03. Funkcje wody w środowisku

Woda pełni w środowisku wiele funkcji. Najważniejsze z nich to: jest materiałem budulcowym roślin i zwierząt, transportuje materię i energię i jest siedliskiem wielu roślin i zwierząt (patrz plansze 11. i 12.).

Materiał budulcowy organizmów zwierzęcych i roślinnych

Organizm ludzki zawiera od 45 do 85% wody. Zależy to od wieku i płci. Noworodek składa się w 85% z wody (embrion zawiera nawet 98%). Dorosły mężczyzna ma w swym organizmie 65% wody. Jej zawartość u starych ludzi może spadać do 50%. Organizm kobiecy zawiera około 10% mniej wody niż organizm mężczyzny ze względu na to, że zawiera więcej tłuszczu.

Zdrowy organizm utrzymuje bardzo ścisłą kontrolę nad bilansem płynów, w którym nawet 1-2% ubytek wody może niekorzystnie wpłynąć na funkcjonowanie całego ustroju. Bez jedzenia możemy przeżyć kilka tygodni, ale bez wody — jedynie kilka dni. Utrata już 1-2% wody powoduje osłabienie niektórych funkcji organizmu, utrata 10% powoduje znaczne osłabienie funkcji życiowych, a utrata 20% skutkuje śmiercią. Dzienne zapotrzebowanie na wodę w klimacie umiarkowanym waha się od 1,5 litra na dzień dla małego dziecka do 3,5 litra dla dorosłego człowieka. W suchym i gorącym klimacie dawka dzienna sięga nawet 10 litrów.

Zawartość wody w niektórych organach człowieka:
paznokcie i włosy – ślady, tkanka tłuszczowa 10-15%, kości 20–22%, mózg 75%, mięśnie 76%, serce 79%, krew – 83%.

Człowiek uzupełnia braki wody nie tylko pijąc płyny, ale także spożywając pokarmy. Szczególnie dużo wody zawierają owoce i warzywa.

tabela zawartości wody w pokarmach

Największą zawartość wody w swoich organizmach wykazują prymitywne zwierzęta żyjące w środowisku wodnym. Popularna meduza może zawierać ponad 98% wody.

Transporter materii

W całej historii globu ziemskiego trwa ciągła walka pomiędzy dwoma rodzajami sił. Z jednej strony są to siły dążące do rozwijania rzeźby powierzchni ziemi, a z drugiej, siły dążące do jej wygładzenia. Pierwsza grupa sił to procesy górotwórcze i działalność wulkanów. Druga grupa sił to działalność wiatru i wody. Ruchy górotwórcze i wulkany wynoszą olbrzymie ilości skał i materiału skalnego ze skorupy ziemskiej na znaczne wysokości ponad poziom morza. Wiatr i woda, poprzez procesy erozji transportują wielkie ilości materiału z powrotem do oceanów i mórz, gdzie gromadzą się na ich dnie w postaci osadów, które w następnym procesie górotwórczym mogą zostać ponownie wyniesione na dużą wysokość ponad poziom oceanów.

Działalność wulkanów wynosi olbrzymie ilości materii z wnętrza ziemi ponad jej powierzchnię. W 1883 roku, wybuch wulkanu Krakatau (położonego pomiędzy wyspami Jawa i Sumatra) wyniósł z wnętrza ziemi 46 km³ materii, a w roku 1991, erupcja  wulkanu Pinatubo (położonego na Filipinach) wyniosła 5 km³ materii.

Intensywne opady deszczu, szczególnie w terenach mało zwięzłych gleb, jak np.: lessy i w terenach  pozbawionych roślinności (pola uprawne po zbiorach, tereny wylesione) powodują silną erozję powierzchni ziemi. Materiał glebowy jest następnie transportowany do rzeki i dalej do morza. Intensywność erozji wodnej zależy od intensywności opadu i rodzaju gleby. W glebach lessowych natężenie erozji może być tak wielkie, że w czasie jednego opadu powstają wąwozy tak wielkie, że może w nie wjechać wóz konny. Chińska rzeka Huang He (Rzeka Żółta) transportuje rocznie do morza półtora miliarda ton materiału glebowego, a amerykańska rzeka Mississipi transportuje 550 milionów ton rocznie.

