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水は化学式H₂Oで表される無機化合物です。透明で無味無臭、ほぼ無色の化学物質です。地球上の河川、湖、海洋の主成分です。また、既知のすべての生物の体液であり、溶媒として機能します。水は極性分子であるため、強い分子間水素結合を起こし、これが物理的および化学的性質に大きく寄与しています。[ 19 ]食物エネルギーや有機微量栄養素ではないにもかかわらず、既知のすべての生命体にとって不可欠です。すべての生物に存在すること、化学的に安定していること、世界中に豊富に存在すること、分子サイズが小さいにもかかわらず極性が強いことから、水はしばしば「万能溶媒」と呼ばれます。[ 20 ]
地球の表面温度と圧力は水の三重点に比較的近いため、地球上には水が固体、液体、気体の3つの状態で存在します。[ 21 ]雨の形で降水を形成し、霧の形でエアロゾルを形成します。雲は、浮遊する水滴と氷（水の固体状態）で構成されています。細かく砕かれた結晶状の氷は、雪の形で降ることがあります。水の気体状態は蒸気または水蒸気です。
地球の表面の約71%は水で覆われており、その水の大部分（約96.5%）は海と海洋です。 [ 22 ]少量の水は、地下水（1.7%）、南極大陸とグリーンランドの氷河と氷冠（1.7%）、そして空気中の水蒸気、雲（空気中に浮遊する氷と液体の水から成る）、降水（0.001%）として存在します。[ 23 ] [ 24 ]水は蒸発、蒸散（蒸発散）、凝結、降水、流出という水循環を絶えず移動し、通常は海に到達します。
水は世界経済において重要な役割を果たしています。人間が使用する淡水の約70%は農業に使われています。[ 25 ]塩水や淡水での漁業は、世界の多くの地域で主要な食料源であり、現在もそうであり、世界のタンパク質の6.5%を供給しています。[ 26 ]石油、天然ガス、工業製品などの商品の長距離貿易の多くは、海、川、湖、運河を通って船で輸送されます。大量の水、氷、蒸気は、産業や家庭での冷暖房に使用されます。水は、鉱物と有機物の両方を含むさまざまな物質の優れた溶媒であり、そのため、工業プロセスや調理、洗濯に広く使用されています。水、氷、雪は、水泳、レジャーボート、ボートレース、サーフィン、スポーツフィッシング、ダイビング、アイススケート、スノーボード、スキーなど、多くのスポーツやその他の娯楽の中心でもあります。
「水」という単語は、古英語のwæterから来ており、これはゲルマン祖語の* watar (古ザクセン語のwatar、古フリジア語のwetir、オランダ語のwater、古高ドイツ語のwazzar、ドイツ語のWasser、vatn、ゴート語の𐍅𐌰𐍄𐍉 ( wato ) の語源でもある) に由来し、これはインド・ヨーロッパ祖語の* wod-or に由来し、語根* wed- ( '水' ; '濡れた' ) の接尾辞形である。[ 27 ]また、インド・ヨーロッパ祖語の語根を通じて、ギリシャ語のύδωρ ( ýdor ; 古代ギリシャ語のὕδωρ ( hýdōr ) から英語の' hydro- 'が派生)、ロシア語のвода́ ( vodá )、アイルランド語のuisce、アルバニア語のujëと同源である。
地球上に水が出現した時期を推定する要因の一つは、水が絶えず宇宙空間に逃げ出していることである。大気中の H 2 O 分子は光分解によって分解され、結果として生じた自由水素原子は、地球の重力から逃れることがある。地球が若く、質量が小さかった頃は、水はより容易に宇宙空間に失われていただろう。[ 28 ]水素やヘリウムのような軽い元素は、大気から絶えず漏れ出していると予想されるが、現代の大気中のより重い希ガスの同位体比は、初期の大気中のより重い元素でさえ、かなりの損失を受けていたことを示唆している。 [ 29 ]特に、キセノンは、時間の経過に伴う水の損失を計算するのに役立つ。キセノンは希ガスであるだけでなく（したがって、他の元素との化学反応によって大気から除去されることはない）、現代の大気中の 9 つの安定同位体の存在量を比較すると、地球は歴史の初期に、現代の海洋の体積とほぼ等しい量の水を失ったことが明らかになる。これは、冥王代と太古代の間に、月形成衝突のような大災害で起こった可能性が高い。 [ 30 ]
地球が形成された後期に地球上に存在した水は、月の形成衝突（約45億年前）によって破壊されたと考えられ、この衝突によって地球の地殻と上部マントルの大部分が蒸発し、若い惑星の周囲に岩石蒸気の大気が形成された。[ 31 ] [ 32 ]岩石蒸気は2000年以内に凝縮し、高温の揮発性物質が残され、その結果、二酸化炭素が大部分を占め、水素と水蒸気を含む大気が形成されたと考えられる。その後、 CO2大気の気圧上昇により、表面温度が230 ℃（446 °F）であったにもかかわらず、液体の水の海が存在した可能性がある。[ 33 ]冷却が続くと、CO2の大部分は沈み込みと海水への溶解によって大気から除去されたが、新たな表面サイクルとマントルサイクルが出現するにつれて、そのレベルは激しく変動した。[ 34 ]
地質学的証拠は、地球上に液体の水が存在していた時期を限定するのにも役立ちます。枕状玄武岩（海底噴火で形成された岩石の一種）のサンプルがイスア・グリーンストーンベルトから回収され、38億年前に地球上に水が存在していた証拠を提供しています。[ 35 ]カナダのケベック州にあるヌヴアギットゥク・グリーンストーンベルトでは、ある研究で38億年前[ 36 ]、別の研究で42億8000万年前[ 37 ]と年代測定された岩石が、これらの時代に水が存在していた証拠を示しています。[ 35 ]これより前に海が存在していたとしても、地質学的証拠はまだ発見されていません（これは、そのような潜在的な証拠が地殻のリサイクルなどの地質学的プロセスによって破壊されたためかもしれません）。さらに最近では、2020年8月に、研究者らは、地球の形成開始以来、海を満たすのに十分な水が常に地球上に存在していた可能性があると報告しました。[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]
岩石とは異なり、ジルコンと呼ばれる鉱物は風化や地質学的プロセスに対して非常に耐性があるため、地球のごく初期の状態を理解するために使用されています。ジルコンからの鉱物学的証拠は、地球の形成直後の44億400万±00万8000年前に液体の水と大気が存在していたことを示しています。[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]これは、地球の低温仮説が約44億年前から40億年前の間に水が凍るほど気温が低かったことを示唆しているため、ある種のパラドックスを示しています。 [ 45 ]オーストラリアの冥王代の岩石で見つかったジルコンの他の研究は、40億年前という早い時期にプレートテクトニクスが存在していたことを示しています。 [ 46 ]もしこれが真実であれば、それは、高温で溶融した表面と二酸化炭素で満たされた大気ではなく、地球の初期の地表は（断熱性の観点から）今日とほぼ同じであったことを意味します。プレートテクトニクスの作用により大量のCO2が閉じ込められ、温室効果が軽減され、地表温度が大幅に低下し、固体の岩石と液体の水が形成される。[ 47 ]
水（H₂O ）は極性無機化合物です。室温では無味無臭の液体で、わずかに青みがかったほぼ無色です。最も単純な水素カルコゲニドであり、これまでで最も研究されている化学化合物であり、他のどの液体よりも多くの物質を溶解する能力があるため、「万能溶媒」と呼ばれることもあります[ 48 ] [ 49 ]。ただし、非極性物質の溶解には弱いです[ 50 ] 。このため、「生命の溶媒」とも呼ばれています[ 51 ]。実際、自然界に存在する水には、ほとんどの場合、さまざまな溶解物質が含まれており、化学的に純粋な水を得るには特別な手順が必要です。水は、通常の地球環境下で固体、液体、気体の3つの状態で存在する唯一の一般的な物質です[ 52 ] 。
オキシダンとともに、水は化学化合物Hの2つの正式名称の1つである。2 O; [ 53 ]それはHの液相でもある2 O. [ 54 ]水のその他の一般的な状態は、固体相である氷と気体相である水蒸気または蒸気。熱を加えたり取り除いたりすると、凝固（水から氷）、融解蒸発（水から蒸気）、凝縮（蒸気から水）、昇華（氷から蒸気）、凝結（蒸気から氷）などの相転移が起こります。 [ 55 ]
水は、特定の温度範囲内で冷却されると膨張して密度が低下する数少ない一般的な物質の1つであり、液体の状態でそのような変化を示すことが知られている唯一の天然物質です。さらに、凍結すると密度が著しく低下するという点でも珍しいですが、この点では他に類を見ないわけではありません。[ d ]
