Vesi

Vesi (divetymonoksidi, tunnetaan myös hydridi-nimellä oksidaani, H₂O) on huoneenlämmössä nesteenä esiintyvä kemiallinen yhdiste. Kaikki maapallolla oleva vesi lienee peräisin vuosimiljoonien aikana planeettaan törmänneistä komeetoista ja tulivuorten purkauksista. Vettä on saatavilla lähes kaikkialla maapallolla, ja se on kaiken tunnetun elämän perusehto.

Vesi on hajutonta ja mautonta ja väriltään hyvin heikosti sinistä ja läpinäkyvää.

Kemialliset ominaisuudet

Vesi esiintyy luonnossa kolmessa olomuodossa: nesteenä, kiinteänä (jää) ja kaasuna (vesihöyry). Kiinteässä olomuodossa vesi on jäätä ja kaasuna vesihöyryä. Vesi voi esiintyä kaikissa kolmessa olomuodossaan erityisessä [kolmoispisteessä (273,16 K; 6 mbar), joka toimii myös celsius- ja kelvin-asteikkojen määritelmänä. Vesi on myös ainoa aine, joka esiintyy Maan luonnonoloissa kaikissa kolmessa olomuodossa. Vesimolekyyli on dipoli-dipolisidos|dipolinen. Koska molekyylin happiatomilla on suurempi elektronegatiivisuus, sen puoli molekyylistä saa negatiivisen osittaisvarauksen. Tämä johtaa molekyylien välisiin vetysidoksiin, jotka aiheuttavat vedelle sen suhteellisen korkean kiehumispisteen. Samasta syystä veden tiheys jäätyessä poikkeuksellisesti laskee, mikä mahdollistaa eliöiden selviytymisen järvissä ja merissä talvella, sillä jää kelluu veden pinnalla muodostaen huonosti lämpöä johtavan eristekerroksen. Näin vedet eivät koskaan jäädy pohjaan saakka. Samoin veden poikkeuksellinen lämpölaajeneminen mahdollistaa elämälle välttämättömät vesistöjen syksyiset ja keväiset täyskierrot. Vesi on tiheimmillään 4 celsiusasteessa.

Vesi on hyvä liuotin, mikä on elintärkeää monille biologisille prosesseille soluissa. Veden vetysidokset aiheuttavat myös pintajännityksen, joka on elintärkeää maasta vettä imeville puille. Puhdas vesi ei johda sähköä mainittavasti, mutta veteen liuenneet aineet (erityisesti suolat) parantavat veden johtavuutta huomattavasti. Valo läpäisee vettä hyvin, eikä vesikasvien yhteyttäminen ilman tätä ominaisuutta onnistuisikaan.

Fysikaaliset ominaisuudet

Vedellä on suhteellisen suuri lämmönvarauskyky. Siksi sitä käytetään mm. lämpöä kuljettavana nesteenä erilaisissa lämmitys- ja lämmönvarausjärjestelmissä.

• ominaislämpökapasiteetti: neste 4186 J/(K·kg), kiinteä (jää 0 °C) 2060 J/(K·kg)
• sulamislämpö: 333 kJ/kg (0 °C)
• höyrystymislämpö: 2260 kJ/kg (100 °C)
• tiheys: 4 °C 1000 kg/m³ = 1,000 kg/l = 1,000 g/cm³, muissa lämpötiloissa veden tiheys on vähäisempi
• kolmoispiste: lämpötila: 273,16 K (0,01 °C), paine: 611,73 Pa (noin 0,006 bar).

Vesi luonnonvarana

Nimenomaan makea vesi eli suolaa sisältämätön vesi on elämän elinehto. Maapallon vesivaroista 97 prosenttia on suolaista merivettä. Jäljelle jäävää kolmea prosenttia edustavasta makeasta vedestä puolestaan suurin osa on vaikeasti käytettävissä jäätiköissä (77 %) tai maa- ja kallioperässä (22 %). Vain noin 1 % maailman makeasta vedestä on helposti hyödynnettävissä järvissä, joissa ja tekoaltaissa: se tarkoittaa minimaalista 0,036 prosentin osuutta maapallon kaikesta vedestä. Vain 0,001 % vedestämme leijuu vesihöyrynä pilvissä.

