Woda i powietrze są jednymi z podstawowych zasobów naturalnych. Bez nich niemożliwe byłoby występowanie życia na ziemi.
Woda jest źródłem życia. Nie należy bowiem zapominać, że życie rozwinęło się właśnie w wodzie, w pierwotnym oceanie, gdzie woda stanowiła barierę ochroną przed szkodliwym promieniowanie ultrafioletowym. Każda żywa komórka składa się z wody, a rozmnażanie organizmów jest ściśle związane ze środowiskiem wodnym. Nawet organizmy żyjące na lądzie wytwarzają wewnątrz jaja czy łożyska środowisko niezwykle wilgotne.
Każdy żywy organizm uczestniczy w obiegu wody na ziemi. Sole mineralne zostają wypłukane z gleby i skał i są wykorzystywane przez organizmy żywe. Obliczenia wskazują, że na kuli ziemskiej występuje 1500 mln km3 wody!
Wody śródlądowe stanowią zaledwie 5% zasobów wodnych na kuli ziemskiej, a reszta, czyli 95% stanowią morza i oceany. Lodowce polarne związały 2% światowych zasobów wody, co jednak jest wystarczające do podniesienia poziomu światowego i oceanów o kilka metrów mórz (w przypadku całkowitego uwolnienia zalegającej wody) . Wody śródlądowe to wody słodkie. Składają się na nie rzeki, jeziora i warstwy wodonośne. Pozostała ilość wody na globie jest słona.
W obieg wody w przyrodzie włączone jest także powietrze, ponieważ zawiera ona jej niewielkie ilości w postaci pary wodnej.
Obieg wody w przyrodzie jest zamknięty. Woda parując przedostaje się do atmosfery, następnie ulega skropieniu i wraca na powierzchnię ziemi w postaci opadów. Te z kolei wsiąkają w skały, glebę lub spływają do morza. Ponownie następuje parowanie wody i następuje zamknięcie obiegu.
Wody podziemne są oczyszczane w naturalny sposób, dlatego są jednym z naszych najcenniejszych zasobów na ziemi. Zasoby tej wody są ograniczone, dlatego niezwykle istotne staje się mądre i racjonalne zarządzanie wodą słodką, ponieważ stanowi ona podstawę naszej przyszłej egzystencji, a jej zasoby są ograniczone.
Na ziemi wodę spotyka się głównie w stanie ciekłym, w postaci mórz i oceanów, rzek i jezior oraz wód gruntowych. Jak już zostało powiedziane, 2% zasobów globalnych wody stanowią lodowce polarne, a więc woda w postaci stałej. Poza lodowcami wodę w stanie stałym spotyka się w postaci lodu, śniegu czy szronu. Cały kontynent - Antarktyda jest lądolodem pokrytym olbrzymią warstwą wiecznego śniegu. Z kolei Arktyka, czyli biegun północnym to olbrzymi lodowiec. Także na innych kontynentach spotyka się olbrzymie pokrywy lodu i śniegu. Między innymi północne obszary Azji pokryte są przez wieczną zmarzlinę, podobnie wygląda sprawa w Ameryce Północnej. Poza wodą w stanie stałym zawierają one także wodę ciekłą. W wysokich górach, powyżej pewnej granicy występuje wieczny śnieg. Granica ta nazywana jest nawet granicą wiecznych śniegów. W Polsce woda w stanie stałym występuje w postaci opadów śniegu w zimie i zamarzniętej wody w jeziorach i rzekach.
Woda to nic innego, jak H20. Jest to prosty związek chemiczny powstały z połączenia dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Tlen jest pierwiastkiem dwuwartościowym, dlatego łączy dwa atomy wodoru, które są jednowartościowe. Wiązanie jest utworzone przez dwa elektrony - po jednym od każdego z pierwiastków, a więc jeden elektron w wiązaniu pochodzi od tlenu, drugi elektron pochodzi od wodoru. Identycznie sytuacja wygląda przy drugim wiązaniu.