1気圧では、 3.98 ℃（39.16 °F）で 最大密度999.972 kg/m 3 （62.4262 lb/cu ft）に達する。[ 57 ] [ 58 ]
その温度より低いが、凝固点である0 °C (32 °F)より高い温度では、水は凝固点に達するまで膨張し (密度が低くなる)、凝固点では液体の密度は999.8 kg/m 3 (62.4155 lb/cu ft)になります。水が3.98 °C (39.16 °F)まで冷えると、水の体積は減少します。[ 59 ]
水は凍って氷になると約9%膨張し、密度は917 kg/m 3 (57.25 lb/cu ft)になります。[ 60 ] [ 61 ]この膨張は巨大な圧力を生み出し、パイプを破裂させたり、岩を割ったりすることがあります。[ 62 ]固体としては、冷えると収縮して密度が高くなるという通常の挙動を示します。これらの特異な熱特性は、地球上の生命にとって重要な意味を持ちます。
湖や海では、4 °C (39 °F)の水は底に沈み、表面には氷が形成され、液体の水の上に浮かびます。この氷は下の水を断熱し、完全に凍結するのを防ぎます。この保護がなければ、湖に生息するほとんどの水生生物は冬の間死んでしまいます。[ 63 ]さらに、この異常な挙動は、地球の海洋全体に熱を分配する熱塩循環の重要な部分です。
水は反磁性体である。[ 64 ]相互作用は弱いが、超伝導磁石と相互作用することで顕著な相互作用を得ることができる。[ 64 ]
1気圧（atm）の圧力では、氷は0 ℃（32 °F）で溶け、水は凍り（固まり） 、水は100 ℃（212 °F）で沸騰または水蒸気が凝縮します。しかし、沸点以下でも、水は表面で蒸発によって水蒸気に変化することがあります（液体全体での気化は沸騰として知られています）。昇華と凝着も表面で起こります。[ 55 ]例えば、霜は冷たい表面に付着し、雪片はエアロゾル粒子または氷核への凝着によって形成されます。[ 65 ]凍結乾燥のプロセスでは、食品を凍らせてから低圧で保存し、表面の氷を昇華させます。[ 66 ]
融点と沸点は圧力に依存する。圧力に対する融点の変化率の良い近似式は、クラウジウス・クラペイロンの関係式によって与えられる。
どこそしては液体相と固体相のモル体積であり、はモル融解潜熱です。ほとんどの物質では、融解すると体積が増加するため、融解温度は圧力とともに上昇します。しかし、氷は水よりも密度が低いため、融解温度は低下します。[ 56 ]氷河では、十分な厚さの氷の下で圧力融解が発生し、氷底湖が形成されることがあります。[ 67 ] [ 68 ]
クラウジウス・クラペイロンの関係は沸点にも適用されますが、液体/気体転移では気相の密度が液体相よりはるかに低いため、沸点は圧力とともに上昇します。[ 69 ]水は深海や地下の高温でも液体の状態を保つことができます。例えば、イエローストーン国立公園のオールドフェイスフル間欠泉では、温度が205 ℃（401 °F）を超えます。[ 70 ]熱水噴出孔では、温度が400 ℃（752 °F）を超えることがあります。[ 71 ]
海面では、水の沸点は100 °C (212 °F)です。高度が上がるにつれて気圧が低下するため、沸点は274メートルごとに 1 °C ずつ低下します。高地での調理は、海面での調理よりも時間がかかります。たとえば、1,524 メートル (5,000フィート)では、目的の結果を得るために調理時間を 4 倍にする必要があります。[ 72 ]逆に、圧力鍋を使用すると、沸騰温度を上げることで調理時間を短縮できます。[ 73 ]真空状態では、水は室温で沸騰します。[ 74 ]
圧力/温度相図（図を参照）には、固体と蒸気、蒸気と液体、液体と固体を分離する曲線があります。これらは、 3 つの相すべてが共存できる三重点と呼ばれる 1 つの点で交わります。三重点は、温度273.16 K（0.01 °C、32.02 °F）、圧力611.657 パスカル（0.00604 atm、0.0887 psi）にあります。[ 75 ]これは、液体の水が存在できる最低圧力です。2019年までは、三重点はケルビン温度スケールを定義するために使用されていました。[ 76 ] [ 77 ]
水/蒸気相曲線は、647.096 K (373.946 °C; 705.103 °F)および22.064 メガパスカル (3,200.1 psi; 217.75 atm)で終了します。[ 78 ]これは臨界点として知られています。より高い温度と圧力では、液体相と蒸気相が連続相を形成し、これを超臨界流体と呼びます。これは、気体のような密度と液体のような密度の間で徐々に圧縮または膨張することができ、その特性 (周囲の水の特性とはかなり異なります) は密度に敏感です。たとえば、適切な圧力と温度では、ほとんどの有機化合物を含む非極性化合物と自由に混合できます。このため、高温電気化学や、有機化合物を含む化学反応における環境に優しい溶媒または触媒として、さまざまな用途で役立ちます。地球のマントルでは、鉱物の形成、溶解、沈殿の際に溶媒として機能します。[ 79 ] [ 80 ]
地球表面の通常の氷の形態は氷 I hであり、これは六方対称の結晶を形成する相です。立方結晶対称の別の氷 I cは、上層大気で発生する可能性があります。[ 81 ]圧力が上昇すると、氷は他の結晶構造を形成します。2024 年現在、20 種類が実験的に確認されており、さらにいくつかが理論的に予測されています。[ 82 ] 18 番目の氷の形態である氷 XVIII は、面心立方構造の超イオン氷相であり、水滴が衝撃波にさらされ、水の圧力が数百万気圧、温度が数千度に上昇したときに発見されました。その結果、水素原子が自由に流れる、剛性の酸素原子の構造が形成されました。[ 83 ] [ 84 ]グラフェンの層の間に挟まれると、氷は正方格子を形成します。[ 85 ]
液体の水の化学的性質の詳細はよく理解されていません。いくつかの理論では、その特異な挙動は2つの液体状態の存在によるものだと示唆されています。[ 58 ] [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ]
純水は通常、無味無臭と表現されますが、人間は口の中に水があることを感じ取れる特別な感覚器官を持っており[ 89 ] [ 90 ]、カエルは匂いを嗅ぐことができることが知られています[ 91 ] 。しかし、通常の水源（ミネラルウォーターを含む）の水には通常、さまざまな味や匂いを与える多くの溶解物質が含まれています。人間や他の動物は、塩分が多すぎたり腐敗した水を避けるために、水の飲用適性を評価する感覚を発達させてきました[ 92 ] 。
純水は、約 600〜800 nmの領域で光を吸収するため、目に見える青色をしています。 [ 93 ]この色は、昼光下で純白の背景に置かれた水道水の入ったグラスで簡単に観察できます。この色の原因となる主な吸収帯は、O–H 伸縮振動の倍音です。色の見かけの強度は、ベールの法則に従って、水柱の深さとともに増加します。これは、たとえば、光源がプールの白いタイルから反射された太陽光であるスイミングプールにも当てはまります。
自然界では、浮遊物質や藻類の存在により、色が青から緑に変化することもある。
工業分野では、近赤外分光法は水溶液に用いられます。これは、水の低次倍音の強度が大きいため、光路長の短いガラス製キュベットを使用できるからです。水または水溶液の基本伸縮吸収スペクトルを約 3,500 cm −1 (2.85 μm) [ 94 ]付近で観測するには、約 25 μm の光路長が必要です。また、キュベットは 3,500 cm −1付近で透明であり、かつ水に不溶性である必要があります。フッ化カルシウムは、水溶液用のキュベット窓によく使用される材料の 1 つです。
ラマン活性な基本振動は、例えば1cm の試料セルを用いて観測することができる。
水生植物、藻類、その他の光合成生物は、太陽光が届くため、数百メートルもの深さの水中でも生息できます。一方、水深1,000メートル（3,300フィート）より深い海域には、ほとんど太陽光が届きません。
液体の水の屈折率（ 20 ℃で1.333 ）は、空気（1.0 ）よりもはるかに高く、アルカンやエタノールと同程度ですが、グリセロール（1.473）、ベンゼン（1.501）、二硫化炭素（1.627）、および一般的なガラス（1.4～1.6）よりは低くなっています。氷の屈折率（1.31）は液体の水よりも低くなっています。
水分子では、水素原子は酸素原子と104.5°の角度を形成します。水素原子は、酸素を中心とする正四面体の2つの頂点に近い位置にあります。他の2つの頂点には、結合に関与しない価電子の孤立電子対があります。完全な正四面体では、原子は109.5°の角度を形成しますが、孤立電子対間の反発は水素原子間の反発よりも大きくなります。[ 95 ] [ 96 ] O–H結合長は約0.096 nmです。[ 97 ]
