Kapittel 1Visste du at mengda av vatn på jorda alltid er den same? Vi drikk det same vatnet som dinosaurane drakk. Vatnet sirkulerer, skifter form og er i rørsle heile tida. Vatn blir brukt om og om att i eit kretsløp som aldri stoppar.
I dette kapittelet får du vite litt om dei fantastiske eigenskapane vatnet har. Kvifor kan vatn klatre til topps inne i høge tre? Kva er det med vatnet som gjer at det kan frakte akkurat dei stoffa som menneske, planter og dyr treng?
Solvarmen får vatn til å fordampe frå havet, innsjøane, jordbotnen og plantene. Noko av denne vassdampen blir ført oppover med luftstraumar. Skyene oppstår når den fuktige lufta kjem opp i kaldare luftlag. Då blir dampen kondensert til større dropar som vi ser som skyer. Når skyene frigir vatnet att, så fell det meste ned som regn eller snø direkte i havet. Resten fell ned over landområde der det samlar seg anten som grunnvatn eller i innsjøar, elvar og bekker. Til slutt endar også dette vatnet i havet att. Dette kallar vi vatnet i kretsløp.
Sola varmar opp overflata på jorda.. Ho inneheld mykje vatn. Vatn i hav, i innsjøar, i myrar, bekker og elvar. Men også vatn i planter og tre som veks på jorda. Ein stor del av vatnet som finst på jorda, kan vi ikkje sjå. Det finst som vassdamp i lufta omkring oss. For å forstå korleis vatnet kan skifte frå ein fase til ein annan er det to omgrep du må kjenne: fordamping (usynleg vassdamp) og kondensering (vassdamp blir til vatn att).
Fordamping: Når det er vatn i eit glas, vil det alltid vere fuktig i lufta like over vatnet i glaset. Det er fordi nokre av vassmolekyla “smett ut av vatnet” og ligg i lufta over vatnet i glaset. Det at nokre av vassmolekyla “smett ut” av vatnet og blir hangande i lufta, kallar vi fordamping. Når det ikkje er lokk på glaset, vil den fuktige lufta over vatnet bli ført vekk av luftrørsler i rommet. Til slutt vil det ikkje vere noko vatn tilbake i glaset, alt vil vere fordampa.
Kondensering vil seie at vatnet går over frå vatn til damp og til vatn att. Dersom vi set lokk på eit glas med vatn, kan ikkje det fuktige vatnet forsvinne. Dei ørsmå vassdropane råkar lokket og samlar seg til dropar. Dette kan ein lett sjå når ein kokar mat i ein kjel med lokk. Fordampinga vil arbeide med å gjere lufta over vatnet så fuktig som mogleg. Men samstundes vil noko av vassdampen over vassflata også bli til vatn att. Dette kallar vi kondensering.
Alt på jorda er sett saman av nokre mest usynlege små byggjeklossar som vi kallar atom. Når to eller fleire atom slår seg saman, blir dei til eit molekyl. Den kjemiske formelen for vatn er H2O.
Det vil seie at eit vassmolekyl er sett saman av to hydrogenatom og eitt oksygenatom. Oksygenatomet er svakt negativt ladd medan dei to hydrogenatoma er svakt positivt ladde. Positive og negative atom tiltrekkjer kvarandre.
Vassmolekyla rører seg heile tida, og vatnet skiftar form etter kor fort molekyla rører seg.
Når vassmolekyla kjem saman, vil det negativt ladde oksygenatomet i eitt molekyl knyte seg til eit positivt ladd hydrogenatom i eit anna vassmolekyl. Fleire molekyl vil dermed saman lage noko vi kallar hydrogenbindingar. Dei er svake bindingar, som lett blir brotne. Men dei er samstundes sterke nok til at vatnet har spesielle eigenskapar, som høg overflatespenning (overflatehinne) og kapillærkraft. Forklaring på kva dette er, kjem lenger nede.
Du har kanskje sett insekt som går på vatn ute i naturen, slik som vassløparen (skomakaren) på biletet? Vassmolekyla i overflata på vatnet bind seg til kvarandre og lagar ei sterk hinne. Den kallar vi overflatehinna. Vi seier at vatnet har høg overflatespenning når det har ei slik sterk overflatehinne.
Hinna gjer at vassoverflata kan bere ting som er tyngre enn vatnet sjølv, t.d. ein binders, ei fyrstikk eller insekt.
Den sterke overflatehinna er grunnen til at det kan lagast vassdropar.
