Thales – người được xem là “cha đẻ của khoa học”, đã khẳng định rằng nước chính là khởi nguyên của vũ trụ và mọi vật đều sinh ra từ nước. Hơn hai nghìn năm sau, dù khoa học hiện đại đã tiến xa, nhận định ấy vẫn phần nào đúng khi nhìn từ góc độ kỹ thuật. Vậy nước là gì, hãy cùng các kỹ sư của chúng tôi tìm hiểu nhé!
Nước hiện diện trong cơ thể người trưởng thành (từ 55 ~ 60%) như môi trường thiết yếu cho mọi hoạt động sống, từ nuôi dưỡng tế bào đến duy trì các phản ứng sinh học. Ở quy mô lớn hơn, nước bao phủ phần lớn bề mặt Trái Đất (chiếm 71%) dưới dạng sông, hồ, băng tuyết và đại dương, góp phần tạo nên khí hậu và sự sống đa dạng trên hành tinh
Trong tiếng Hán Việt, nước được gọi là “thủy”, còn tiếng Anh là “water”. Xét về bản chất khoa học, nước là gì? Nước là hợp chất H2O – một phân tử gồm hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, đóng vai trò nền tảng cho mọi hệ sinh học
Dù nước bao phủ khoảng 71% bề mặt Trái Đất, nhưng tổng lượng nước lại chiếm đến hơn 75% diện tích của hành tinh, ước tính khoảng 1,38 tỉ km³. Tuy nhiên, phần lớn lượng nước khổng lồ này không thể dùng trực tiếp cho sinh hoạt và chính sự phân bố không đồng đều đã tạo nên các loại nước khác nhau, giúp ta hiểu rõ hơn nước là gì trong từng môi trường khác nhau
Chiếm 97,4% tổng lượng nước, tập trung chủ yếu trong các đại dương và biển. Độ muối cao khiến nước mặn không thể sử dụng trực tiếp cho ăn uống hay sản xuất nông nghiệp. Đây là một phần quan trọng trong hệ thống các loại nước trên Trái Đất.
Chỉ chiếm 2,6%, phần lớn bị “khóa chặt” dưới dạng băng tuyết ở hai cực và các dãy núi cao. Lượng còn lại phân bố ở sông, hồ, ao, suối và nước ngầm. Đây là nguồn nước quan trọng nhất giúp duy trì sự sống của nhiều loài sinh vật và có thể khai thác để phục vụ đời sống con người như sinh hoạt, tưới tiêu và công nghiệp (sau khi trải qua xử lý phù hợp)
Trong lượng nước ngọt ít ỏi kể trên, chỉ khoảng 0,3% (tức khoảng 3,6 triệu km³) đạt mức có thể dùng trực tiếp làm nước uống hoặc xử lý đơn giản là đủ an toàn. Điều này cho thấy nguồn nước sạch mà con người tiếp cận được vô cùng hạn chế, trở thành thách thức lớn trong vài thập kỷ tới và trong bối cảnh dân số gia tăng cùng sự biến đổi khí hậu
Nước trong tự nhiên mang những đặc điểm cảm quan riêng, giúp chúng ta nhận biết và đánh giá chất lượng của các loại nước:
Nước tinh khiết gần như không màu, vì ánh sáng hầu như không bị hấp thụ. Ở lượng nhỏ, nước nhìn trong suốt; nhưng khi xuất hiện với khối lượng lớn như ở hồ hay biển, nước có thể ánh xanh do phản xạ và khúc xạ ánh sáng bầu trời hoặc do các hạt rắn – chất lơ lửng bên trong. Chính các thành phần này quyết định màu sắc mà con người nhìn thấy
Nước tinh khiết không mùi, không vị. Tuy nhiên, nước từ tự nhiên thường chứa nhiều khoáng chất và chất hòa tan, khiến nước có thể mang mùi hoặc vị đặc trưng như hơi mặn, có mùi khoáng hoặc ngai ngái. Con người và động vật dựa vào những tín hiệu này để nhận biết mùi của nước là gì cũng như tránh các nguồn nước không đảm bảo chất lượng
Theo thang đo Celsius của nhà thiên văn học cùng tên, nước có hai mốc nhiệt độ quan trọng:
• 0°C – Nhiệt độ hóa rắn: Nước lỏng chuyển sang trạng thái rắn và tạo thành nước đá
• 100°C – Nhiệt độ sôi: Nước lỏng chuyển sang trạng thái khí ở ngưỡng nhiệt độ sôi và trở thành hơi nước
Những mốc nhiệt độ này giúp phân biệt rõ hơn giữa các loại nước trong các trạng thái vật lý khác nhau
Độ mặn (salinity) thể hiện lượng muối hòa tan có trong nước, chủ yếu là các ion như natri (Na⁺) và clorua (Cl⁻). Độ mặn của nước thường được đo bằng ppt (parts per thounsand – phần nghìn) hoặc %. Chỉ số này quyết định hương vị, tính chất vật lý, hóa học của nước và ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng sử dụng của con người. Dựa vào độ mặn, nước được phân chia thành bốn nhóm rõ ràng sau theo hệ Anh – Mỹ:
Nước ngọt có độ mặn cực thấp, gần như không chứa muối hòa tan và không cảm nhận được vị mặn. Đây là nguồn nước thiết yếu cho sự sống của con người, được sử dụng cho mục đích ăn uống, sinh hoạt và tưới tiêu sau khi xử lý phù hợp. Nước sông, hồ, suối và phần lớn nước ngầm đều thuộc nhóm này
Nước lợ có độ mặn cao hơn nước ngọt nhưng thấp hơn nước biển, thường xuất hiện ở các vùng cửa sông nơi nước ngọt hòa trộn với nước mặn. Nước lợ tạo nên môi trường sống đặc thù và thích hợp cho nhiều loài thủy sinh cũng như mô hình nuôi trồng thủy sản nhất định
Nước mặn có hàm lượng muối cao, tiêu biểu là nước biển và đại dương. Dù không thể uống hoặc sử dụng trực tiếp cho sinh hoạt, nước mặn đóng vai trò quan trọng trong khí hậu, giao thông, nuôi trồng và nhiều quy trình công nghiệp
Là loại nước có độ mặn rất cao, thường là nước biển bị cô đặc hoặc nước muối pha theo mục đích sử dụng. Loại nước này xuất hiện trong các hoạt động chế biến thực phẩm, bảo quản, y tế hoặc sản xuất muối
Nước sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất không chỉ được khai thác trực tiếp từ tự nhiên mà còn phải trải qua các quy trình xử lý, từ đơn giản đến chuyên sâu. Quá trình xử lý giúp giải thích rõ hơn nước là gì khi được chuyển từ trạng thái tự nhiên sang sản phẩm phục vụ con người.
Trong công nghiệp, nước được xử lý quy mô lớn thông qua các nhà máy lọc nước, hệ thống truyền dẫn và mạng lưới ống + van nước. Các quy trình thường gồm:
• Lọc thô và tách cặn qua song chắn rác, bể lắng, bể lọc
• Khử trùng bằng clo, ozone hoặc tia UV
• Điều chỉnh độ pH, làm mềm nước, khử khoáng tùy nhu cầu sử dụng
• Hệ thống van công nghiệp (như van cổng, van bi, van bướm, van một chiều…) được dùng để kiểm soát lưu lượng, áp suất và hướng dòng chảy trong toàn bộ dây chuyền xử lý
Nhờ công nghệ hiện đại, nước sau xử lý công nghiệp có thể được dùng để tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ con người như:
• Nước ngọt, nước khoáng, nước tinh khiết đóng chai
• Nước giải khát: nước có ga, trà đóng chai, nước trái cây…
• Nước cho sản xuất thực phẩm và dược phẩm đòi hỏi độ tinh khiết rất cao
Trong phòng thí nghiệm, các loại nước thường được điều chế hoặc tinh chế với độ sạch đặc biệt:
• Nước cất (H2O tinh khiết): thu được bằng cách đun sôi nước rồi ngưng tụ hơi nước
• Nước khử ion (DI water): loại bỏ ion bằng các cột trao đổi ion
• Nước siêu tinh khiết (ultrapure): dùng trong xét nghiệm, sinh học phân tử và bán dẫn, có độ dẫn điện cực thấp
Các là nước là gì dưới góc nhìn khoa học? Câu trả lời là phải đạt tiêu chuẩn nghiêm ngặt để tránh ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu
Nguồn nước sinh hoạt hiện nay mà người dân đang sử dụng đến từ nhiều hệ thống khác nhau:
• Nước máy (hệ thống cấp nước tập trung): Được xử lý tại nhà máy nước, qua đường ống và van cấp nước tới từng hộ gia đình
• Nước mưa: Thường thu được qua ống nhựa và lọc qua bể chứa, nhưng ngày nay ít dùng để uống do ô nhiễm không khí
• Nước giếng khơi: Nguồn nông, dễ nhiễm vi sinh và kim loại nặng nên cần xử lý trước khi dùng
• Nước máng lần (ở vùng núi): Lấy từ mạch suối nhỏ, thường phải lọc thủ công
• Nước giếng khoan: Lấy từ tầng nước ngầm sâu hơn, thường cần lọc phèn, loại bỏ mangan, sắt và vi khuẩn
Trong sinh hoạt, người dân có thể tự xử lý nước qua bể lọc cát – than hoạt tính, thiết bị lọc RO, máy lọc gia đình… Một số hệ thống còn lắp thêm Y lọc ở đầu nguồn để chặn cặn bẩn lớn, giúp bảo vệ đường ống và tăng hiệu quả các thiết bị lọc phía sau.