他の物質は四面体分子構造を持ち、例えばメタン（CH）4）および硫化水素（H2 S)。しかし、酸素は電気陰性度がため、酸素原子は負の部分電荷を持ち、水素原子は部分的に正電荷を持ちます。曲がった構造と相まって、これにより分子は電気双極子モーメント極性分子に分類されます。 [ 98 ]
水は優れた極性溶媒であり、多くの塩類や、糖類やエタノールなどの単純アルコールといった親水性有機分子を溶解します。また、酸素や二酸化炭素といった多くの気体も溶解します。二酸化炭素は炭酸飲料、スパークリングワイン、ビールの泡立ちの原因となります。さらに、タンパク質、DNA、多糖類など、生物体内の多くの物質も水に溶解します。水とこれらの生体高分子のサブユニットとの相互作用は、タンパク質の折り畳み、DNAの塩基対形成、その他生命にとって重要な現象（疎水性効果）を形作ります。
多くの有機物質（脂肪や油、アルカンなど）は疎水性、つまり水に溶けにくい性質を持つ。多くの無機物質も水に溶けにくく、ほとんどの金属酸化物、硫化物、ケイ酸塩などが含まれる。
極性のため、液体または固体状態の水分子は、隣接する分子と最大4つの水素結合を形成できます。水素結合は、ほとんどの液体で分子同士を引き付けるファンデルワールス力の約10倍の強さです。これが、水の融点と沸点が硫化水素などの他の類似化合物よりもはるかに高い理由です。また、比熱容量（約4.2 J /(g·K)）、融解熱（約333 J/g）、蒸発熱（2257 J/g）、熱伝導率（0.561～0.679 W/(m·K)）が非常に高い理由も説明できます。これらの特性により、水は熱を蓄え、海洋と大気の間で熱を輸送することで、地球の気候を緩和するのに効果的です。水の水素結合は約23 kJ/molです（共有結合のO–H結合は492 kJ/mol）。このうち、90%は静電気によるものと推定され、残りの10%は部分的に共有結合によるものと推定される。[ 99 ]
これらの結合は、水の高い表面張力[ 100 ]と毛細管力の原因です。毛細管現象とは、水が重力に逆らって細い管を上昇する傾向のことです。この性質は、樹木などのすべての維管束植物に利用されています。[ 101 ]
水は水酸化水素イオンの弱溶液であり、2H の平衡が存在する。2 O⇌H3 O ++ OH −生成したヒドロニウムイオンと水酸化物イオンの溶媒和と組み合わさって。[ 103 ]
純水は電気伝導率が低いが、食塩などの少量のイオン性物質が溶解すると電気伝導率は上昇する。
液体の水は、電流を流すことで水素と酸素の元素に分解できます。このプロセスは電気分解と呼ばれます。この分解には、逆のプロセスで放出される熱（285.8 kJ/ mol 、または15.9 MJ/kg）よりも多くのエネルギー入力が必要です。[ 104 ]
液体の水はほとんどの場合、非圧縮性であるとみなすことができる。その圧縮率は4.4から 通常の状態では5.1 × 10 −10 Pa −1 です。 [ 105 ] 圧力が 400 atm である水深4 km の海洋でも、水の体積は 1.8% しか減少しません。 [ 106 ]
水の粘度は、20 °C (68 °F) で約 10 −3 Pa· s または 0.01 ポアズであり、液体の水の音速は温度によって1,400 ～ 1,540メートル毎秒 (4,600 ～ 5,100 フィート毎秒) の範囲です。音は水中では減衰が少なく長距離を伝わり、特に低周波数 (1 kHzで約 0.03 dB /km ) では減衰が少なく、この特性はクジラ類や人間がコミュニケーションや環境センシング (ソナー) に利用しています。[ 107 ]
水素よりも電気陽性度が高い金属元素、特にアルカリ金属[ 108 ]、そして程度は低いもののアルカリ土類金属[ 109 ]は、水から水素を置換し、水酸化物を形成して水素を放出します。
高温では、炭素の一種であるコークスが水蒸気と反応して一酸化炭素と水素を生成する。[ 110 ]
水文学とは、地球全体における水の移動、分布、および水質を研究する学問である。水の分布を研究する学問は水文地質学であり、地下水の分布と移動を研究する学問は水文地質学、氷河を研究する学問は氷河学、内水域を研究する学問は陸水学、海洋の分布を研究する学問は海洋学である。生態水文学は、水文学に関連する生態学的プロセスに焦点を当てた学問である。
惑星の表面上、表面下、表面上に存在する水の総量を水圏と呼びます。地球の水のおおよその体積（世界の水の総量）は13億8600万立方キロメートル（3億3300万立方マイル）です。[ 23 ]
液体の水は、海、湖、川、小川、運河、池、水たまりなどの水域に存在します。地球上の水の大部分は海水です。水は、大気中にも固体、液体、気体の状態で存在しています。また、帯水層には地下水として存在します。
水は多くの地質学的プロセスにおいて重要な役割を果たしています。ほとんどの岩石には地下水が存在し、この地下水の圧力は断層のパターンに影響を与えます。マントル内の水は、沈み込み帯で火山を形成する溶融の原因となります。地球の表面では、水は化学的風化と物理的風化の両方のプロセスにおいて重要な役割を果たしています。水、そして程度は低いものの重要な氷は、地球の表面で起こる大量の堆積物の輸送にも関与しています。輸送された堆積物の堆積によって、地球の歴史の地質記録を構成する多くの種類の堆積岩が形成されます。
水循環（科学的には水文循環として知られる）とは、大気、土壌水、地表水、地下水、植物の間で、水圏内で水が絶えず交換される現象のことである。
水は、以下の輸送プロセスからなる水循環において、これらの各地域を絶えず移動します。
主に海洋に存在する水蒸気のほとんどは海洋に戻りますが、風によって陸地に運ばれる水蒸気は、海への流出と同じ速度で年間約47 Ttに達し、陸地での蒸発と蒸散によっても年間72 Ttが加わります。降水量は、陸地で年間119 Ttに達し、雨、雪、雹などいくつかの形態があり、霧や露も寄与しています。[ 111 ]露は、高密度の水蒸気が冷たい表面に触れたときに凝結した小さな水滴です。露は通常、気温が最も低い朝、日の出直前、地表の温度が上昇し始めるときに形成されます。[ 112 ]空気中の凝結した水は、太陽光を屈折させて虹を生成することもあります。
雨水は流域に流れ込み、河川に注ぎ込むことが多い。浸食作用によって、雨水は環境を形成し、河川の谷や三角州を作り、そこに肥沃な土壌と平地が生まれ、人口密集地の形成に適した場所となる。洪水は、河川が氾濫したり、高潮が発生したりして、通常は低地である土地が水で覆われる現象である。一方、干ばつは、ある地域で水供給が不足する数ヶ月または数年にわたる長期にわたる期間である。これは、地形や緯度による位置関係から、ある地域で降水量が継続的に平均を下回る場合に発生する。
水資源とは、例えば飲料水や灌漑用水源として人間にとって潜在的に有用な天然の水資源のことです。 [ 113 ]水は「ストック」と「フロー」の両方の形で存在します。水は湖、水蒸気、地下水または帯水層、氷や雪として貯蔵されます。世界の淡水の総量のうち、推定69パーセントが氷河と永久積雪に貯蔵され、30パーセントが地下水に、残りの1パーセントが湖、河川、大気、生物に貯蔵されています。[ 114 ]水の貯蔵期間は非常に変動的です。一部の帯水層は数千年にわたって貯蔵された水で構成されていますが、湖の量は季節によって変動し、乾燥期には減少し、湿潤期には増加します。一部の地域の水供給のかなりの部分はストックに貯蔵された水から取水された水で構成されており、取水量が涵養量を上回るとストックが減少します。一部の推定によると、灌漑用水の総量の30パーセントは、持続不可能な地下水取水に由来しており、地下水の枯渇を引き起こしている。[ 115 ]
海水には平均して約3.5%の塩化ナトリウムが含まれており、その他にも少量の物質が含まれています。海水の物理的性質は、いくつかの重要な点で淡水とは異なります。海水はより低い温度（約-1.9 ℃ ）で凍結し、密度は氷点まで温度が下がるにつれて増加します。一方、淡水では氷点以上の温度で最大密度に達します。主要な海の塩分濃度は、バルト海の約0.7%から紅海の4.0%まで変化します。（塩分濃度が30～40%と非常に高いことで知られる死海は、実際には塩湖です。）
潮汐とは、月と太陽の潮汐力が海洋に作用することによって生じる、局地的な海面の周期的な上昇と下降のことです。潮汐は、海洋や河口域の水深を変化させ、潮汐流と呼ばれる振動する流れを生み出します。特定の場所で生じる潮汐の変化は、地球に対する月と太陽の位置の変化と、地球の自転および局地的な海底地形の影響が組み合わさった結果です。満潮時に水没し、干潮時に露出する海岸線、すなわち潮間帯は、海洋潮汐が生み出す重要な生態学的産物です。