Teollisuusmaiden kotitalouksissa vettä käytetään keskimäärin 250 litraa/henkilö/päivä, kun taas teollisuudessa vettä käytetään keskimäärin 1500 litraa/henkilö/päivä. Kuivilla ja kuumilla alueilla vettä käytetään maanviljelyyn päivässä useita tuhansia litroja per henkilö. Keskimäärin 74 % vesivaroista käytetään kasteluun – kehitysmaissa kastelun osuus saattaa olla kuitenkin jopa noin 90 % vedenkäytöstä. Vesivoiman tuotanto nielee maailmassa 18 % ja kotitalouskäyttö 8 % varannoista.

Suomi on veden kannalta hyvin poikkeuksellinen maa, sillä Suomessa on erittäin paljon järviä, joten juomavettä voidaan käyttää katujen pesuun. On sanottu, että monissa muissa maissa juomavedestä on pulaa, ja kadut tulisi pestä muulla vedellä. Kuitenkin se vaatisi toisen vesiverkoston rakentamista eikä käyttämätön vesi siltikään varastoidu mihinkään, vaan päätyy lopulta mereen tai haihtuu ilmaan.

Vesi on joillakin alueilla maapallolla rajallinen luonnonvara. Vesi voi johtaa sotiin kyseisillä alueilla. Eräs tunnettu vesikiista on Turkin ja Syyrian välillä.

Virtuaalivesi

Brittiläinen professori John Anthony Allan on luonut virtuaaliveden käsitteen. Sen tarkoitus on havainnollistaa ruoan mukana tuhlaantuvan veden määrää. Hän arvioi kupillisen kahvia vaativan 140 litraa vettä, kun taas juustokilon tuottaminen vie 5 000 ja naudanlihakilon jo 15 000 litraa vettä. Maailman luonnonsäätiö on arvioinut, että britit käyttävät hanavettä henkilöä kohden noin 150 litraa päivässä, mutta virtuaalista vettä 30-kertaisen määrän ruoan, vaatteiden ja muiden kulutustavaroiden kautta.

Vesi ja ihminen

Fysiologinen merkitys

Vesi on ihmiselle elintärkeä luonnonvara. Ihminen on noin 62-prosenttisesti vettä, ja jo muutaman prosentin nestehukka heikentää työkykyä merkittävästi. Kahdenkymmenen prosentin vajaus johtaa kuolemaan. Ilman vettä ei voida tuottaa ruokaa, ei pyörittää teollisuutta tai energiantuotantoa. Koska vettä poistuu ihmisessä monella tavalla, ihminen tarvitsee elääkseen jatkuvasti merkittäviä määriä vettä.

Ihminen kuolee ensimmäisenä hapenpuutteeseen (minuuteissa), sitten vedenpuutteeseen (vuorokausia) ja ravinnonpuutteeseen vasta viikkojen tai kuukausien jälkeen.

Veden haihtuminen vaatii paljon energiaa, ja käytännössä viilentää ihmisen ruumista. Tämän voi todeta itsekin helposti: nuolaise kämmenselkää ja puhalla siihen. Tämä on yksi hikoilun ja karvattomuuden etu.

Kulttuurimerkitys

Maanviljelyssä vesi tuli erityisen tärkeään asemaan, sitä tarvittiin juomiseen ja ruuanlaittoon verrattuna valtavia määriä. Makeaa vettä on saatavilla suuria määriä suurien jokien alueilla (Niili, Eufrat, Huang Ho eli Keltainenjoki). Ne synnyttivät ensimmäiset suuret kulttuurit.

Myös veden kyky sammuttaa tuli on tehnyt vedestä tärkeän.

Vettä pidettiin vuosisatojen ajan yhtenä klassisista alkuaineista. Vasta 1700-luvulla Henry Cavendish havaitsi, että vedyn palaessa syntyy vettä. Tämä osoitti että vesi ei ole alkuaine vaan vedyn ja hapen kemiallinen yhdiste.

Energiakäyttö

Virtaavia vesiä on pitkään valjastettu voimantuotantoon. Kuitenkin vasta teollisena aikana tämä energiantuottotapa nousi merkittävään asemaan patojen ja vesivoimaloiden rakentamisen myötä.

Tulevaisuudessa kyky tuottaa hallittua energiaa ydinfuusion avulla antaisi vedelle vielä uuden merkityksen. Se tekisi valtameristä käytännössä rajattoman energianlähteen ihmiselle.

Katso myös

• Jää

Aiheesta muualla

• Anniina Wallius: Elämä vaatii vettä (YLE Uutiset, 24.08.2007)