مایع شگفت انگیز:
انسان ها از زمان های قدیم در تشریح شگفتی های آب بسیار کوشیده‌اند و در ابتدا نظارت بر آن را به فرشتگانی نسبت می‌دادند که اعمالشان را به صورت آواز و در قالب اسطوره‌ها و افسانه ها می ریختند. بسیاری از مفاهیم نهادین چون سرچشمه حیات، گوهر پالاینده و عنصر بارورنده با آب عجین است.
آب با همه سادگی‌اش، با ارزش ترین منبع طبیعی است که در زمین وجود دارد و بدون آن، حیات وجود نخواهد داشت. با این‌حال آنچه در چند دهه اخیر مشاهده می‌کنیم این است که انسان، آب را تلف کرده، از منابع موجود بیش از حد بهره گرفته و کنترلی در استفاده از آن اعمال نکرده است. عواقب این رفتار بی فکرانه، بتدریج گریبان او را می‌گیرد. اکنون نشانه‌های کمبود آب فراوان‌اند: سطح سفره‌های آب زیر زمینی پائین می آید، از وسعت دریاچه‌ها کاسته می‌شود و زمین‌های مرطوب ناپدید می‌شوند. به دلیل بهره‌برداری خودسرانه و غیر علمی از منابع زیرزمینی، دشتها نشست کرده اند و فرو نشست زمین، به معنی فشردگی ذرات آن و نفوذ پذیری کمتر آن است. نتیجه، از طرفی عدم نفوذ آب به درون زمین و تجدید مجدد منابع آبهای زیرزمینی است و از طرف دیگر جاری شدن سیل و شسته شدن خاک های حاصل‌خیز کشاورزی که خود سبب فقر منطقه و خشکسالی های بیشتر می شود.
مهندسان، " راه حل" مشکل آب را احداث سد‌های هر چه عظیم‌تر و طرح‌های انحراف آب رودخانه ها می‌دانند که هزینه های کمر شکن دارد و به روند‌های طبیعی آسیب فراوان می‌رسانند. مسئله صحرازایی نیز برای انسان اهمیت فراوان دارد. بر اساس بررسی به عمل آمده توسط برنامه محیط زیست سازمان ملل، تاکنون یک چهارم از زمین‌های آبیاری، نیمی از کشت های دیم و سه چهارم چراگاهها، به صحرا تبدیل شده اند. در این امر، انسان نیز به اندازه شرایط اقلیمی مقصر است. با این‌حال او قادر به متوقف کردن و بهبود این وضعیت نیز هست.
اکنون واضح است که امکان ندارد چشمانمان را به نتایج ناشی از تاثیر انسان بر منابع آب، ببندیم. این پیامد ها نیاز به تحقیق گسترده‌ای دارند و به عبارت دقیقتر، وظیفه ای بسیار پیچیده اند که به همکاری صمیمانه دانشمندان سراسر دنیا احتیاج دارد تا به نفع همه بشریت بکوشند.
توزیع منابع آب در زمین:
اگر چه سه چهارم کره ما را آب تشکیل داده است، اما فقط درصد کوچکی از آن آب شیرین و قابل استفاده برای ما است: 97 درصد آبهای زمین در اقیانوسها و دریاها جای دارد. از 3 درصد باقیمانده، حدود 2 در صد به صورت یخچال‌ها و یا یخهای نواحی قطبی تجمع یافته است. مابقی عمدتا به‌صورت آبهای زیرزمینی هستند که دسترسی به آنها گاهی غیر ممکن است. دریاچه‌ها و رودخانه‌ها، بزرگترین منابع آب آشامیدنی دنیا را تشکیل می‌دهندکه کمتر از 0.01 درصد از کل آبهای زمین راشامل می‌شوند.
خواص منحصر به فرد آب:
ویژگی‌های غیرعادی و حتی منحصر به فرد آب، به وجود پیوند های هیدروژنی در این ملکول بر میگردد. از جمله این ویژگی ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
ظرفیت گرمایی_ Heat Capacity :
مقدار حرارتی است که برای بالا بردن دمای جرم مشخصی از ماده، به اندازه 1 درجه سانتیگراد، لازم می‌باشد. آب، بالاترین ظرفیت گرمایی را در بین مایعات و جامدات متداول دارد. این خاصیت آب، تاثیرات مهمی در کنترل آب و هوای زمین دارد: آب مقادیر فراوانی از گرمای اتمسفر را جذب می‌کند بدون اینکه دمای خودش زیاد تغییر کند.به این ترتیب در گرمای تابستان، آب اقیانوسها، گرما را جذب می‌کند و سپس در زمستان، آن را به آهستگی پس می‌دهد. اگر آب در سطح کره زمین وجود نداشت، زمین هم مانند ماه یا مریخ، اختلاف دمای چند صد درجه‌ای را در زمستان و تابستان خود، تحمل می نمود.
جرم حجمی:
دانسیته یا چگالی بیشتر مایعات با کاهش دما، افزایش می‌یابد و در نقطه انجماد آنها به حداکثر خود می رسد. دانسیته آب در 4 درجه سانتیگراد به حداکثر خود می رسد و سپس کاهش می‌یابد. این پدیده ویژه، امکان ادامه حیات آبزیان را در مناطقی که آب یخ می‌زند، فراهم می‌کند: یخ، سبکتر از آب می‌شود و در زیر آن، حیات ادامه می‌یابد. در ضمن تفاوت دانسیته، سبب ایجاد جریان های داخلی در آب می شود که آب غنی از اکسیژن و مواد غذایی حاصل از فتوسنتز را که در طی تابستان در لایه بالایی آب جمع شده( Epilimnion )، به لایه های زیرین ( Hypolimnion )در طول زمستان، می‌رساند.
حلالیت:
آب یکی از بهترین حلال های دنیا است و می تواند بسیاری از ترکیبات را در خود حل کند و بنابراین واسطه ای عالی در انتقال مواد غذایی به گیاهان و جانوران است. در ضمن واسطه‌ای مناسب برای حمل مواد سمی و آلاینده‌ها می‌باشد.
مدیریت بحران آب:
با افزایش سرسام آور جمعیت انسان و جهان رو به توسعه، تقاضا برای مصرف آب به طور چشمگیری افزایش یافته است. جداول میزان آب در همه قاره ها و در بسیاری از نواحی سقوط کرده، کمبود آب در بعضی مناطق سبب پیدایش قحطی و مشکلات غذایی شده و آلودگی آبها نیز به این مشکلات افزوده است. هم اکنون بحران آب، یکی از پنج موضوع اساسی مذاکرات کشور‌ها می‌باشد. به گزارش بانک جهانی، هنوز بیش از یک میلیارد نفر در دنیا، قادر به استفاده از آب سالم نیستند و همه ساله حدود 3 میلیون نفر به خاطر آب آلوده از بین می روند.
ایجاد سدها، کشاورزی و حیات وحش منطقه را به خطر می اندازد. انحراف آب رود خانه ها، باعث ایجاد کشمکش بین همسایه ها می‌شود. هم اکنون مصر که بیشتر آب مصرفی خود را از " نیل" تامین می‌کند، با اتیوپی که سرچشمه های نیل را در اختیار دارد، درگیر است. سد هایی که در ترکیه بر رودخانه های فرات و دجله زده شده است، آب کشورهای سوریه و عراق را به شدت کاهش می‌دهد. منطقه خشک خاور میانه در جستجوی آب است. بسیاری از کارشناسان معتقدند که جنگ دیگری در این منطقه رخ خواهد داد. اما این‌بار نه برای نفت بلکه بر سر آب: منبعی که جایگزینی ندارد.
اکنون تعارض نگران کننده‌ای میان هر دو نقش آب پدید آمده است: آب به عنوان یک کالا و آب به عنوان عنصری تعیین کننده در حمایت از زندگی و بقای همه انواع موجودات. این نقش دوگانه، به رویکردی زنده و تازه نیاز دارد. رویکردی که برای وظایف حیاتی این عنصر گرانبها، ارزش و احترام عظیمی قائل باشد.