生物学的観点から見ると、水は生命の増殖に不可欠な多くの特徴的な性質を持っています。水は有機化合物が反応し、最終的に複製を可能にすることで、この役割を果たします。既知のすべての生命体は水に依存しています。水は、体内の多くの溶質が溶解する溶媒として、また体内の多くの代謝過程の不可欠な部分として、どちらも不可欠です。代謝は同化作用と異化作用の総称です。同化作用では、より大きな分子（例えば、燃料や情報の貯蔵のためのデンプン、トリグリセリド、タンパク質）を生成するために、分子から水が除去されます（酵素化学反応を必要とするエネルギーによって）。異化作用では、より小さな分子（例えば、エネルギー利用やその他の目的のための燃料として使用されるグルコース、脂肪酸、アミノ酸）を生成するために水が使用されます。水がなければ、これらの特定の代謝過程は存在し得ません。
水は光合成と呼吸の両方に不可欠です。光合成細胞は太陽エネルギーを利用して、水から水素を酸素から分離します。[ 116 ]日光が存在すると、水素はCOと結合します。2（空気または水から吸収）してグルコースを生成し、酸素を放出する。 [ 117 ]すべての生細胞はこのような燃料を使用し、水素と炭素を酸化して太陽エネルギーを捕捉し、水とCOを2.その過程（細胞呼吸）において。
水は酸塩基中性や酵素機能にも不可欠である。酸とは水素イオン（H +）のことである。（すなわちプロトン）供与体は、塩基、例えば水酸化物イオン（OH⁻ ）などのプロトン受容体によって中和される。）から水が生成される。水は中性と考えられており、理想的な状態ではpH（水素イオン濃度の負の対数）は7である。酸はpH値が7未満であり、塩基はpH値が7より大きい。
地球の表面水は生命に満ち溢れています。最も初期の生命体は水中で出現し、ほとんどすべての魚類は水中でのみ生活し、イルカやクジラなどの海洋哺乳類も数多く存在します。両生類などの一部の動物は、一生のうちの一部を水中で、残りの一部を陸上で過ごします。昆布や藻類などの植物は水中で生育し、一部の水中生態系の基盤となっています。プランクトンは一般的に海洋食物連鎖の基盤です。
水生脊椎動物は生存するために酸素を得る必要があり、その方法は様々です。魚類は肺の代わりに鰓を持っていますが、肺魚のように両方を持つ種もいます。イルカ、クジラ、カワウソ、アザラシなどの海洋哺乳類は、定期的に水面に浮上して呼吸する必要があります。両生類の中には、皮膚を通して酸素を吸収できるものもいます。無脊椎動物は、酸素濃度の低い水で生き残るために、呼吸管（昆虫や軟体動物のサイフォンを参照）や鰓（イシモチ属）など、幅広い形態変化を示します。しかし、無脊椎動物は水生環境で進化してきたため、ほとんどの種は水中での呼吸に特化していません。
文明は歴史的に河川や主要な水路の周辺で栄えてきました。いわゆる文明のゆりかごの一つであるメソポタミアは、主要な河川であるティグリス川とユーフラテス川の間に位置し、古代エジプト社会はナイル川に完全に依存していました。初期のインダス文明（紀元前3300年頃～紀元前1300年頃）は、インダス川とその支流沿いに発展し、ヒマラヤ山脈から流れ出ていました。ローマもまた、イタリアのテヴェレ川のほとりに建設されました。ロッテルダム、ロンドン、モントリオール、パリ、ニューヨーク、ブエノスアイレス、上海、東京、シカゴ、香港といった大都市は、水路による容易なアクセスと、それに伴う貿易の拡大によって成功を収めてきました。シンガポールのような安全な港を持つ島も、同じ理由で繁栄しています。北アフリカや中東など、水資源がより乏しい地域では、清潔な飲料水へのアクセスは、これまでも、そして現在も、人間の発展における重要な要素となっている。
人間が飲用できる水は、飲料水または飲用水と呼ばれます。飲用できない水は、ろ過や蒸留、またはその他のさまざまな方法によって飲用可能になります。6億6000万人以上が安全な飲料水を利用できません。[ 118 ] [ 119 ]
飲用には適さないが、水泳や入浴に使用しても人体に害のない水は、飲料水や飲用水以外のさまざまな名称で呼ばれ、安全な水、または「入浴に安全な水」と呼ばれることもあります。塩素は皮膚や粘膜を刺激する物質で、入浴や飲用に安全な水を作るために使用されます。その使用は高度な技術を要し、通常は政府の規制によって監視されています（飲料水の場合は通常100万分の1（ppm）、入浴用水の場合は不純物と反応していない塩素が1～2ppm）。入浴用水は、塩素やオゾンなどの化学消毒剤、または紫外線を使用して、良好な微生物学的状態を維持することができます。
水の再生とは、廃水（最も一般的には下水、または都市廃水とも呼ばれる）を他の用途に再利用できる水に変換するプロセスです。 水不足の国には23億人が住んでおり、これは一人当たり年間1,700立方メートル（60,000立方フィート）未満の水しか受け取っていないことを意味します。世界中で毎年3,800億立方メートル（13 × 10 ^ 12立方フィート）の都市廃水が発生しています。 [ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]
淡水は再生可能な資源であり、自然の水循環によって再循環されますが、空間と時間における自然な不均等な分布、農業や産業による経済的需要の増加、人口増加により、淡水へのアクセスに対する圧力が生じています。現在、世界中で約10億人が安全で手頃な価格の水にアクセスできていません。2000年、国連は、安全な水と衛生設備を利用できない世界人口の割合を2015年までに半減させるというミレニアム開発目標を水に関して設定しました。この目標に向けた進捗は不均一であり、2015年に国連は、2030年までに安全で手頃な価格の水と衛生設備への普遍的なアクセスを達成するという持続可能な開発目標にコミットしました。水質の悪さと劣悪な衛生状態は致命的であり、年間約500万人が水関連の病気で死亡しています。世界保健機関は、安全な水があれば、毎年140万人の子どもが下痢で死亡するのを防ぐことができると推定しています。 [ 123 ]
発展途上国では、都市下水の90%が未処理のまま地元の河川や小川に流れ込んでいる。[ 124 ]世界の人口の約3分の1を占める約50か国が中程度または深刻な水不足に苦しんでおり、そのうち17か国は自然の水循環によって補充されるよりも多くの水を毎年取水している。[ 125 ]この負荷は河川や湖などの地表淡水域に影響を与えるだけでなく、地下水資源も劣化させる。
人間による水の最も大きな利用は農業であり、灌漑農業もその一つで、人間の水消費量全体の80～90パーセントを占めています。[ 127 ]米国では、使用のために取水される淡水の42パーセントが灌漑用ですが、「消費される」（使用され、環境に戻されない）水の大部分は農業用です。[ 128 ]
淡水へのアクセスは、特に高度な水収集、浄化、供給、廃水処理システムを構築した先進国では、しばしば当然のことと考えられています。しかし、経済、人口、気候の圧力の高まりにより、水問題への懸念が高まり、限られた水資源をめぐる競争が激化し、ピークウォーターの概念が生まれています。[ 129 ]人口と経済が成長し続け、水を大量に消費する肉の消費が拡大し、バイオ燃料や新たな水集約型産業への新たな需要が高まるにつれて、新たな水問題が発生する可能性が高くなります。[ 130 ]
2007年、スリランカの国際水管理研究所は、増加する人口に食料を供給するのに十分な水が世界にあるかどうかを調べるため、農業における水管理の評価を実施した。 [ 131 ]この評価では、世界規模で農業用水の現在の利用可能性を評価し、水不足に悩む地域を地図上に示しました。その結果、世界人口の5分の1、12 億人以上が、すべての需要を満たすのに十分な水がない物理的な水不足 地域に住んでいることがわかりました。さらに16億人が、水への投資不足や人的能力の不足により、当局が水の需要を満たすことができない経済的な水不足を経験している地域に住んでいます。報告書では、将来必要となる食料を生産することは可能だが、今日の食料生産と環境傾向が続けば、世界の多くの地域で危機が生じるだろうと結論付けています。世界的な水危機を回避するためには、農家は食料に対する増大する需要を満たすために生産性を向上させる努力をしなければならず、産業界や都市は水をより効率的に使用する方法を見つける必要があります。[ 132 ]
水不足は、水を大量に消費する製品の生産によっても引き起こされます。例えば、綿花の場合、1kg の綿花（ジーンズ1本分に相当）を生産するには10.9立方メートル（380立方フィート）の水が必要です。綿花は世界の水使用量の2.4%を占めていますが、その水はすでに水不足のリスクにさらされている地域で消費されています。深刻な環境被害も発生しています。例えば、旧ソ連が綿花生産のためにアムダリヤ川とシルダリヤ川から水を転用したことが、アラル海の消失の主な原因となりました。[ 133 ]
