой воды в США в 2015 году

В современном мире мы все больше осознаем необходимость сохранения пресной воды .В связи с постоянно растущим спросом на воду со стороны растущего населения во всем мире имеет смысл попытаться найти больше применений для имеющихся обильных запасов соленой воды, в основном в океанах . Как показывают эти круговые диаграммы использования воды в стране, около 16 процентов всей воды, использованной в Соединенных Штатах в 2015 году, было солевым. Вторая диаграмма показывает, что почти весь забор солевых растворов, более 97 процентов, был использован производителями термоэлектрической энергии для охлаждения оборудования для выработки электроэнергии.Около трех процентов соленой воды страны было использовано для горнодобывающей промышленности и промышленных целей .

Хотите узнать больше о соленой воде и солености? Следуйте за мной на сайт, посвященный хлоридам, солености и растворенным твердым веществам!

Как долго пресноводная рыба будет жить в соленой воде?

Некоторые из моих лучших серий, по моему скромному мнению, навеяны вопросами, которые задает мне моя дочь.Чтобы пережить еще одну волну тепла здесь, в южной Калифорнии, мы одолжили бассейн у соседки, когда она внезапно стала очень обеспокоена акулами. Я заверил ее, что в бассейне нет акул, но она продолжала подтверждать мне: все еще нет акул в бассейне?

Как быстро пресная вода может убить акулу?

Я спросил ее, как она думает, что акула может попасть в бассейн, и она, как ни странно, заметила, что кто-то может бросить одну на вертолете. Я пытался настаивать на том, что это будет очень дорогостоящая операция и практически без пользы, но ее не убедили.Поэтому я попробовал другой подход: акулы - это морские рыбы. (Ну, большинство из них.) Они не выживают в пресноводных бассейнах. Но как быстро, хотела она знать, пресная вода сможет убить акулу? Достаточно быстро, чтобы обезопасить ее?

Конечно, я сказал своему ребенку, что акула, упавшая на вертолете в случайный бассейн в южной Калифорнии, не сможет прожить достаточно долго, чтобы наслаждаться ею в качестве закуски. Но я задавался вопросом, сколько времени действительно займет ?

Зачем нам вода?

В целом наши тела на 60% состоят из воды, и это зависит от органа.Наш мозг на 73% состоит из воды, наши легкие на 83% состоят из воды, и даже наши кости содержат 31% воды. Если мы теряем всего 4% воды, мы испытываем обезвоживание. Потеря 15% может быть фатальной. Нам нужна вода, чтобы заполнить наши клетки, чтобы они сохраняли свою форму, что, в свою очередь, поддерживает важные биохимические процессы, происходящие внутри наших клеток. Вода также образует мембраны вокруг клеток, которые удерживают важные молекулы внутри и вредные молекулы. Таким образом, даже если мы могли прожить месяц без еды, мы проживем без воды всего около трех дней.

Несмотря на то, что мы могли прожить месяц без еды, мы протянули бы только около трех дней без воды.

И мы не можем пить соленую воду, потому что она в конечном итоге нас обезвоживает. Нашему организму необходимо использовать больше воды для вымывания лишней соли, чем мы получаем от соленой воды в первую очередь.

Что происходит с клетками соленой воды в пресной воде?

Процесс, называемый осмосом, поддерживает концентрацию соли в клетках рыб на комфортном уровне.Осмос происходит, когда раствор на одной стороне мембраны (например, клеточной стенке) имеет более высокую концентрацию, чем раствор на другой стороне. Поэтому, если на одной стороне внешней мембраны клетки больше растворенных веществ (то есть того, что растворено в воде: в данном случае ионы, соли и другие питательные вещества), растворитель (это вода, в которой растворены эти растворенные вещества) проходит из область низкой концентрации в область высокой концентрации. Добавление большего количества воды разбавляет сторону с более высокой концентрацией, чтобы попытаться уравновесить ситуацию.Мембраны, окружающие клетки, являются полупроницаемыми, то есть вода легко входит и выходит из клетки, а растворенное вещество (соль) - нет.

Осмоконформаторы и осморегуляторы

У некоторых рыб, называемых осмоконформаторами , уровень концентрации жидкости в организме равен той же концентрации, что и в окружающей воде, поэтому им не требуется постоянный приток или отток воды. Другие рыбы, называемые осморегуляторами , имеют разные концентрации внутри своего тела и вне его, но они активно работают, чтобы уравновесить результаты осмоса.