Ilość wody w przyrodzie nie zmienia się, ponieważ obieg wody jest zamknięty. Jest to możliwe dzięki występowaniu wody w trzech stanach skupienia. Parowanie odbywa się z powierzchni wód, gleby, organizmów żywych, w szczególności roślin (proces transpiracji). Para wodna trafia do atmosfery, gdzie następuje jej skroplenie, w postaci opadów. Część wód z opadów wyparowuje, część spływa do cieków wodnych, a pozostała ilość wsiąka w grunt. Zostają w ten sposób zasilone wody gruntowe, a gleba staje się bardziej wilgotna.
Organizmy żywe zawierają w sobie bardzo duże ilości wody. U roślin lądowych ilość ta może dochodzić nawet do 90%, a u zwierząt do 80%. Organizm człowieka zbudowany jest w 65% z wody, a mózg nawet w 80%. Żywy organizm, jeśli zostanie pozbawiony wody, zginie. Woda, jest to bardzo prosty związek chemiczny, jednak niezbędny dla życia.
U człowieka woda zawarta jest w szczególności w tkankach i płynach ustrojowych. Wydalana zostaje poprzez mocz, pot oraz w postaci pary wodnej w czasie oddychania. Dlatego niezwykle istotne jest stałe uzupełnianie płynów. W ciągu dnia przeciętnie spożywa się około 3 litrów wody, pod różnymi postaciami. Można tu wymienić napoje, a także wodę zawartą w pokarmach i posiłkach (zupy, sosy czy nawet chleb). Człowiek pozbawiony wody umiera po kilku dniach, podczas gdy bez pożywienia jest w stanie przeżyć kilkadziesiąt dni.
Nawet w literaturze znajduje się pochlebne opinie o wodzie. Jedna z nich została napisana przez francuskiego lotnika i pisarza - Antoine de Saint Exupery'ego, który w swojej książce "Ziemia, planeta ludzi" przestawia własne przeżycia związane z rozbiciem jego samolotu na Saharze. Pisarz i jego kolega posiadali jedynie dwie pomarańcze i nieco kawy. W ciągu dnia odchodzili na odległość wielu kilometrów w poszukiwaniu oazy, jednak bezskutecznie. Rano, kiedy rosa zbierała się na powierzchni wraku samolotu, próbowali ją zbierać. Miała ona ohydny smak smaru i olejów, które się w niej rozpuszczały. Dopiero po pięciu dniach, kiedy byli już u granic wytrzymałości, spotkali karawanę Beduinów. W swojej książce autor umieścił piękne słowa wychwalające wodę:
" (...)Wodo, nie masz ani smaku, ani koloru, ani zapachu, nie można ciebie opisać, pije się ciebie nie znając ciebie. Nie jesteś niezbędna do życia, jesteś samym życiem ... Jesteś największym bogactwem, jakie istnieje na świecie. Jesteś największą czułością, ty jakże czysta w trzewiach ziemi. Można umrzeć o krok od słonego jeziora. Można umrzeć mimo dwóch litrów rosy, jeśli rozpuściły się w niej sole. Czysta, nie zgadzasz się na żadną mieszaninę, nieskazitelna, nie zniesiesz żadnego fuszerstwa, jeśli obraźliwym bóstwem ... Ale obdarzasz nas szczęściem nieskończenie prostym. (...)".
Niestety w dzisiejszych czasach niezwykle trudno znaleźć czystą wodę. Rzeki i jeziora są traktowane jak ściekowiska, do których można wlać wszelkie ścieki i odpady. Dodatkowo nawozy obficie stosowane na polach przez rolników są wymywane do rzek i jezior w czasie deszczów. Powoduje to zanieczyszczenie wód w toksyczne i niebezpieczne dla zdrowia związki, co powoduje wymieranie życia w środowiskach wodnych.
Środowisko wodne jest nie tylko wrażliwe na zanieczyszczenia, ale także na zmiany temperatury. Więc jeśli z systemów chłodniczych wraca do środowiska czysta woda, ale podgrzana, także zaburza ona naturalną równowagę ekosystemu wodnego. Może to grozić także zanieczyszczeniem wody pitnej, co grozi jej brakiem. Postępująca degradacja środowiska wodnego spowodowała, że brakuje wód źródlanych i gruntowych. Zaczęto więc wykorzystywać wodę rzek i strumieni. Wszystko było w porządku, dopóki były one czyste. Jednak rośliny i zwierzęta żyjące w wodzie zaczęły zostawać usuwane, a stanowiły one naturalny filtr wodny. Zaburzenie tej naturalnej równowagi powoduje brak samooczyszczania wód, co z kolei prowadzi do śmierci kolejnych organizmów. Zaczęto więc sztucznie oczyszczać wodę przez 3-stopniowy proces. W pierwszy etapie następuje mechaniczne oczyszczenie. Woda zostaje przepuszczona przez sitka zatrzymujące duże przedmioty, takie jak puszki czy szmaty. Stosuje się w tym etapie także piasek i węgiel drzewnym, jako filtratory. Drugi etap polega na biologicznym oczyszczeniu wody. Do zbiornika z brudną wodą zostają zaszczepione mikroorganizmy rozkładające zanieczyszczenia, zarówno organiczne, jak i nieorganiczne. Trzeci stopień to oczyszczanie chemiczne. Jest ono wykorzystywane, jeśli w wodzie znajdują się w dalszym ciągu szkodliwe czy wręcz trujące substancje, które nie zostały unieszkodliwione przez mikroorganizmy. Taka oczyszczalnia umożliwia uzyskanie wody pitnej. W dzisiejszych czasach jedynie wody źródlane i górskie odcinki niektórych rzek nadają się do bezpośredniego wykorzystania jako woda pitna.
Zanieczyszczenia zasadniczo można podzielić na trzy grupy: zanieczyszczenia komunalne, zanieczyszczenia przemysłowe i zanieczyszczenia rolne. Pierwszą grupę stanowią ścieki bytowe i inne, powstające w wyniku egzystencji człowieka. Są to więc wszelkie odpady powstałe w gospodarstwach domowych, a także tych zakładach przemysłowych, które nie wymagają specjalnego systemu oczyszczania ścieków i odprowadzania odpadów. Ścieki komunalne mogą więc zawierać różnorodne substancje chemiczne, co jest spowodowane brakiem kontroli substancji wlewanych do zlewów. Zawartość wody w ściekach jest bardzo duża i dochodzi nawet do 99,9%. Same zanieczyszczenia są więc ułamkiem objętości ścieków, a mimo to uniemożliwiają rozwój życia i wykorzystanie takiej wody. Zanieczyszczenia komunalne to w większości związki organiczne, zwłaszcza z grupy tłuszczy, białek i cukrów. Te związki są rozkładane w czasie oczyszczania biologicznego przy współudziale mikroorganizmów. Nieprzyjemny zapach jest spowodowany naturalnymi procesami gnilnymi zachodzącymi w ściekach. Jeśli procesy te zachodzą intensywnie, grozi to odcięciem tlenu w rzekach, do których zostają odprowadzone ścieki. Spadek zawartości tlenu w wodzie skutkuje rzecz jasna zamieraniem w niej wszelkiego życia. Ścieki mogą też zawierać zawiesiny, czyli drobne ciała stałe zawieszone w gęstej cieczy. W ciągu ostatnich lat, kiedy rozpowszechniło się stosowanie detergentów do prania i mycia, wzrasta ich zawartość w wodach ściekowych. Detergenty charakteryzują się tym, że są związkami powierzchniowo czynnymi, co powoduje wymycie powłoczek ochronnych wielki organizmów. Skutkuje to oczywiście zamieraniem życia w wodach. Ścieki komunalne są także w większym stopniu niż pozostałe rodzaje ścieków narażone na rozwój wirusów i bakterii chorobotwórczych. Można tu wymienić między innymi pałeczkę okrężnicy (Escherichia Coli), która wskazuje na obecność w ściekach składników powodujących takie choroby, jak tyfus czy dur brzuszny.
Zanieczyszczenia przemysłowe pochodzą bezpośrednią ze ścieków przemysłowych albo z atmosfery w postaci zanieczyszczeń powietrza. Ta druga grupa może obejmować pyły czy nieorganiczne lub organiczne zanieczyszczenia powietrza. W miejscach występowania kopalni węgla odnotowuje się wyższe stężenia pyłów węglowych, które osiadając na dnie przyczyniają się do wypłycenia rzek i wpływają na modyfikację struktury dna cieków wodnych. Inne zawiesiny mineralne mają podobne skutki. Nieorganicznymi zanieczyszczeniami, które są rozpuszczalne w wodzie, są sole mineralne modyfikujące charakter chemiczny wody. Z kolei na zasolenie wód wpływa emisja dwutlenku węgla oraz związków siarki do atmosfery. Związki siarki i dwutlenek węgla w wyższych warstwach atmosfery reagują z zawartą tam parą wodną tworząc odpowiednio kwas siarkowy i kwas węglanowy. Spadają one na ziemię w postaci tak zwanych kwaśnych deszczów. W ten sposób gleba i woda zostaje zakwaszone. Kwas siarkowy zostaje przeprowadzony w siarczan. Inne sole są emitowane przez przemysł chemiczny czy górnictwo. Najniebezpieczniejsze są tak zwane metale ciężkie. Należą do nich ołów, miedź czy rtęć. Działają one zabójczo na organizmy. Zanieczyszczenia organiczne zostają wytworzone w procesie produkcji różnorodnych mas plastycznych (w przemyśle gumowym) czy w trakcie rafinacji ropy naftowej. Z chemiczne punktu widzenia są to najczęściej węglowodany. Z kolei fenole (substancje bardzo silnie toksyczne i powodujące trudno leczące się poparzenia skóry) zostają wytworzone w szczególności przez Gazownie, destylarnie smoły, przemysł naftowy, wytwórnie barwników i tworzyw sztucznych. Odpady z gorzelni, browarów, cukrowni czy nawet przemysłu mięsnego także stanowią zanieczyszczenia. Jak już zostało wspomniane, szczególnym rodzajem zanieczyszczeń jest wprowadzanie do środowiska wód o wyższej niż normalnie temperaturze. Najczęściej są to wody, które wracają z obiegu chłodzenia w procesach przemysłowych. Wysoka temperatura skutkuje podwyższeniem średniej temperatury jezior i rzek, co powoduje zmianę warunków środowiska wodnego i zmianę flory i fauny danego ekosystemu. Szczególnym przypadkiem zanieczyszczeń są na przykład wycieki ropy naftowej na morzach czy oceanach. Działa to destruktywnie także na te zbiorniki wodne.
Zanieczyszczenia rolne są związane ze zbyt obfitym stosowaniem nawozów sztucznych i środków ochrony roślin. W czasie opadów są one bowiem wypłukiwane do zbiorników wodnych i rzek. Z drugiej strony poważnym zanieczyszczeniem mogą być także ścieki związane z intensywną hodowlą zwierząt. Przyczyną jest stosowanie bezściółkowej hodowli bydła czy trzody chlewnej na olbrzymich fermach hodowlanych, co powoduje gromadzenie się dużych ilości niezwykle stężonych zanieczyszczeń biologicznych. Jeśli chodzi o nawozy, to najczęściej stosuje się nawozy azotowe, fosforowe i potasowe. Ważnym źródłem zanieczyszczeń rolnych są także pestycydy. Środki te po przedostaniu się do wód powodują "użyźnienie" wody i bardzo obfity rozwój wodnej flory. Nadmierna produkcja roślin w środowisku wodnym w prosty sposób prowadzi do zarastania jezior i odcinania dopływu tlenu do wody. Powoduje to oczywiście śmierć innych organizmów, w szczególności zwierzęcych.
Do tej pory wzrost ekonomiczny odbywał się wszelkim kosztem. Teraz konieczne jest podjęcie decyzji co jest ważniejsze - wzrost gospodarczy czy ochrona zdrowia i środowiska człowieka. Współcześnie coraz szersze poparcie uzyskują politycy z partii "zielonych", którzy perswadują zrównoważony ekologicznie rozwój gospodarczy. Można więc wysnuć przypuszczenie, że w przyszłości świat stawi czoła ekologicznym zagrożeniom i problemom, ponieważ samo dostrzeżenie problemu to już zbyt mało. Konieczne jest podjęcie zdecydowanych kroków.
Powietrze jest mieszaniną gazów otaczających kulę ziemską. 78% jego objętości stanowi azot (N2), a 21% tlen (O2). Pozostała część to dwutlenek węgla, argon i śladowe ilości innych gazów, takich, jak neon, hel, krypton, ksenon i wodór. Zmiennym składnikiem powietrza jest para wodna, silnie uzależniona od warunków klimatycznych i atmosferycznych. Przedstawiona wyżej struktura powietrza utrzymuje się na przestrzeni od poziomu morza, aż do wysokości 80 kilometrów ponad powierzchnią ziemi. Zmienia się jedynie zawartość pary wodnej oraz aerozoli atmosferycznych, które spotykane są głównie bliżej ziemi. Połowa pary wodnej, którą jest przesycone powietrze atmosferyczne, znajduje się poniżej wysokości 1,5 kilometra nad powierzchnią ziemi. Jest jeszcze tzw. warstwa ozonowa, czyli pas zwiększonego stężenia ozonu na wysokości 20 - 30 kilometrów ponad powierzchnią ziemi. Po przekroczeniu granicy 80 kilometrów powietrze jest bardziej rozrzedzone, a elementy składowe zostają przekształcane w wyniku reakcji chemicznych przebiegających pod wpływem krótkofalowego promieniowania słonecznego i promieniowania kosmicznego. Zachodzą tu procesy dysocjacji cząsteczek, ich jonizacji, a także przebiegają reakcje fotochemiczne.
Powietrze wywiera ciśnienie na powierzchnię ziemi (ciśnienie atmosferyczne). To w takich warunkach wykształciło się życie i zachodzą szeroko pojęte reakcje utleniania i redukcji.
Powietrze jest też wykorzystywane w przemyśle azotowym, a także w procesach grzewczych jako nośnik ciepła lub masy. Stosuje się je także do chłodzenia, suszenia czy nawilżania. W maszynach pneumatycznych montuje się mechanizmy poruszane siłą sprężonego powietrza.
Co zapewne zaciekawi czytelników, powietrze można skroplić! Po raz pierwszy udało się to w 1883 roku panu Z. Wróblewskiemu i K. Olszewskiemu. Skroplone powietrze jest błękitną, ruchliwą cieczą i wykorzystywane jest to otrzymywania tlenu, azotu, gazów szlachetnych, a także do wytwarzania niskich temperatur.
Przestrzenne rozmieszczenie poszczególnych składników powietrze jest bardzo zróżnicowane, co jest spowodowane głównie emisją różnych zanieczyszczeń do atmosfery. Jest to szczególnie istotny problem w miastach, gdzie kumulują się zanieczyszczenia, zmienia się klimat i roślinność, co z kolei negatywnie wpływa na zdrowie człowieka i stan środowiska naturalnego. Zakłady przemysłowe, nasilony ruch samochodowy a także liczne źródła emitujące energię powodują gromadzenie się w atmosferze szkodliwych czy wręcz trujących substancji. Oczywistym przejawem zanieczyszczeń powietrza jest smog oraz osadzanie się pyłów i sadzy na budynkach i innych.
Oczywiście powyższe wyliczenia dotyczyły normalnej pracy zakładów przemysłowych. A przecież nie zawsze tak jest. Zdarzają się czasami poważne awarie, które zatruwają środowisko naturalne w skali globalnej! Takie awarie mogą prowadzić wręcz do katastrof ekologicznych. Poza oddziaływaniem na środowisko naturalne, wszelkie zanieczyszczenia oddziałują też na organizm człowieka. Gromadzenie się w tkankach np. metali ciężkich może być przyczyną lub czynnikiem stymulującym do rozwoju nowotworów.
Dlatego coraz częściej podejmuje się międzynarodowe działania mające na celu ochronę wspólnych zasobów naturalnych - wody i powietrza. Oby były one coraz skuteczniejsze i na coraz większą skalę. Konieczne jest także edukowanie społeczeństwa, które przecież nie pozostaje bez wpływu na globalny stan środowiska.