1795年4月7日、フランスではグラムが「100分の1メートルの立方体に等しい体積の純水の絶対重量で、氷が溶ける温度にあるもの」と定義された。[ 134 ]しかし、実用上、グラムの1000倍の質量を持つ金属基準、キログラムが必要だった。そのため、1リットルの水の質量を正確に測定する作業が委託された。グラムの定義では、再現性の高い温度である0 ℃（32 °F）の水が指定されていたにもかかわらず、科学者たちは基準を再定義し、当時4 ℃（39 °F）と測定された水の密度が最も高い温度で測定を行うことを選択した。[ 135 ]
SI単位系のケルビン温度目盛は、水の三重点（正確には273.16 K（0.01 °C、32.02 °F）と定義）に基づいていましたが、2019年5月現在、ボルツマン定数に基づいています。この目盛は絶対温度目盛であり、摂氏温度目盛と同じ増分を持ちます。摂氏温度目盛はもともと水の沸点（100 °C（212 °F）に設定）と融点（0 °C（32 °F）に設定）に基づいて定義されていました。
天然水は主に水素1と酸素16の同位体から構成されていますが、少量の重同位体である酸素18、酸素17、および水素2（重水素）も含まれています。重同位体の割合は非常に小さいものの、水の性質に影響を与えます。河川や湖の水は、海水に比べて重同位体の含有量が少ない傾向があります。そのため、標準水はウィーン標準平均海水規格で定義されています。
人体には、年齢、性別、体格によって異なるものの、平均して50～60%の水分が含まれていますが、個人によっては45%から75%の範囲で変動する場合があります。[ 136 ]米国科学・工学・医学アカデミーは、成人男性には1日あたり3.7リットル（0.98 USガロン） 、女性には2.7リットル（0.71 USガロン）の水分摂取を推奨しています。[ 137 ]正確な摂取量は、活動レベル、気温、湿度、その他の要因によって異なります。このうち大部分は、水以外の食品や飲料から摂取されます。[ 138 ]医学文献では、運動や温暖な気候による水分損失による追加的な必要量を除き、平均的な男性で通常1リットルの水という、より少ない摂取量を推奨しています。[ 139 ]
健康な腎臓は1時間に0.8～1リットルの水を排泄できますが、運動などのストレスによってこの量が減少することがあります。運動中は必要以上に水を飲んでしまい、水中毒（過剰水分摂取）のリスクが高まり、命に関わることもあります。[ 140 ] [ 141 ]「1日に8杯の水を飲むべきだ」という一般的な主張には、科学的な根拠がほとんどないようです。[ 142 ]研究によると、特に食事時に最大500ミリリットル（18 imp fl oz; 17 US fl oz）の余分な水分摂取は、体重減少と関連していることが示されています。 [ 143 ] [ 144 ]適切な水分摂取は便秘の予防に役立ちます。[ 145 ]
米国国立研究評議会の食品栄養委員会が1945年に発表した水分摂取に関する最初の勧告は、「様々な人に対する一般的な基準は、食品1カロリーあたり1ミリリットルである。この量の大部分は調理済み食品に含まれている」というものであった。[ 146 ]米国国立研究評議会による最新の食事摂取基準報告書では、米国調査データ（食品源を含む）の中央値の総水分摂取量に基づいて、男性は3.7リットル（0.81英ガロン、0.98米ガロン） 、女性は2.7リットル（0.59英ガロン、0.71米ガロン）の総水分摂取量を推奨しており、食品に含まれる水分が調査における総水分摂取量の約19%を占めていることを指摘している。[ 147 ]
特に、妊娠中および授乳中の女性は、水分補給を維持するために追加の水分を必要とします。米国医学研究所は、平均して男性は3 リットル (0.66英ガロン、0.79米ガロン)、女性は2.2 リットル (0.48英ガロン、0.58米ガロン)を摂取することを推奨しています。妊娠中の女性は摂取量を2.4 リットル (0.53英ガロン、0.63米ガロン)に増やし、授乳中の女性は 3 リットル (12 カップ) を摂取する必要があります。これは、授乳中に特に多くの水分が失われるためです。[ 137 ]また、通常、水分摂取量の約 20% は食物から得られ、[ 148 ] [ 149 ]残りは飲料水や飲料 (カフェイン入りを含む) から摂取されることも指摘されています。[ 149 ]水分はさまざまな形で体から排出されます。尿や糞便、発汗、呼気中の水蒸気の排出によって水分が失われます。[ 150 ]肉体的な運動や熱にさらされると、水分損失が増加し、1日の水分必要量も増加する可能性があります。[ 151 ]
人間は不純物の少ない水を必要とします。一般的な不純物には、銅や鉛などの金属[ 152 ] 、農薬、PFAS、漂白剤などの化学物質[ 153 ] [ 152 ] 、カンピロバクター、大腸菌O157、ビブリオなどの有害な細菌[ 154 ]などがあります。一部の溶質は、味を向上させたり、必要な電解質を供給したりするために許容され、望ましい場合もあります[ 155 ]。
洗浄は、通常水と石鹸または洗剤を使用して行う清掃方法です。身体と衣服の両方を定期的に洗浄し、すすぐことは、良好な衛生と健康の重要な部分です。[ 157 ] [ 158 ] [ 159 ]
人々は油分や汚れの粒子を乳化させて洗い流しやすくするために、石鹸や洗剤をよく使用します。石鹸は直接塗布することも、布巾やスポンジなどの洗浄用具を使って塗布することもできます。
社会的な文脈では、洗浄とは入浴、または手、髪、顔などの体のさまざまな部分を洗う行為を指します。洗いすぎると髪が傷んでフケが出たり、肌が荒れたり皮膚病変を引き起こしたりする可能性があります。[ 160 ] [ 161 ]キリスト教やユダヤ教などの宗教では、浄化の行為として、体の洗浄が儀式的に行われることもあります。
洗浄とは、物を洗うことも指します。例えば、衣類やシーツなどの布製品を洗ったり、食器や調理器具を洗ったりすることです。物を清潔に保つことは、特に食品や皮膚に触れる物の場合、衛生面に役立ちます。また、汚れた物の清潔さと耐久性を維持することに重点を置いた洗浄もあります。例えば、車の外装にカーシャンプーを泡立てて洗ったり、汚れた作業で使用した道具を洗ったりすることです。
海上輸送（または海洋輸送）またはより一般的には水上輸送とは、水路を介して人（乗客）または物（貨物）を輸送することです。船舶による貨物輸送は、陸上輸送よりも乗客と貨物の輸送能力が高いため、記録された歴史を通じて広く利用されてきました。陸上輸送は、地形条件や道路/鉄道インフラの影響を受けるため、通常、単位積載量あたりのコストが高くなります。20 世紀の航空の出現により、乗客にとっての海上旅行の重要性は低下しましたが、短距離旅行や遊覧クルーズでは依然として人気があります。船舶による輸送は、航空機や陸上車両（道路と鉄道の両方）による輸送よりもはるかに安価ですが、長距離の旅では著しく時間がかかり、適切な港湾施設に大きく依存します。 [ 162 ] 2020 年のUNCTADによると、海上輸送は国際貿易の約 80% を占めています。
海上輸送は、海洋、湖、河川、運河など、ボート、船舶、はしけが航行可能な水域がつながっている限り、どんな距離でも実現可能です。輸送は商業、レクリエーション、軍事目的など様々な用途があり、初期の造船技術や河川工学が開発されて以来、様々な文明で運河時代が到来し、人類社会の物流において重要な側面となっています。今日では内陸水運の重要性は低下していますが、多くの運河を含む世界の主要な水路は依然として非常に重要であり、世界経済の不可欠な部分となっています。特に、あらゆる物質を水で輸送できますが、様々な種類の生鮮食品のように、時間的制約のある物質の輸送には水上輸送は非現実的になります。それでも、消費財の海洋横断輸送など、定期的にスケジュールできる貨物、特に石炭、コークス、鉱石、穀物などの重量物やばら積み貨物の輸送には、水上輸送は非常に費用対効果が高いと言えます。おそらく、産業革命が最初に影響を与えたのは、運河、航行、またはあらゆる種類の船舶による自然の水路での安価な水上輸送が、費用対効果の高い大量輸送を支えた分野であろう。
コンテナ化は1970年代から海上輸送に革命をもたらしました。「一般貨物」には、箱、ケース、パレット、樽などに梱包された商品が含まれます。貨物が複数の輸送モードで輸送される場合、それは複合一貫輸送または共一貫輸送と呼ばれます。
水は化学反応において溶媒または反応物として広く用いられ、溶質または触媒として用いられることは比較的少ない。無機反応では、水は一般的な溶媒であり、多くのイオン化合物や、アンモニアなどの極性化合物、および水と密接に関連する化合物を溶解する。有機反応では、反応物をうまく溶解せず、両性（酸性および塩基性）で求核性であるため、通常は反応溶媒として用いられない。しかしながら、これらの性質が望ましい場合もある。また、水によるディールス・アルダー反応の促進も観察されている。近年、超臨界水が研究対象となっている。酸素飽和超臨界水は、有機汚染物質を効率的に燃焼させる。
水と蒸気は、入手しやすく熱容量も大きいため、冷却と加熱の両方において熱交換によく使われる流体です。冷水は湖や海から自然に得られることもあります。水の蒸発潜熱が大きいため、水の蒸発と凝縮による熱輸送に特に効果的です。欠点としては、鉄鋼や銅など、産業で一般的に使用される金属は、未処理の水や蒸気によってより速く酸化されることが挙げられます。ほぼすべての火力発電所では、水は作動流体（ボイラー、蒸気タービン、復水器間の閉ループで使用）および冷却材（廃熱を水域に放出したり、冷却塔で蒸発させて除去したりするために使用）として使用されます。米国では、発電所の冷却が水の最大の使用用途となっています。[ 163 ]
原子力発電業界では、水は中性子減速材としても使用されます。ほとんどの原子炉では、水は冷却材と減速材の両方の役割を果たします。これは、原子炉から水を取り除くことで核反応の速度も遅くなるため、一種の受動的な安全対策となります。しかし、反応を停止させるには他の方法が好まれ、十分な冷却を確保するために原子炉炉心を水で覆っておくことが望ましいとされています。
水は蒸発熱が高く、比較的反応性が低いため、消火剤として優れています。水の蒸発によって火元から熱が奪われるからです。しかし、油や有機溶剤が原因の火災に水を使用するのは危険です。多くの有機物は水に浮き、水によって燃えている液体が拡散してしまうからです。
消火活動に水を使用する際には、密閉された空間で非常に高温の火災に水を使用した場合に発生する可能性のある蒸気爆発や、特定の金属や石炭、木炭、コークス黒鉛などの高温の炭素といった水と反応する物質が水を分解して水性ガスを生成する際に発生する水素爆発の危険性も考慮に入れる必要がある。
こうした爆発の威力はチェルノブイリ原発事故で明らかになったが、この事故で発生した水は消火活動に使われたものではなく、原子炉自身の冷却水システムから流れ出たものだった。炉心の過熱によって水が瞬間的に蒸気になった際に水蒸気爆発が起こった。水蒸気と高温のジルコニウムが反応した結果、水素爆発が起こった可能性もある。
アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物など、一部の金属酸化物は水と反応して非常に多くの熱を発生するため、火災の危険性が生じる可能性があります。アルカリ土類酸化物である生石灰（酸化カルシウムとも呼ばれる）は大量生産される物質で、紙袋に入れて輸送されることが多いです。これらの袋が水に濡れると、内容物が水と反応して発火する可能性があります。[ 164 ]
人間は、レクリエーションだけでなく、運動やスポーツにも水を利用します。水泳、水上スキー、ボート、サーフィン、ダイビングなどがその例です。また、アイスホッケーやアイススケートなど、氷上で行われるスポーツもあります。湖畔、ビーチ、ウォーターパークは、人々がリラックスしたりレクリエーションを楽しんだりするのに人気の場所です。流れる水の音や見た目に心を落ち着かせる人も多く、噴水などの水が流れる構造物は人気の装飾となっています。観賞用、娯楽用、そして仲間として、水槽や池で魚やその他の動植物を飼育する人もいます。人間は、スキー、そり滑り、スノーモービル、スノーボードなどのスノースポーツにも水を利用します。これらのスポーツでは、水が氷または雪に結晶化して低温である必要があります。
水道事業は、家庭や産業向けに飲料水と廃水処理サービス（下水処理を含む）を提供しています。給水施設には、井戸、雨水貯留槽、給水ネットワーク、浄水施設、貯水槽、給水塔、古い水道橋を含む水道管などがあります。大気水生成装置も開発中です。
飲料水は、湧水から採取したり、地中に掘った人工の井戸から汲み上げたり、湖や川から汲み上げたりすることが多い。帯水層が十分な流量を供給できると仮定すれば、適切な場所に井戸を増設することは、より多くの水を得るための有効な手段となり得る。その他の水源としては、雨水の収集などがある。飲料水は、人間が飲むためには浄化が必要な場合がある。これには、未溶解物質、溶解物質、有害な微生物の除去が含まれる。一般的な方法としては、未溶解物質のみを除去する砂ろ過があり、塩素処理と煮沸は有害な微生物を殺菌する。蒸留はこれら3つの機能をすべて果たす。逆浸透などのより高度な技術も存在する。沿岸部の乾燥気候では、豊富な海水からの脱塩がより高価な解決策として用いられる。
飲料水の供給は、自治体の水道システム、タンクローリーによる配送、またはボトル入り飲料水として行われます。多くの国の政府は、困窮者に無料で水を配布するプログラムを実施しています。
飲料水は人間の消費のみに使用し、使用量を削減することも一つの選択肢です。香港などの一部の都市では、淡水資源を節約するために、市内全域のトイレの洗浄に海水が広く使用されています。
水の汚染は、おそらく水資源の最大の誤用です。汚染物質が水のその他の利用を制限する限り、汚染者に利益があるかどうかに関わらず、資源の浪費となります。他の種類の汚染と同様に、これは市場コストの標準的な会計には含まれず、市場では考慮できない外部性として考えられています。したがって、他の人々が水質汚染の代償を支払う一方で、民間企業の利益は、この汚染の被害者である地域住民に再分配されません。人間が消費する医薬品はしばしば水路に流れ込み、生物濃縮され、生分解されない場合は、水生生物に有害な影響を与える可能性があります。
都市排水や産業排水は通常、下水処理場で処理されます。汚染された地表流出水の軽減は、さまざまな予防および処理技術によって行われます。
多くの工業プロセスは、水に溶解した化学物質を用いた反応、水スラリー中の固体懸濁液、あるいは水を用いて物質を溶解・抽出したり、製品や加工機器を洗浄したりすることに依存している。鉱業、化学パルプ製造、パルプ漂白、製紙、繊維生産、染色、印刷、発電所の冷却といったプロセスは大量の水を使用するため、専用の水源が必要となり、しばしば深刻な水質汚染を引き起こす。
水は発電に利用されます。水力発電とは、水力から得られる電気のことです。水力発電は、発電機に接続された水力タービンを水が回転させることで発電します。水力発電は、低コストで環境汚染のない再生可能エネルギー源です。エネルギーは水の動きによって供給されます。通常、川にダムが建設され、その背後に人工湖が作られます。湖から流れ出る水はタービンを通過し、発電機を回転させます。
加圧水は、ウォーターブラストやウォータージェットカッターに使用されます。高圧ウォーターガンは、精密な切断に用いられます。非常に効果的で、比較的安全であり、環境にも害を与えません。また、機械の冷却、過熱防止、鋸刃の過熱防止にも使用されます。
水は化学溶剤としての利用に加え、蒸気タービンや熱交換器など、多くの工業プロセスや機械にも使用されています。工業用途から未処理の水を排出することは汚染です。汚染には、排出される溶質（化学汚染）と排出される冷却水（熱汚染）が含まれます。産業界では多くの用途で純水が必要とされ、給水と排水の両方でさまざまな浄化技術が用いられています。
デジタル分野、特に人工知能は大量の水を使用するため、AIの拡大は「世界および各国の水安全保障を脅かす可能性がある」[ 165 ] 。
茹でる、蒸す、煮るなどの調理法は、食品を水または気体状態の蒸気に浸す必要がある場合が多い。[ 166 ]水は食器洗いにも使われる。水は食品科学の分野でも多くの重要な役割を果たしている。
水に含まれる塩や糖などの溶質は、水の物理的性質に影響を与えます。水の沸点と凝固点は、溶質だけでなく気圧にも影響され、気圧は高度によって変化します。高度が高いほど気圧が低くなるため、水はより低い温度で沸騰します。水1キログラムあたり1モルのショ糖（砂糖）は水の沸点を0.51 ℃（0.918 °F）上昇させ、1キログラムあたり1モルの塩は沸点を1.02 ℃（1.836 °F）上昇させます。同様に、溶解粒子の数を増やすと水の凝固点が低下します。[ 167 ]
水中の溶質は、食品中の多くの化学反応や微生物の増殖に影響を与える水分活性にも影響します。[ 168 ]水分活性は、溶液中の水の蒸気圧と純水の蒸気圧の比として表すことができます。[ 167 ]水中の溶質は水分活性を低下させます。これは、ほとんどの細菌の増殖が水分活性が低いレベルで停止するため、知っておくことが重要です。[ 168 ]微生物の増殖は、食品の安全性だけでなく、食品の保存や賞味期限にも影響します。
水の硬度も食品加工において重要な要素であり、化学イオン交換システムを使用して変更または処理することができます。水は製品の品質に大きく影響するだけでなく、衛生面でも重要な役割を果たします。水の硬度は、水に含まれる炭酸カルシウムの濃度に基づいて分類されます。水は、100 mg/L未満（英国）[ 169 ]または60 mg/L未満 （米国）[ 170 ]の場合、軟水と分類されます。