Woda, a ściśle soki  roślinne transportują substancje odżywcze w organizmach roślinnych. Pobrane przez korzenie z gleby sole mineralne są transportowane do liści, gdzie w reakcjach chemicznych, w których udział biorą substancje wytworzone w procesie fotosyntezy tworzą nowe substancje organiczne niezbędne roślinom do dalszego wzrostu. Te substancje są z kolei transportowane z liści do innych organów roślin. Szybkość przepływu soków roślinnych w organizmach roślinnych jest bardzo zmienna. W dorosłym dębie prędkość ta zmienia się od 2 metrów w szczytowych gałązkach do 20 metrów w miejscach, gdzie grube konary wyrastają z pnia.

Transporter energii

Jedynym źródłem energii, która jest niezbędna dla funkcjonowania ziemskiego systemu jest Słońce. Ciepło dochodzące ze Słońca do Ziemi nie jest równomiernie rozłożone po całym globie. Najwięcej ciepła dochodzi do obszarów równikowych, a najmniej do stref polarnych. W rezultacie, w strefie równikowej jest za dużo ciepła, a brakuje go w strefach podbiegunowych. Gdyby nie było mechanizmów, które mogą transportować ciepło ze strefy równikowej do obszarów chłodniejszych mielibyśmy na Ziemi bardzo wąska strefę o klimacie odpowiednim dla życia ludzi. Jednak dzięki wodzie, która w formie prądów oceanicznych oraz przez ruchy powietrza zawierającego parę wodną transportuje olbrzymie ilości ciepła ze stref równikowych do stref chłodniejszych, strefa Ziemi zapewniająca warunki odpowiednie do życie jest znacznie powiększona.

Ilości energii cieplnej przenoszonej przez prądy morskie i ruchy atmosfery są olbrzymie. Np.: prąd morski płynący w Oceanie Atlantyckim z zatoki Meksykańskiej w kierunku Europy, który nazywa się Prądem Zatokowym albo Golfsztromem, niesie 200 razy więcej energii niż zużywa cała ludność świata w ciągu roku. Podobne ilości energii są przenoszone przez ruchy atmosfery ze stref równikowych do chłodniejszych stref: umiarkowanej i polarnej. Razem prądy morskie i atmosferyczne przenoszą około 500 razy więcej energii niż obecnie zużywa świat.

Obecnie cały świat zużywa rocznie około 500 miliardów miliardów (czyli 500 trylionów) dżuli (500•1018 dżuli). Golfsztrom niesie 100 tryliardów (100•1021) dżuli.  Tak więc Golfsztrom niesie 100•1021/ 500•1018 = 100•1000/500 = 200. Tyle razy więcej ciepła niesie Golfsztrom niż zużywa świat.

Ilość energii cieplnej potrzebnej do wyparowania 1 kg wody (czyli warstwy wody o grubości 1 mm z jednego metra kwadratowego) wynosi 2 450 000 dżuli w temperaturze około 20°C.

ilość energii potrzebnej do wyparowania wody w temperaturze 20 stopni wynosi 2,45 GJ

Ta sama ilość energii wystarcza do ogrzania 100 mm warstwy wody na powierzchni 1 metra kwadratowego o 6°C, oraz do ogrzania 33 metrowej warstwy powietrza o 60°C.

Ta właściwość wody — najwyższe utajone ciepło parowania — decyduje o tym, że woda spełnia niezwykle ważną rolę nie tylko w gospodarce cieplnej organizmów żywych ale także w atmosferze.

Rocznie z powierzchni ziemi wyparowuje 577 km³ wody, czyli  warstwa wody o grubości 113 cm, transportując z powierzchni Ziemi do atmosfery 1414 trylionów dżuli (1414•1018).  Jest to prawie 3 razy więcej energii cieplnej niż niesie Golfsztrom (patrz wyżej). Dzięki tej roli wody tereny bogate w wodę nigdy nie nagrzewają się tak mocno, jak tereny suche (pustynie), a klimat na takich obszarach jest łagodny — nie ma wielkich wahań temperatury.

Pogoda
Odwiedź Łysy Młyn!
Wirtualna wycieczka po Łysym Młynie