Mặc dù ở nhiều nơi trên thế giới, nước gần như không mất tiền để mua và các cuộc chiến tranh thế kỉ 20 chủ yếu để kiểm soát dầu mỏ, nhưng thực tế nước lại là một trong những tài nguyên giá trị nhất đối với sự tồn tại của loài người. Không có nước để duy trì sự sống, mọi loại tài sản khác, kể cả vàng, kim cương hay dầu mỏ, đều trở nên vô nghĩa
Tại nhiều quốc gia nghèo hoặc khu vực khan hiếm nước, người dân phải trả chi phí cao hơn gấp nhiều lần so với các nước phát triển để có nước sạch sử dụng. Điều này dễ dẫn đến mâu thuẫn, tranh chấp và xung đột quanh các nguồn nước quý giá. Một số nơi ở châu Phi, Trung Đông hay khu vực Sahel đã từng xảy ra tranh chấp nghiêm trọng chỉ xoay quanh quyền tiếp cận nguồn nước
Nước được dự báo có thể trở thành tài nguyên chiến lược ở thế kỉ 21 – 22, tương đương với dầu mỏ ở thế kỷ 20. Nếu thiếu sự quản lý và phân bổ hợp lý, nhiều quốc gia có thể đối mặt với bất ổn chính trị và xung đột trong tương lai. Khi nói về nước là gì trong phạm vi xã hội – chính trị, nước trở thành một tài nguyên có thể dẫn đến xung đột và bất bình đẳng
Theo nghiên cứu quốc tế, mỗi ngày có tới hàng nghìn trẻ em tử vong vì các bệnh liên quan đến nước bẩn và điều kiện vệ sinh kém. Hơn 1,1 tỷ người trên thế giới không có nước sạch để uống và hàng tỷ người khác sống trong môi trường bị nhiễm bẩn nghiêm trọng
Ở nhiều nơi, người nghèo phải trả giá đắt hơn để có nước sạch, trong khi người dân ở các quốc gia phát triển chỉ cần mở vòi là có thể tiếp cận hàng trăm lít nước mỗi ngày. Sự chênh lệch này cho thấy nước không chỉ là vấn đề môi trường, mà còn là vấn đề kinh tế, xã hội và nhân quyền
Khác với dầu mỏ hay khí đốt – những thứ có thể thay thế bằng các loại năng lượng khác, nước thì không thể thay thế. Mỗi dân tộc, mỗi quốc gia đều phụ thuộc vào nước để đảm bảo nhu cầu sống cơ bản. Khi ô nhiễm ngày càng trầm trọng và nhu cầu nước tăng lên, nước sạch có nguy cơ trở thành tài nguyên quý giá bậc nhất hiện nay
Việc thiếu hiểu biết về các loại nước và quản lý kém khiến nước sạch càng trở nên khan hiếm, khiến câu hỏi “nước là gì” ngày càng mang tính sống còn
Nước không chỉ là một chất thiết yếu cho sự sống mà còn mang ý nghĩa biểu tượng sâu sắc trong nhiều nền văn hóa và triết học trên thế giới
Trong tư tưởng phương Tây
Nước gắn với sự sống, sự mềm mại nhưng mạnh mẽ, khả năng thích nghi và biến đổi liên tục. Plato (nhà triết học người Athens) cho rằng hình dạng của nước liên quan đến nhị thập diện, dạng hình học dễ dịch chuyển và gợi sự linh hoạt
Trong văn hóa phương Đông
Đạo gia xem nước là biểu tượng của đức khiêm nhường và sức mạnh mềm: “Không có gì mềm yếu hơn nước, nhưng để tấn công những thứ rắn chắc thì không gì vượt qua được nó.” Các bậc quân vương Trung Hoa xưa cũng từng nói: “Nước có thể chở thuyền, nước cũng có thể lật thuyền”
Điều thú vị là những triết lý hàng nghìn năm ấy lại hoàn toàn phù hợp với khoa học kỹ thuật ngày nay. Trong nguyên lý thủy lực hiện đại, nước dù mềm mại và dễ biến dạng, lại có thể tạo ra áp lực khổng lồ khi được dẫn qua các hệ thống ống và van thủy lực. Chính áp lực này giúp:
• Nâng những vật nặng hàng chục, thậm chí hàng trăm tấn trong máy xúc, cầu nâng, máy ép công nghiệp
• Cắt vật liệu một cách sắc ngọt chỉ bằng tia nước áp suất cao trong công nghệ cắt nước
Dù ở phương Tây hay phương Đông, nước luôn được tôn vinh như nguồn gốc của sự sống và là biểu tượng tinh thần có giá trị lâu dài và đều cố gắng trả lời câu hỏi nước là gì dưới lăng kính biểu tượng.