Например, пресноводные рыбы, такие как золотые рыбки, более соленые, чем их окружение. Осмос заставляет окружающую воду перемещаться в их тела через жабры и кожу. Они часто мочатся, чтобы избавиться от этого, и не пьют, потому что в этом нет необходимости. Благодаря осмосу в них поступает достаточно воды. Они также могут выводить из организма лишние ионы соли через жабры и рот. Этот балансирующий акт, который поддерживает правильный уровень соли в их клетках, называется осморегуляцией .

Морская рыба, как и тунец, менее соленая, чем вода вокруг нее. Таким образом, для них осмос заставляет воду перемещаться на из их тел. Это означает, что морским рыбам действительно нужно пить, чтобы они не обезвоживались. Они направляют часть воды, поступающей через рот, в пищеварительный тракт, а не только обратно через жабры, как это делают пресноводные рыбы. Но питьевая соленая вода, конечно, добавляет соли в их тела, поэтому у них также есть специальные клетки в жабрах, которые помогают удалять ионы соли.

У других животных, которые проводят время в океане и вокруг него, есть свои приемы избавления от лишней соли. У выдр очень концентрированная моча, у альбатросов в клювах есть особые клетки, выделяющие соли, а черепахи плачут солеными слезами.

У выдр очень концентрированная моча, у альбатросов в клювах есть особые клетки, выделяющие соли, а черепахи плачут солеными слезами.

Эксперименты с осмосом в домашних условиях

Вот два эксперимента, которые вы можете провести дома, чтобы увидеть действие осмоса.Сначала окуните изюм в пресную воду. Вы должны увидеть, как он раздувается и набухает. Изюм имеет более высокую концентрацию растворенного вещества (в данном случае растворенное вещество - сахар), поэтому вода течет в изюм .

Теперь окуните изюм в соленую воду. Он сморщивается! Это потому, что в соленой воде больше растворенных веществ, чем в изюме. Вода выходит из изюма, пытаясь создать баланс.

Осмос можно наблюдать и с картофелем. Нарезать картофель.Наполните две чашки водой и добавьте соль в одну из чашек. Оставьте их на ночь в воде. Утром вы обнаружите, что соленый картофель хрустящий - он потерял воду из-за осмоса. Ломтики пресной воды должны быть мягче, потому что они впитали часть окружающей воды.

Итак, что происходит, когда вы помещаете морскую рыбу в пресную воду?

Акулы не полагаются на осмос. Они являются осмоконформаторами, что означает, что они поддерживают концентрацию жидкостей своего тела в той же концентрации, что и окружающая вода.Однако эти концентрации состоят из разных ионов. В частности, акулы используют мочевину, которую естественным образом вырабатывает их организм. Наш организм также производит мочевину в результате метаболизма белков, и мы выделяем ее с мочой. Акулы используют этот ион, который обычно является продуктом жизнедеятельности, и вместо этого хранят его так, чтобы их клетки имели такие же уровни концентрации, что и в соленой воде вокруг них.

Вода начинает вытекать из рыбы, но рыба не имеет правильных механизмов, позволяющих ей впитывать воду, чтобы заменить ее.

Если бы мы поместили пресноводную рыбу в соленую воду (или морскую рыбу в пресную), они бы жили так же, как наши изюм и картофель. Пресноводная рыба в соленой воде теперь менее соленая, чем в окружающей среде. Вода начинает вытекать из рыбы, но у рыбы нет правильных механизмов, позволяющих ей принять воду, чтобы заменить ее. Клетки сморщатся. Морская рыба в пресной воде теперь более соленая, чем ее окрестности. Окружающая вода течет в их клетки, и они начинают набухать и раздуваться, возможно, разрываясь.

Сколько соли - это слишком много?

Пресная вода имеет концентрацию соли <0,1% по весу. С другой стороны, морская вода имеет концентрацию соли около 3,5% по весу. Euryhaline Рыба может жить как в пресной, так и в соленой воде и обычно имеет среднюю концентрацию соли. Например, лосось рождается в пресной воде, но большую часть жизни живет в океане. Они возвращаются в пресную воду только для нереста и поддерживают концентрацию растворенных веществ около 1%.Североамериканские угри поступают наоборот: после рождения в соленой воде они проводят большую часть своей жизни в пресной воде. Даже рыбам, которые полностью переносятся из пресной и соленой воды, все равно нужно время, чтобы акклиматизироваться при переходе от одной к другой, так же, как нам, людям, нужно дать нашему телу время, чтобы приспособиться к более низким уровням кислорода на больших высотах.