2010年にウォーターフットプリント組織が発表した報告書によると、牛肉1キログラムの生産には1万5千リットル（3.3 × 10 ^ 3英ガロン、4.0 × 10 ^ 3米ガロン）の水が必要である。ただし、著者らは、これは世界平均であり、牛肉生産における水の使用量は状況要因によって決まることも明らかにしている。[ 171 ]
宇宙の水の大部分は、星形成の副産物として生成されます。星の形成には、ガスと塵の強い外向きの風が伴います。この物質の流出が最終的に周囲のガスに衝突すると、発生した衝撃波がガスを圧縮して加熱します。観測される水は、この高温高密度のガスの中で急速に生成されます。[ 174 ]
2011年7月22日、地球から120億光年離れたクエーサー の周囲に、「地球のすべての海洋を合わせた量の140兆倍もの水」を含む巨大な水蒸気雲が発見されたという報告があった。研究者によると、「この発見は、宇宙が誕生してからほぼずっと水が宇宙に存在してきたことを示している」という。[ 175 ] [ 176 ]
天の川銀河内の星間雲で水が検出されている。[ 177 ]水は、その構成要素である水素と酸素が宇宙で最も豊富な元素の1つであるため、他の銀河にも豊富に存在すると考えられる。太陽系や他の恒星系の形成と進化のモデルに基づくと、他のほとんどの惑星系も同様の成分を持っている可能性が高い。
水は蒸気として以下の場所に存在します。
地球には液体の水が存在し、その表面の 71% を覆っている。[ 22 ]火星にも、ごく少量の液体の水が時折存在する。[ 199 ]科学者たちは、土星の衛星エンケラドゥスには液体の水が存在すると考えている。エンケラドゥスの南極表面から約 30〜40 キロメートル下の 10 キロメートルの厚さの海として、[ 200 ] [ 201 ]タイタンには、おそらくアンモニアと混ざった地下層として存在する。[ 202 ]木星の衛星エウロパの表面の特徴は、地下に液体の水の海が存在することを示唆している。[ 203 ]木星の衛星ガニメデにも、高圧の氷と岩石の間に挟まれた層として液体の水が存在する可能性がある。 [ 204 ]
水は氷として以下の場所に存在します。
また、以下の場所にも存在する可能性が高いです。
水やその他の揮発性物質はおそらく天王星と海王星の内部構造の大部分を構成しており、より深い層の水は分子が水素イオンと酸素イオンのスープに分解したイオン水の形であり、さらに深い層では酸素が結晶化し、水素イオンが酸素格子内で自由に浮遊する超イオン水の形である可能性がある。[ 223 ]
地球上に液体の水が存在し、さらに程度は低いものの気体や固体の形態も存在することは、私たちが知る地球上の生命の存在にとって不可欠です。地球は太陽系のハビタブルゾーンに位置しています。もし地球が太陽に少しでも近かったり遠かったり（約5%、つまり約800万キロメートル）したら、3つの形態が同時に存在できる条件は存在しにくくなるでしょう。[ 224 ] [ 225 ]地球の大きさも関係しています。地球の重力によって大気、つまり空気中の水分を保持することができるのです。火星のような小さな惑星は、極めて薄いか、大気がありません。[ 226 ]大気中の水蒸気やその他の温室効果ガスは、一定量存在すると温度緩衝材（温室効果）となり、比較的安定した地表温度を維持するのに役立ちます。[ 227 ] [ 228 ]
惑星上の水の状態は、惑星の重力によって決まる周囲の圧力に依存します。惑星が十分に質量が大きい場合、重力による高圧のため、その惑星上の水は高温でも固体になる可能性があり、これは系外惑星Gliese 436 b [ 229 ]とGJ 1214 b [ 230 ]で観測されています。
水政治とは、水や水資源によって影響を受ける政治のことである。水、特に淡水は世界中で戦略的な資源であり、多くの政治紛争において重要な要素となっている。水は健康被害や生物多様性の破壊を引き起こす。
安全な飲料水へのアクセスは、世界のほぼすべての地域で過去数十年にわたって改善されてきましたが、約10億人が依然として安全な水にアクセスできず、25億人以上が適切な衛生設備 にアクセスできていません。[ 231 ]しかし、一部の観察者は、2025年までに世界人口の半数以上が水関連の脆弱性に直面すると推定しています。[ 232 ] 2009年11月に発行された報告書は、2030年までに世界のいくつかの発展途上地域では、水の需要が供給を50%上回ると示唆しています。[ 233 ]
1990年以降、 16 億人が安全な水源を利用できるようになった。[ 234 ]開発途上国で安全な水を利用できる人の割合は、 1970年の30% [ 235 ]から1990年には71%、2000年には79%、2004年には84%に改善したと計算されている。[ 231 ]
2006年の国連報告書は「すべての人に十分な水がある」と述べているが、水へのアクセスは管理の不備や汚職によって妨げられている。[ 236 ]さらに、援助の有効性に関するパリ宣言など、援助提供の効率性を向上させるための世界的な取り組みは、教育や保健分野ほど水分野の援助国によって効果的に取り入れられておらず、重複するプロジェクトに取り組む複数の援助国や、行動を起こす権限を持たない被援助国政府を放置する可能性がある。[ 237 ]
2007年の農業における水管理の包括的評価の著者らは、一部の水不足の原因の一つとしてガバナンスの不備を挙げている。水ガバナンスとは、水管理に関する決定が行われる一連の公式および非公式のプロセスである。優れた水ガバナンスとは、特定の物理的および社会経済的状況においてどのプロセスが最も効果的かを把握することに主眼を置いている。先進国で有効な「青写真」を開発途上国の地域や状況に適用しようとして、誤りが生じることがある。メコン川はその一例である。国際水管理研究所がメコン川を水源とする6か国の政策を調査したところ、徹底的かつ透明性のある費用便益分析や環境影響評価がほとんど実施されていないことがわかった。また、カンボジアの水法草案は必要以上に複雑であることも判明した。[ 238 ]
2004年、英国の慈善団体WaterAidは、15秒ごとに1人の子供が、簡単に予防できる水関連の病気で死亡しており、これらの病気は多くの場合、適切な衛生設備の欠如と関連していると報告した。[ 239 ] [ 240 ]
2003 年以来、ユネスコ世界水評価計画によって作成された国連世界水開発報告書は、意思決定者に持続可能な水政策を策定するためのツールを提供してきました。[ 241 ] 2023 年の報告書では、20 億人 (人口の 26%) が飲料水にアクセスできず、36億人 (46%) が安全に管理された衛生設備にアクセスできないとされています。[ 242 ]都市部の人々 (24億人)は、 2050 年までに水不足に直面するでしょう。 [ 241 ]水不足は、過剰消費と汚染により風土病であるとされています。[ 243 ]報告書では、世界人口の 10% が水ストレスが高いまたは深刻な国に住んでいるとされています。しかし、過去40年間で水消費量は年間約1%増加しており、2050年まで同じ割合で増加すると予想されています。2000年以降、熱帯地域での洪水は4倍に増加し、北半球中緯度地域での洪水は2.5倍に増加しました。[ 244 ] 2000年から2019年までのこれらの洪水による被害額は、死者10万人、6億5000万ドルでした。[ 241 ]
水保護に関心のある組織には、国際水協会（IWA）、ウォーターエイド、ウォーターファースト、アメリカ水資源協会などがあります。国際水管理研究所は、効果的な水管理を利用して貧困を削減することを目的としたプロジェクトを実施しています。水関連の条約には、砂漠化対処条約（UNCCD）、船舶による汚染防止のための国際条約、国連海洋法条約、ラムサール条約などがあります。世界水の日は3月22日[ 245 ]、世界海洋デーは6月8日[ 246 ]です。
2026年、国連は、 1990年代以降、大きな湖の50%以上が縮小し、1970年以降、湿地の35%が消失し、世界人口の75%が水不足の国に住み、40億人が年間少なくとも1ヶ月間水不足を経験し、干ばつによる損失が年間3070億ドルに達していることから、人類は「水不足」の時代に突入したと宣言した。そして、過去の規範ではなく現実に即した政策を求めた。[ 247 ]
水はほとんどの宗教で浄化するものと考えられています。儀式的な洗浄（清め）を取り入れている宗教には、キリスト教[ 248 ] 、ヒンドゥー教、イスラム教、ユダヤ教、ラスタファリ運動、神道、道教、ウィッカなどがあります。人が水に浸かること（または水をかけること、または水をかけること）はキリスト教の中心的な秘跡（キリスト教では洗礼と呼ばれます）であり、イスラム教（グスル）、ユダヤ教（ミクヴァ） 、シーク教（アムリット・サンスカール）など、他の宗教の慣習の一部でもあります。さらに、イスラム教やユダヤ教を含む多くの宗教では、死者のために清らかな水で儀式的な沐浴が行われます。イスラム教では、水が利用できない場合を除き（タイヤムムを参照）、ほとんどの場合、清らかな水で体の特定の部分を洗った後（ウドゥ）に、1日5回の礼拝を行うことができます。神道では、人や場所を清めるための儀式のほとんどすべてにおいて水が用いられます（例えば、禊の儀式など）。
キリスト教では、聖水とは、洗礼、人、場所、物の祝福、または悪を追い払う手段として、司祭によって聖別された水のことである。 [ 249 ] [ 250 ]
古代ギリシャの哲学者エンペドクレスは、水を（火、土、空気とともに）4つの古典的な元素の1つとみなし、宇宙の基本物質であるイレムとみなした。アリストテレスが天文学者であり技術者として描いたタレスは、水よりも密度の高い地球が水から生まれたと理論づけた。一元論者であったタレスは、さらに万物は水からできていると信じていた。プラトンは、水の形は正二十面体であり、立方体の形をした地球に比べて流れやすいと考えていた。[ 252 ]
四体液説では、水は冷たく湿った性質を持つ粘液と関連付けられていた。また、古典的な要素である水は、伝統的な中国哲学における五行（土、火、木、金）の一つでもあった。
アジアの伝統的で人気のある哲学体系の中には、水を模範とするものがある。ジェームズ・レッグによる1891年の『老子道徳経』の翻訳には、「最高の卓越性は水に似ている。水の卓越性は、万物に利益をもたらし、人が嫌う低い地位を、それに反することなく占めることにある。それゆえ、（水の道は）道に近い」とあり、「この世に水ほど柔らかく弱いものはないが、堅固で強いものを攻撃するには、水に勝るものはない。なぜなら、水ほど効果的なものはないからである」とある。[ 253 ]管子は『水地』の章で、水の象徴性をさらに詳しく説明し、「人は水である」と宣言し、中国のさまざまな地域の人々の自然な性質を、その地域の水資源の性質に帰している。[ 254 ]
「生きた水」は、ゲルマン民族やスラブ民族の民話において、死者を蘇らせる手段として登場する。グリム童話の「生命の水」や、ロシアにおける生きた水と死んだ水の二分法に注目されたい。若返りの泉は、老化を防ぐとされる魔法の水という、これと関連する概念を表している。
アイルランドの作家ジェイムズ・ジョイスによる重要なモダニズム小説『ユリシーズ』（1922年）の「イタカ」の章は、 309の質問と回答からなる教理問答の形式をとっており、そのうちの1つは「水の賛歌」として知られています。[ 255 ] : 91リチャード・E・マドテスによれば、この賛歌は単なる「単調な事実の羅列」ではなく、そのフレーズは主題と同様に「満ち引きし、うねり、膨らみ、集まり、そして崩れ、最後に『疫病の沼、色あせた花の水、欠けていく月の淀んだ水たまり』の静寂に落ち着く」のです。[ 255 ] : 79この賛歌は『イタカ』の中で最も注目すべき一節の1つと考えられており、文学評論家のヒュー・ケナーによれば、「教科書に蓄積されたあらゆる雑多な情報を詩に昇華させるというあり得ない偉業」を成し遂げています。[ 255 ] : 91水の文学的モチーフは、小説の「永遠で絶えず変化する生命」というテーマを表しており、賛美歌は小説におけるそのモチーフの頂点を表している。[ 255 ] : 91以下は、その賛美歌の全文である。[ 256 ]
水を愛し、水を汲み、水場へと戻るブルームは、水の何に感嘆したのだろうか？その普遍性：その民主的な平等と、自らのレベルを求める自然への不変性：メルカトル図法の海におけるその広大さ：太平洋のスンダム海溝における8,000ファゾムを超える未踏の深さ：その波と表面粒子が順番に海岸線のすべての地点を訪れることの絶え間なさ：その単位の独立性：海の状態の変動性：静穏時の静水圧の静止：小潮と大潮における水力運動の膨圧：破壊後の沈下：北極と南極の周極氷冠における不毛性：その気候的および商業的重要性：地球上の陸地に対する3対1の優位性：南回帰線以南のすべての地域に平方リーグにわたって広がるその議論の余地のない覇権：その原始盆地の多世紀にわたる安定性：その黄褐色の海底：その能力数百万トンもの最も貴重な金属を含むすべての可溶性物質を溶解し、溶液中に保持する。半島や下向きに傾斜した岬の緩やかな侵食。沖積堆積物。重量、体積、密度。潟湖や高地の湖沼における不動性。熱帯、温帯、寒帯における色のグラデーション。大陸湖に閉じ込められた河川や、支流や海洋を流れる合流河川における水流の分岐。メキシコ湾流、南北赤道流。海底地震、竜巻、自噴井、噴火、激流、渦、増水、増水、うねり、分水界、分水界、間欠泉、滝、渦潮、大渦、洪水、豪雨、集中豪雨における激しさ。広大な地球周縁部。水平曲線: 泉におけるその秘密性、および楔形または湿度計によって明らかにされる潜在的な湿度、アシュタウン門の壁の穴のそばの井戸、空気の飽和、露の蒸留によって例示される: その構成の単純さ、2 つの構成部分である水素と 1 つの構成部分である酸素: その治癒力: 死海の水中でのその浮力: 水路、溝、不十分なダム、船上の漏水におけるその持続的な浸透性: 浄化、渇きと火を消す性質、植物を養う性質: パラダイムおよび模範としてのその絶対性: 蒸気、霧、雲、雨、みぞれ、雪、雹としてのその変容: 頑丈な消火栓におけるその強さ: 湖、湾、入り江、入り江、海峡、潟湖、環礁におけるその多様な形態、群島、海峡、フィヨルド、ミンチ海峡、潮汐河口、海峡の入り江：氷河、氷山、流氷におけるその堅固さ：水車、タービン、ダイナモ、発電所、漂白工場、製革工場、脱穀工場でのその従順さ：運河、航行可能な河川、浮きドック、乾ドックでのその有用性：潮汐や水位が段階的に低下する水路を利用したその潜在力：その海底の動植物（無音響性、光嫌性）の数、文字通りではないにしても、地球上のすべての住民：人体の90％を構成するその遍在性：湖沼、疫病の蔓延する湿地、色あせた花の水、欠けゆく月の淀んだ水たまりにおけるその悪臭。
画家であり活動家でもあるフレデリカ・フォスターは、ニューヨーク市のセント・ジョン・ザ・ディヴァイン大聖堂で「水の価値」展を企画し[ 257 ]、これは大聖堂が一年かけて行った水への依存に関する取り組みの中心となった[ 258 ] [ 259 ] 。大聖堂でこれまで開催された中で最大の展覧会となったこの展覧会には[ 260 ]、ジェニー・ホルツァー、ロバート・ロンゴ、マーク・ロスコ、ウィリアム・ケントリッジ、エイプリル・ゴーニック、キキ・スミス、パット・ステア、アリス・ダルトン・ブラウン、テレシタ・フェルナンデス、ビル・ヴィオラなど40人以上のアーティストが参加した[ 261 ] [ 262 ]。フォスターは、水を主題または媒体として使用するアーティストのエコロジー集団「Think About Water」を創設した[ 263 ] 。メンバーには、バーシア・アーランド、[ 264 ]アヴィヴァ・ラフマニ、ベッツィー・デイモン、ダイアン・バーコ、レイラ・ドー、ステイシー・レヴィ、シャーロット・コテ、[ 265 ]メリデル・ルーベンスタイン、アンナ・マクラウドが含まれる。
国連が水と衛生へのアクセスを人権と宣言してから10周年を記念して、慈善団体ウォーターエイドは、清潔な水が人々の生活に与える影響を示すために10人の視覚芸術家に依頼した。[ 266 ] [ 267 ]
「ジヒドロゲンモノオキシド」は、技術的には正しいが、めったに使われない水の化学名である。この名前は、科学的無知を嘲笑する一連のデマやいたずらに使われてきた。これは1983年にミシガン州デュランドの新聞にエイプリルフールの記事が掲載されたことから始まった。その虚偽の記事は、この物質の安全性に関する懸念を述べたものだった。[ 268 ]
「Water」という言葉は、フロリダを拠点とする多くのラッパーによって、一種のキャッチフレーズやアドリブとして使われてきました。これを行ったラッパーには、BLP KosherやSki Mask the Slump Godなどがいます。[ 269 ]さらに、一部のラッパーは、2023年のDanny Towersの曲「Florida Water」のように、フロリダの水に捧げた曲を丸ごと作っています。[ 270 ]
これらの化合物には、一般名または慣用名（例：H 2 O は「水」）と系統名（例：H 2 O、一酸化二水素）がある場合があります。
地球の環境は三重点に近く、水、蒸気、氷がすべて地表に存在し得ることに注意してください。
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)キリスト教の初期、キリストの死後2、3世紀には、ラテン語で「私は自分を洗う」という意味のラバボ（lavabo）と呼ばれる、儀式用の手洗い器とボウルが教会の礼拝の一部として導入されました。