روش های فراهم کردن آب شیرین:
چگونگی پیدایش ابرها؛ امکان ایجاد باران مصنوعی:
انسان از زمان های قدیم در جستجوی آب و امکان دستیابی به باران بوده است. از باران سازهای قبیله‌های دور دست تا تکنولوژی‌قرار دادن هسته های مصنوعی در ابرها به منظور جذب و جمع آوری رطوبت. با چندین روش ایجاد باران یا آب شیرین، آشنا شوید:
ترکیبات خوشه ای؛ دسته جدیدی از مواد: از زمانی که جان دالتون تئوری اتمی را مطرح کرد، مطالعه رفتار ماده به دو شاخه تقسیم شده است: یک شاخه به بررسی خواص انفرادی اتمها و ملکولها می‌پردازد و شاخه دوم بر روی خواص جمعی اتمها و ملکولها که توده ماده را می‌سازند، بحث می‌کند. از سال 1970، مرز مستقل این دو شاخه ازبین رفت و دسته جدیدی از مواد معرفی شدند که امروزه آنها را مواد خوشه‌ای_ Clusters می‌نامیم. این ذرات که نه ماکروسکپی و نه میکروسکپی هستند، نه تنها از لحاظ بررسی های علمی محض جالب توجه‌اند، بلکه کاربرد های زیادی هم در تکنولوژی دارند.( کاتالیزور‌ها، میکروالکترونیک، سرامیک‌ها و...)
خوشه‌های یونی: خوشه‌هایی که بار الکتریکی داشته باشند، خوشه یونی نامیده می‌شوند. در شعله ها و فرآیند های تابشی( هر جا که ماده در معرض یونش قرار گیرد) ایجاد می گردند. این ترکیبات در اتمسفر بالایی و پایینی، حتی در فضا وجود دارند. یونهای مختلف مثل OH- ، NH4+ ، Na+ و... می‌توانند با ملکولهای موجود در اتمسفر( H2O، CO2 ، N2O ، SO2 و...) واکنش دهند و خوشه‌های یونی را بوجود آورند.
هسته سازی و تشکیل ابرها: برای تجمع ذرات آب، تشکیل ابر و سپس باران، آئروسل ها، به میان می‌آیند. آئروسل ها، خوشه‌های بزرگ در سوسپانسون های گازی هستند. قطر آنها بین 0.001- 0.1 میکرو متر است و غلظت آنها به طور طبیعی بین 104_ 106 ذره در سانتی متر مکعب می‌باشد. بدون آنها هرگز ابر و بارانی نخواهیم داشت. این ذرات، منجر به عمل " هسته‌سازی" مایعات در فاز بخار می شوند. " هسته سازی همگون"، تشکیل خوشه های ریز از یک فاز جدید، درون فاز توده‌ای قدیم اطلاق می‌شود. در " هسته سازی ناهمگون" ، ذرات کوچک حل شونده یا مواد خارجی، آغاز کننده عمل تراکم هستند که این امر معمولا قبل از رسیدن به درجه فوق اشباع رخ می‌دهد. آئروسل ها در این نوع هسته سازی اهمیت دارند و این پدیده اساس ایجاد باران‌های طبیعی و مصنوعی( بارور کردن ابر ها) است.
توجه داشته باشیم که همواره ممکن است این آزمایشات، خطراتی را به‌دنبال داشته باشد؛ از جمله باران های شدید و غیر قابل کنترل. بدیهی است هر گونه دخالت در طبیعت، بایستی با احتیاط بسیار صورت پذیرد. در غیر این صورت، ما به زودی با مشکلات دیگری روبرو خواهیم بود.
پاشیدن آب دریا به داخل ابرها:
محققان جدیدا بر روی روش جدیدی برای تولید باران کار می‌کنند. در این روش، با کمک یک باد قوی، مقادیر فراوانی از آب دریا، به سطح پایینی ابر، اسپری می شود. به این ترتیب هم رطوبت ابر بیشتر می‌شود و هم ذرات نمک،به عنوان "هسته" در جمع آوری رطوبت ، به تشکیل قطرات باران کمک می‌کنند. عمل اسپری شدن نه با پمپ بلکه با کمک سانتریفوژ انجام می‌شود و پاشندگی در ناحیه ای وسیع، به ارتفاع 10 متر انجام می‌شود. پروفسور سالتر در این زمینه می گوید ماشین باران ساز وی، در 10 تا 20 کیلومتری نواحی ساحلی_ کوهستانی، نظیر دریای سرخ یا خلیج فارس کارگذاشته می‌شود. سپس نیاز به یک باد ساحلی است تا هوای پر از رطوبت را به سمت خشکی براند و به کوهها اجازه دهد تا این رطوبت را جمع کند و ابر را تشکیل بدهد. در همین زمینه روسها بر روی دستگاهی کار می کنند که بتواند باد شدید را ایجاد کند، اما اختلاف نظراتی در این مورد وجود دارد.