Du kan også sjå hinna dersom du fyller eit glas med vatn heilt til randa. Då vil vatnet stå litt over kanten av glaset.
Dersom vatnet blir varma opp, eller med andre ord tilført energi, set det fart i vassmolekyla, slik at dei slepper taket i kvarandre. Bindingane blir brotne. Vatnet går frå å vere i væskeform til å vere i gassform. Molekyla smett ut av vatnet og ut i lufta.
Energien kan komme direkte frå sola, frå ei kokeplate eller berre frå varmen i eit rom. Vatnet i eit glas blir vekke, berre det står lenge nok i eit rom med varmegrader. Ein kjel med vatn kan kokast tørr, alt vatn fordampar. Vatnet i vegen eller på gata etter ei regnskur fordampar etter kvart.
Når vatn fordampar frå huda vår, blir mykje av energien til dette henta frå kroppen vår, og dermed kjenner vi at huda blir avkjølt.
Vatnet har ikkje berre unike eigenskapar når det gjeld å halde molekyla sine saman, men det har også stor evne til å hengje ved eller på faste stoff som det kjem i kontakt med. Dette kallar vi adhesjon (vedheng).
Ettersom vassmolekyla både kan binde seg til kvarandre og til andre stoff, vil overflatehinna på vatnet i eit glasrøyr få konkav form. Det vil seie at vassflata (overflatehinna) går høgare opp langs glasveggen enn i midten av røyret. Di mindre diameter røyret har, di tydelegare kjem dette fram. I svært tynne røyr kan denne kombinasjonen lyfte ei vassøyle til imponerande høgder. Dette fenomenet kallar vi kapillærkraft eller hårrøyrskraft. Denne krafta er viktig i naturen, m.a. spelar ho ei stor rolle for transport av vatn opp gjennom jorda eller frå trerøtene opp til blada, som kan vekse fleire titals meter over bakken.
Fordampinga av vatnet frå blada er “motoren” som dreg desse tynne vassøylene oppover. Dei same kapillærkreftene er også viktige for transport av blod i blodårene våre.
Vatn kan løyse opp veldig mange stoff. Dette er heilt avgjerande for livet på jorda. Vatnet har positivt og negativt ladde atom, og det kan binde seg til andre stoff som er elektrisk ladde, og løyse dei opp. Stoffa heng seg på vatnet, og dei held seg flytande og kan slik transporterast gjennom planter eller blodårer.
Olje let seg derfor ikkje løyse opp i vatn. Det kjem av at oljer ikkje er elektrisk ladde.
I dei fleste tilfella blir ikkje vatnet endra av stoffa det løyser opp. Vi seier at vatn er eit indifferent løysemiddel. Dette er biologisk sett viktig, fordi svært mange av stoffa (mineral og næringsstoff) som levande organismar treng, blir transporterte med vatn, og då gjerne på den same kjemiske forma som det organismane treng. Vatnet leverer altså stoffa fiks ferdig.
Eit stoff kan vise seg i tre ulike fasar: fast stoff, væske eller gass. For vatn kallar vi desse fasane for is, vatn og damp. Vatn er heilt spesielt, ettersom det er det einaste stoffet på jorda der alle fasane finst ved temperatur og lufttrykk som på jordoverflata.
Vatn frys til is ved 0?C. Når dette hender, blir vassmolekyla ordna i eit regelbunde nettverk, eit gitter. Når isen smeltar, bryt dette nettverket saman, og vassmolekyla dreg seg tettare saman. Til vanleg krev molekyla meir plass når dei rører seg fritt i væskeform enn når dei er låste saman i fast form, men vatn er eit unntak frå denne regelen. Det er grunnen til at vatn - som det einaste stoffet - utvidar seg når det frys til fast stoff (is). Fyll ei flaske med vatn og la ho fryse. Kva hender?
Is flyt på vatnet. Dette er openbert viktig for livet i elvar og innsjøar. Hadde isen sokke til botnen, ville heile sjøen ha frose, og alt liv ville ha døydd ut om vinteren. I staden legg isen seg som eit isolerande lag på toppen. Mykje tyder på at heile jordkloden ville ende opp som ein einaste stor isklump hadde det ikkje vore for at isen flyt. Dersom han sokk, ville meir og meir is samla seg på botnen. Vatnet over ville absorbere all varmen frå sola og hindre isen i å smelte. Meir og meir is ville bygd seg opp til alle verdshava var gjennomfrosne.
Men kvifor frys ikkje innsjøen nedanfrå og opp? Når vatn har temperaturen +4?C, ligg vassmolekylane tettare saman enn ved alle andre temperaturar. Vatn er derfor tyngst ved +4?C, og dette er ein vanleg temperatur for botnvatnet i ein djup innsjø vinterstid. Når vatn på overflata av sjøen blir kjølt ned til denne temperaturen, vil det søkkje til botnen, medan varmare vatn stig opp. Til slutt vil alt vatnet i sjøen ha denne temperaturen. Om så vatnet på overflata blir endå kaldare, held det seg flytande til det frys til is. Heldigvis er det slik, for dersom isen sokk ned til botnen, ville innsjøar og fjordar botnfryse, og alt liv i dei ville døy ut.
Vatn kokar ved 100?C ved normalt lufttrykk. Kjem du høgt til fjells, så kokar vatnet ved litt lågare temperatur. På Noregs høgaste fjelltopp, Galdhøpiggen (2469 m o.h.), kokar vatn ved 92?C, ettersom trykket der er lågare enn nede ved havoverflata.
Vatnet held også godt på varmen og blir langsamare avkjølt enn mange andre stoff. Dyr og planter i vatn er derfor til vanleg ikkje utsette for så store temperatursvingingar som organismane på land.
Dette er også grunnen til at temperaturen varierer mindre (både gjennom døgnet og gjennom året) ved kysten enn i innlandet. Det store havet held lenger på varmen (og treng lenger tid for å bli oppvarma) enn landjorda.
Det er alltid væte i lufta. Vassdropar blir stort sett laga ved at vassdamp fester seg til ørsmå partiklar i lufta (t.d. støv- eller saltkorn). Desse partiklane kallar vi kondensasjonskjernar. Når dropane stig til vers, blir det laga skyer.
Skyer er tunge. Vatnet i ei typisk sky kan ha ein masse på fleire millionar tonn. Men ettersom skya er så svær, kan luftstraumar under og i skya klare å halde dei små dropane svevande.
Nedbør kan delast inn i fem typar: regn, snø, hagl, sludd og underkjølt regn. Storparten av nedbøren kjem som regn.
Nedbør oppstår i samband med skyer. Vassdropane som svevar rundt i skyene, er ufatteleg små, og det trengst millionar av dei for å lage ein regndrope. Som regel er det både iskrystallar og regndropar i skyene. Iskrystallane veks seg større og tyngre etter kvart som dei råkar vassdropar. Til slutt blir dei så store at dei ikkje lenger kan halde seg svevande, og det blir laga nedbør. Det er lufttemperaturen dei siste hundre metrane over bakken som avgjer om det blir regn eller snø. Dersom lufta er over frysepunktet heile vegen, møter nedbøren bakken som vanlege regndropar.
Dersom det er kuldegrader heile vegen ned, råkar han bakken som snø. Dersom det er kaldt nok inne i skya, kan molekyla frå vassdampen fryse saman til krystallar i staden for å bli til dropar. Dei lenkjer seg saman i eit mønster. Ingen snøkrystallar er prikk like. Alle er symmetriske rundt sentrum og har seks spissar eller kantar. Ofte slår fleire snøkrystallar seg saman til større snøflak. Når dei er vortne tunge nok, fell dei ned og ut av skya.
Hagl tek til som regndropar i store stormskyer. Dersom det er kaldt nok, frys desse regndropane til små iskuler og fell nedover inne i skya. Iskrystallane rører seg opp og ned i skyene i fleire omgangar pga. kraftig vind som blæs dei oppover att. For kvar gong legg dei på seg meir is. Til slutt blir iskulene så tunge at dei fell ned mot bakken. Hagl kan bli så store som handballar. Hagl er mest vanleg om sommaren, og årsaka er at haglkorna fell gjennom eit område med varm luft på veg ned.
Sludd er ein mellomting mellom snø og regn. Sludd oppstår ved at iskrystallane smeltar litt på veg ned mot bakken. Det lagar seg gjerne når det er 3-5 grader ved bakken. Er temperaturen høgare enn dette, vil snøen byrje å smelte, og det vil falle sludd blanda med regn.
Underkjølt regn tek til som snø og smeltar på vegen mot bakken. Nedover møter regnet eit kaldare luftlag. Regnet blir kjølt ned til under null grader, men frys ikkje til is fordi det manglar kondensasjonskjernar (sjå ovanfor). Men når dropane så møter ei overflate, vil dei straks fryse til is. Underkjølt regn er ei vanleg form for nedbør. Det kan skape såpeglatte vegar på kort tid. Kraftleidningar kan bli nedisa og øydelagde av vekta. Greiner på tre kan knekke.
