Přírodní destilačka: Je koloběh vody perpetuum mobile?

Když se na koloběh vody v přírodě podíváte s odstupem, možná vás napadne: Není to vlastně perpetuum mobile? Stroj, který běží věčně sám od sebe? Vypadá to tak, ale samozřejmě není. Aby se voda mohla neustále točit dokola, potřebuje dva obrovské, vnější motory. Tím prvním je naše Slunce, tím druhým zemská gravitace.

Funguje to jako obří destilační přístroj. Slunce zahřeje hladinu slaného oceánu a dodá molekulám vody tolik energie, že se utrhnou a vyrazí vzhůru do atmosféry jako plyn (pára). Vtip je v tom, že při této změně skupenství nechá voda na hladině naprosto všechna svá "zavazadla" – soli, minerály, nečistoty. Pára, která stoupá do mraků, je chemicky čistá. Následně zakročí druhý motor – gravitace. Ta vodu stáhne v podobě deště zpátky na zem, kde voda začne okamžitě stékat z kopců dolů a hledat si nejkratší cestu zpět do oceánu. Během své cesty po povrchu do sebe zase nabalí minerály z hornin a přinese je do moře (proto jsou oceány slané).

Podzemní oceány: Tajemství neviditelné houby pod našima nohama

Co se ale děje s tou vodou, která nesteče řekou rovnou do moře, ale vsákne se? Tady začíná fascinující cesta podzemních vod. Když se řekne "podzemní voda", lidé si často představí temné podzemní jezero jako z Pána prstenů, po kterém by se dalo plout na lodičce. Tak to ale většinou není.

Země pod našima nohama totiž není jednolitá skála. Půda, písky a štěrky fungují jako gigantická, stovky metrů hluboká houba. Jsou to biliony litrů vody nacpané v mikroskopických pórech mezi kamínky a zrnky písku. Voda touto houbou nesmírně pomalu prosakuje dolů. A právě tento dlouhý průchod přes jednotlivé vrstvy hornin funguje jako ten nejlepší mechanický filtr, jaký známe. Hluboké vrty nám pak dávají tu nejčistší, přirozeně mineralizovanou vodu. Když chcete na zahradě studnu, otázka obvykle nezní "jestli" tam voda je, ale "jak hluboko" musíte vrtat, než na tuto nacucanou podzemní houbu narazíte.

(Podzemní oceány: Tajemství neviditelné houby pod našima nohama)

Zeměpis vody: Proč je někde sucho a jinde se lidé topí

Když tu máme tak dokonalý systém, proč se svět dělí na deštné pralesy a vyprahlé pouště? Může za to geografie a atmosférické proudy. Mraky plné odpařené vody necestují náhodně. Jsou hnány vzdušnými proudy a narážejí na překážky – nejčastěji na hory.

Když masa vlhkého vzduchu narazí do vysokého pohoří (třeba do And nebo Himálaje), je nucena stoupat. S rostoucí výškou se vzduch ochlazuje a studený vzduch nedokáže udržet tolik vlhkosti jako ten teplý. Voda v mraku se tedy srazí a spadne v podobě masivních dešťů ještě před pohořím. Jakmile se mrak dostane přes hřeben hor na druhou stranu a začne klesat do údolí, ohřívá se. A teplejší vzduch má větší kapacitu pojmout vlhkost. To znamená, že už nemá důvod, aby v něm voda dál kondenzovala a pršela. Vzniká takzvaný srážkový stín. A jak jsem vysvětloval v článku o globálním oteplování a skleníkovém efektu, dodáním přebytečného tepla do atmosféry se tento koloběh zrychluje – tam, kde pršelo, prší extrémně, a tam, kde bylo sucho, je sucho smrtící.

Přehrady a elektrárny: Jak jsme zkrotili kinetickou energii živlu

My lidé jsme ale nenechali vodu jen tak volně téct. Uvědomili jsme si, že ta ohromná masa padající z hor do moře v sobě nese obrovské množství kinetické (pohybové) energie. A tak jsme postavili přehrady.

Přehrada není jen velký bazén pro rekreaci. Z fyzikálního hlediska je to obrovská baterie. Postavením vysoké betonové zdi jsme vodu zadrželi ve výšce a donutili gravitaci čekat. Když potřebujeme ve městě rozsvítit světla, stačí otevřít stavidla u dna. Voda se obrovským tlakem vrhne do tunelu a narazí na lopatky turbíny. Vzpomeňte si na můj dřívější text o tom, jak funguje elektřina a magnetismus. Turbína je spojena s rotorem generátoru, kde se pohybují obří magnety. Kinetická energie vody se tak elegantně přemění na elektrickou energii, která běží kabelem k vám domů.

Zabetonovaná krajina a těžké traktory: Proč voda nespěchá do podzemí

Tento dokonale vyladěný přírodní systém filtrace a zadržování vody má jednu slabinu – my jsme mu ucpali vstupní póry.

Často slyšíme, že máme nedostatek spodní vody. Není to ale jen tím, že by méně pršelo. První problém je ten, že jsme obrovské plochy krajiny vyasfaltovali a zabetonovali (města, silnice, logistická centra). Voda nemá jak zahučet do té podzemní "houby". Místo toho po tvrdém povrchu rychle steče do kanalizací a koryt řek.

Druhý, možná ještě větší problém, leží na polích. Moderní zemědělství využívá extrémně těžkou techniku. Traktory a kombajny sice ulehčují práci, ale svou vahou v průběhu let udusávají půdu (vzniká tzv. plužná pánev – nepropustná tvrdá vrstva hned pod povrchem ornice). Navíc často pěstujeme monokultury bez hlubokých kořenů a v půdě chybí organická hmota. Z pole se tak stane obrovská hladká střecha. Když přijde prudký liják, voda se nevsákne do hloubky, ale během pár minut spláchne tu nejúrodnější hlínu rovnou do nejbližšího potoka.

(Proč voda nespěchá do podzemí)

Úprava vody a naše technologie: Od Želivky až po reverzní osmózu

Jak se z té přírodní (nebo znečištěné) vody stane pitná voda, co nám teče z kohoutku? Záleží na tom, odkud ji bereme. Pokud jde o hlubinnou spodní vodu, ta už prošla tím nejlepším přírodním filtrem. Často stačí ji jen provzdušnit (aby z ní vypadlo nadbytečné železo a mangan) a lehce vydezinfikovat.

Pokud ale bereme vodu z řek nebo přehrad, musí projít úpravnou. Tam se do ní přidají látky (tzv. koagulanty), které způsobí "vločkování" – mikroskopické nečistoty a řasy se na sebe nalepí do větších chuchvalců, které pak klesnou ke dnu nebo se zachytí na obřích pískových filtrech. Nakonec se voda vydezinfikuje (chlorem, ozonem nebo UV zářením), aby byla absolutně bezpečná.

(Vodní dílo Švihov - Želivka)

Když už jsme přírodě dali pořádně zabrat, museli jsme zapojit náš vlastní inženýrský důvtip i v malém měřítku. Všechny ty moderní filtry, které udělají pitnou vodu z jakékoliv louže, fungují v podstatě na principu mikroskopických sít s různě velkými oky:

• Kempingová brčka (dutá vlákna): Uvnitř mají svazek dutých vláken. Jejich póry jsou tak miniaturní, že samotné molekuly H2O proklouznou, ale obří bakterie a paraziti se prostě nevejdou a zůstanou venku.
• Reverzní osmóza: Je to v podstatě stejný princip jako to brčko, ale dovedený do extrému. Póry v této membráně jsou tak nepředstavitelně malé, že se voda přes ně musí protlačit pod obrovským tlakem. Síto propustí opravdu jen ty naše malé "Mickey Mouse" molekuly vody, zatímco všechno ostatní – dokonce i rozpuštěné soli a ionty – narazí do zdi. Právě takhle dnes dokážeme i z mořské vody vyrobit čistou vodu destilovanou.

Městské čističky odpadních vod: Naše neviditelná bakteriová armáda

Na závěr si pojďme ukázat, co se stane s vodou, kterou u vás doma spláchnete. Většina lidí si myslí, že čistička odpadních vod (ČOV) je prostě obří systém sít. Ale to je jen polovina pravdy. Městské čističky jsou ve skutečnosti obrovské betonové farmy pro bakterie.

Nejprve voda projde přes mechanické česle, které zachytí hrubý odpad (od klacků po vlhčené ubrousky, které mimochodem do záchodu rozhodně nepatří!). Ale to hlavní se děje v takzvaném biologickém stupni. V obřích nádržích, kam se pumpuje kyslík, aby to tam bublalo, žijí miliardy vyšlechtěných bakterií a mikroorganismů (tzv. aktivovaný kal). Jejich jediným úkolem v životě je doslova sežrat organický odpad, který jsme my vyprodukovali. Oni naši špínu stráví, přemění ji na plyn a neškodný kal, který se usadí na dně. Až tato biologicky "vyjedená" a pročištěná voda se smí vrátit zpět do řeky, aby mohla pokračovat ve svém věčném koloběhu.

(Ústřední čistírna odpadních vod (ÚČOV) v Praze na Císařském ostrově v Bubenči)

Závěr a co nás čeká příště

Cesta vody v makrosvětě je neúprosná. Odpařuje se, padá, vymílá hory, roztáčí naše turbíny a proplétá se našimi chemickými i biologickými filtry. Přes to všechno zůstává základním prvkem, bez kterého by naše planeta byla jen kusem mrtvé skály.

Ale to hlavní se děje ještě blíž. Voda se neschovává jen v mracích a pod zemí. Ukrývá se přímo ve vás. V závěrečném díle naší minisérie se podíváme na vodu v lidském těle. Ukážeme si, proč jste vlastně jen chodící a myslící mořská hladina, k čemu přesně naše tělo tuto kapalinu používá a proč i mírná dehydratace dokáže vašemu mozku pořádně zavařit.