Как долго морская рыба может выжить в пресной воде?

Теперь к вопросу моей дочери - как долго морская рыба может выжить в пресной воде?

Те, кто когда-либо содержал морской аквариум, знают, что пресноводное «погружение» можно использовать, когда морские рыбы развивают паразита под названием «ich.«Паразит не может адаптироваться, и его клетки быстро прорываются в пресной воде, в то время как рыба, страдающая паразитом, может переждать это». Просматривая форумы аквариумов, я узнал, что рекомендуемое время для такого погружения составляет от 30 секунд до 10 минут. Это действительно быстро!

Вполне возможно, что упавшая в бассейн акула могла выжить в пресной воде достаточно долго, чтобы перекусить маленьким ребенком.

С другой стороны, акулы-быки, как известно, путешествуют по рекам, таким как Миссисипи и Амазонка.Они считаются продвинутыми осморегуляторами и были замечены на расстоянии до 60 миль вверх по течению в водах с соленостью всего 2,1%.

Итак, к сожалению, моя дочь права - вполне возможно, что упавшая в бассейн акула могла выжить в пресной воде достаточно долго, чтобы перекусить маленьким ребенком. Похоже, мне придется вернуться, чтобы убедить ее, что на самом деле никто никогда не захочет делать такое.

Пожалуйста, не рассказывайте ей о сюжете Shark Night 3D.

Пруды, а не океаны, колыбель жизни

Мэтт Каплан

Было поставлено под сомнение заветное предположение о зарождении жизни в океанах.Новое исследование показывает, что примитивные клеточные мембраны легче собираются в пресной воде, чем в соленой. Таким образом, хотя самые древние из известных ископаемых организмов были обитателями океана, жизнь на самом деле могла развиваться в пресноводных прудах.

Большинство теорий происхождения клеточной жизни предполагают, что первым шагом было формирование сферической мембраны, называемой пузырьком, которая могла заключать в себе самовоспроизводящиеся химические цепи - предков современной ДНК. Идея состоит в том, что все ингредиенты для простых мембран присутствовали на ранней Земле и в какой-то момент спонтанно образовывали пузырьки в воде.

Казалось наиболее вероятным, что это произошло в море, а не в пресной воде, в основном из-за огромных размеров океанов. Глубоководные термальные источники и приливные бассейны с их уникальным химическим составом обычно считаются наиболее вероятными участками.

Исследование, проведенное аспирантом Чарльзом Апелем из Калифорнийского университета в Санта-Крус, предполагает, что это неверно. Апель и его коллеги смогли создать стабильные везикулы, используя пресноводные растворы ингредиентов, найденных на ранней Земле, но не соленые растворы, они сообщат в следующем выпуске Astrobiology .

«Когда добавлялись хлорид натрия или ионы магния или кальция, мембраны разваливались», - говорит Апель. Это произошло в воде, которая была менее соленой, чем нынешний океан.

Звонок-будильник

Геолог Л. Пол Кнаут из Университета штата Аризона отмечает, что ранние океаны Земли были в 1,5–2 раза соленее, чем сегодня, что делает еще более маловероятным появление там жизнеспособных клеток. Гигантские солевые отложения, называемые эвапоритами, которые образовались на континентах, со временем фактически сделали моря менее солеными.

«Никто в здравом уме не стал бы использовать горячую морскую воду для лабораторных исследований ранней клеточной эволюции», - говорит биохимик Дэвид Димер из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, который сообщает о работе с Апелем. «Тем не менее, в течение многих лет мы все безоговорочно принимали, что жизнь зародилась в морской среде. Мы были только первыми, кто спросил, действительно ли мы в этом уверены ».

«Это тревожный сигнал», - говорит минералог Роберт Хейзен из Вашингтонского института Карнеги.«Мы предположили, что жизнь сформировалась в океане, но инкапсуляция в пресноводных водоемах на суше представляется более вероятной».

Находка не удивила бы Чарльза Дарвина. Более века назад он предположил в своих личных письмах, что зародилась жизнь «в каком-то теплом маленьком пруду со всеми видами аммиака и фосфорных солей, светом, теплом, электричеством и т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *