Другой метод исследования структуры – нейтронная дифракция на кристаллах воды осуществляется точно также, как и рентгеновская дифракция. Однако из-за того, что длины нейтронного рассеяния различаются у разных атомов не столь сильно, метод изоморфного замещения становится неприемлемым. На практике обычно работают с кристаллом, у которого молекулярная структура уже приблизительно установлена другими методами. Затем для этого кристалла измеряют интенсивности нейтронной дифракции. По этим результатам проводят преобразование Фурье, в ходе которого используют измеренные нейтронные интенсивности и фазы, вычисляемые с учётом неводородных атомов, т.е. атомов кислорода, положение которых в модели структуры известно. Затем на полученной таким образом фурье-карте атомы водорода и дейтерия представлены с гораздо большими весами, чем на карте электронной плотности, т.к. вклад этих атомов в нейтронное рассеяние очень большой. По этой карте плотности можно, например, определить положения атомов водорода (отрицательная плотность) и дейтерия (положительная плотность).
Возможна разновидность этого метода, которая состоит в том, что кристалл образовавшийся в воде, перед измерениями выдерживают в тяжёлой воде. В этом случае нейтронная дифракция не только позволяет установить, где расположены атомы водорода, но и выявляет те из них, способные обмениваться на дейтерий, что особенно важно при изучение изотопного (H-D)-обмена. Подобная информация помогает подтвердить правильность установления структуры.
Другие методы также позволяют изучать динамику молекул воды. Это эксперименты по квазиупругому рассеянию нейтронов, сверхбыстрой ИК-спектроскопии и изучение диффузии воды с помощью ЯМР или меченых атомов дейтерия. Метод ЯМР-спектроскопии основан на том, что ядро атома водорода имеет магнитный момент — спин, взаимодействующий с магнитными полями, постоянными и переменными. По спектру ЯМР можно судить о том, в каком окружении эти атомы и ядра находятся, получая, таким образом, информацию о структуре молекулы.
Для анализа структуры воды выбираются три параметра:
- степень отклонения локального окружения молекулы от вершин правильного тетраэдра;
-потенциальная энергия молекул;
-объём так называемого многогранника Вороного.
Итак, среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоемкостью. Это ее качество оказывает существенное влияние на климат. Основным терморегулятором климата являются воды океанов и морей: накапливая тепло летом, они отдают его зимой. Отсутствие водоемов на местности обычно приводит к образованию резко континентального климата. Благодаря влиянию океанов на значительной части Земного пара обеспечивается перевес осадков на суше над испарением, и организмы растений и животных получают нужное им для жизни, количество воды. Водная и воздушная оболочки Земного шара постоянно обмениваются углекислотой с горными породами, растительным и животным миром, что также способствует стабилизации климата.
2. Вода, дарующая жизнь
2.1 Вода и жизнь. Вода и здоровье
Питьевая вода - важнейший фактор здоровья человека. Практически все ее источники подвергаются антропогенному и техногенному воздействию разной интенсивности. Санитарное состояние большей части открытых водоемов России в последние годы улучшилось из-за уменьшения сброса стоков промышленных предприятий, но все еще остается тревожным.
Приведенные данные свидетельствуют об ухудшении качества воды с 1995 г. и о том, что в ряде регионов уровень химического и микробиологического загрязнения водоемов остается высоким, в основном из-за сброса неочищенных производственных и бытовых стоков (Архангельская, Ивановская, Кемеровская, Кировская, Рязанская области).
В стране 10 138 коммунальных и 53 506 ведомственных водопроводов, в том числе с водозабором из поверхностных водоемов соответственно 1036 и 1275. Они обеспечивают в основном крупные города и подают 68% водопроводной воды. Остальные питаются от подземных источников.
Состояние водных объектов города Рязани.
Наблюдения за состоянием водных ресурсов и объектов на территории области включают в себя наблюдения за гидрологическим режимом водных объектов, наблюдения и контроль гидрохимических показателей поверхностных вод, контроль санитарного состояния водных объектов.
Систематические наблюдения за гидрологическим режимом водных объектов осуществляются Рязанским областным центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ЦГСМ) на сети из 16 действующих гидрологических постов: 8 постов уровневых, 8 - стоковых. Наблюдения и контроль гидрохимических показателей поверхностных вод суши проводится сетью Рязанского ЦГСМ в 13 створах. В черте города Рязани расположены 3 створа на реках: Ока (2 створа), Трубеж (1 створ).
Государственная санитарно-эпидемиологическая служба области в 2001 году продолжала осуществлять лабораторный контроль за качеством воды, подаваемой населению области, и состоянием водных объектов.
В 2006 году госсанэпидслужбой области контроль за качеством осуществлялся в 125 створах наблюдения, в т.ч. за р. Окой, как водоемом 1 категории водопользования, в 9 постоянных створах.
Одним из основных факторов, влияющих на состояние водного объекта, является качество сосредоточенных сбросов сточных вод в водные объекты.
В 2006 г. в бассейн Оки на территории Рязанской области отведено 136,14 млн. куб. м сточных вод, требующих очистки, что составляет 71% от общего водоотведения в водные объекты (в 2000г. - 74%).
При этом сброшено 32,2 тыс. тонн загрязняющих веществ (в 2000г. - 31,3). Количество основных загрязняющих веществ - сульфатов, нитритов, взвешенных веществ осталось на уровне 2000г. (96-102% к 2000г.). Масса сброса хлоридов и нитратов увеличилась на 15 и 7% соответственно. Масса сброса нефтепродуктов, азота аммонийного, фосфора, жиров уменьшилась на 33, 14, 11, 46% соответственно.
Информация, содержащаяся в форме 2-ТП (водхоз), не позволяет достоверно оценить фактическое поступление специфических загрязнителей (тяжелые металлы, нефтепродукты и др.) в водные объекты.
Реки Трубеж и Листвянка (протекают в черте г. Рязани) являются природными коллекторами сточных вод и загрязняющих веществ (ЗВ) в р. Ока. На две реки приходится около 80% от общего объема стоков, требующих очистки, по бассейну Оки.
В 2006 г. в р. Листвянка и далее в р. Ока сброшено 103,7 млн. куб. м нормативно очищенных вод, или 76% от общего объема сбросов, требующих очистки, по области.
Степень загрязненности сточных вод бассейна Листвянки незначительная, что обусловило сохранение качества воды р. Ока после впадения р. Листвянки на уровне фона.
В р. Трубеж сброшено 2,4 млн. куб. м или всего 1,8% от общего объема сбросов, требующих очистки, по области. Однако степень загрязненности сточных вод очень сильная, что обусловило поступление в р. Ока значительного количества ЗВ. Доля загрязняющих веществ от общего количества ЗВ, сброшенных в бассейн Оки, составила: азот аммонийный - 30, СПАВ - 60, меди и железа - 20-25, жиров и хрома - 98-100%.
В 2006 г. степень загрязненности бассейна р. Оки сточными водами сохраняется на уровне 1995-2000 гг. Относительная многоводность реки (расход реки более чем в 200 раз превышает расход сточных вод) является предпосылкой сохранения качества окской воды в пределах Ш класса умеренно загрязненных вод.
Санитарное состояние реки оценивалось на соответствие нормативам для воды водных объектов рыбохозяйственного назначения и нормативам СанПиН 2.1.5.980-00 по следующим 32 показателям: температура, цветность, прозрачность, рН, растворенный кислород, окисляемость, БПК5, жесткость, гидрокарбонат-ион, сухой остаток, хлориды, сульфаты, фосфаты, взвешенные вещества, ионы аммония, нитриты, нитраты, железо общее, марганец, медь, цинк, хром, никель, свинец, кремний, кальций, магний, нефтепродукты, фенолы, СПАВ, метанол, формальдегид.
В апреле 2006 г. в 6 обследованных точках выявлено несоответствие качества воды нормативным требованиям для водных объектов рыбохозяйственного назначения по 13 показателям из 32: взвешенные вещества, цветность, ион аммония, нитриты, БПК5, ХПК, фосфаты, нефтепродукты, фенолы, железо, СПАВ, марганец, медь, кремний. Максимальное превышение норматива ПДК обнаружено:
- по взвешенным веществам (7,6 ПДК), иону аммония (3,8 ПДК), нитратам (3,1 ПДК), фенолам (2 ПДК), марганцу (16 ПДК) в створе Кузьминского гидроузла;
- по цветности (3,4 ПДК), БПК5 (1,8 ПДК), кремнию (10 ПДК) в створе выше г. Рязань (13 км);
- по нефтепродуктам (8 ПДК), железу (10 ПДК), меди (4 ПДК) в створе г. Рязань;
- по ХПК (6 ПДК), фосфатам (1,3 ПДК), меди (4 ПДК) в створе ниже г. Рязань (21км).
Максимальное превышение норматива СанПиН обнаружено:
по фенолам (2 ПДК), взвешенным веществам (7,6 ПДК) в створе Кузьминского гидроузла;
по БПК5 (1,8 ПДК) и цветности (3,4 ПДК) в створе выше г. Рязань (13 км);
по железу (3,3 ПДК) в створе г. Рязань;
по ХПК (6 ПДК) в створе ниже г. Рязань (21 км).
Анализ полученных результатов показывает, что качество воды р. Ока по всем характерным для поверхностных вод показателям было на уровне аналогичного периода в 2006 г. Характерными загрязняющими веществами, по-прежнему, являлись аммонийный и нитритный азот, железо, медь, марганец, легкоокисляющиеся вещества по БПК5, нефтепродукты.
Г. Рязань забирает из природных водных объектов 122,2 млн. м3, из них на хозяйственно-питьевые нужды - 62,24 м3, на производственные нужды - 58,62 3, на орошение сельскохозяйственных угодий - 0,01 м3, на сельскохозяйственное водоснабжение - 0,53 м3, на прочие нужды - 0,81 м3.