H2Oとは？ わかりやすく解説

地球上には多くの水が存在しており、生物の生育や熱の循環に重要な役割を持っている。この水の存在は、気象学や海洋学などの地球科学、生態学における大きな要因の一つである。水蒸気は最大の温室効果ガスでもある^[5]。

地球の水の総量は約14億 km³（= 1.4×10¹⁸ m³）と言われ、その97 %が海水として存在し、淡水は残り3 %に過ぎない。地球表面の淡水のほとんどは氷河や氷山として、固体の形で存在している。氷の状態の淡水の大部分は南極大陸とグリーンランドが占めている^[6]。

この中で、淡水湖、河川水、地下水浅が、人間が直接に利用可能な水で、総量の1 %未満である。飲料水として利用できる水はさらに少ない。海水は天然および人工の全ての汚れを合わせ高濃度に汚染されているため、水資源としての利用価値はほとんどない^[6]。

地球における継続的な水の循環は水循環と呼ばれている。太陽から与えられたエネルギーを主因として、固相・液相・気相間で相互に状態を変化させながら、蒸発、降水、地表流、土壌への浸透などを経て、地球上を絶えず循環している。また、この循環の過程で地球表面の熱の移動や浸食、運搬、堆積などの地形を形成する作用が行われる。

• 太陽系の惑星および衛星の表面に存在する水のほとんどは氷または水蒸気であり、地球以外で液体の水が存在する場所は少ない。相図から判るように、液体の水が存在できる温度範囲は高圧ほど広くなる。逆に、火星のように気圧の低い環境では、液体の水は安定に存在することはできない。しかし、かつての火星の表面には液体の水があったことが判明している。
• 木星の衛星の1つであるエウロパには、内部に液体の水からなる海が存在するのではないかと考えられている。

太陽系外惑星には、大量の液体の水を保持している可能性のある惑星が複数見つかっている。例えばケプラー22bやグリーゼ581d、HD 85512 bといった惑星は、地球と同じような環境で水の海を持つと推定されている。しかし、GJ 1214 bやかに座55番星eといった惑星は、地球と異なり、高温高圧の超臨界水の海を持つとされている。

2011年にクエーサーのAPM 08279+5255の降着円盤に、地球の水の140兆倍という膨大な量の水が発見された。APM 08279+5255は、宇宙誕生から16億年後の時代に存在する天体であり、このことは、既にこの時代に大量の水が存在していた事を示している^[7]。

2012年にはハッブル宇宙望遠鏡の観測により、GJ 1214 bが高温の水蒸気の大気を持つことが確認された。大気の下には超臨界水の海が存在する可能性がある^[8]。

生物体を構成する物質で、最も多くを占める物質は水である。核や細胞質で最も多い物質でもあり、細胞内の物質を代謝する際の媒体としても利用されている。通常、質量にして生物体の70 % – 80 %が水によって占められており、そのうちわずか数パーセントでも不足すると生命活動に不都合が現れる場合がある。

生きている細胞には（理想的な溶媒である）水が多く含まれており、生命現象を司る化学反応の場を提供し、また水そのものが種々の化学反応の基質となっている。体液として、体内の物質輸送や分泌物、粘膜に用いられる。また高分子鎖とゲル化することで体を支える構造体やレンズにも利用されている。クマムシのように厳しい環境にも耐えられる生物は、体内の水分を放出し、不活性な状態を作り出すことができる。

なお、「生物は太古の海で誕生した」とされることがある。生物の化学組成と海水の組成が似ていることもその説の根拠の1つである。地上の生物もその先祖をたどれば水中生活を送っていた、とされる。

陸上のように、常に水に浸かっていない環境では、生物にとって最も重要な問題の1つが水の確保である。陸上の無脊椎動物では、周囲が湿っていなければ活動できない種も多い。陸上生物に見られる進化的形態の多くが、水の確保や自由水が限られた環境への適応である。クマムシの場合も、頻繁に乾燥にさらされる環境への適応として、休眠の能力が発達したと考えられている。

地球外生命の探査においても、液体の水が星表面または内部に安定して存在している星である事が生物が存在する条件の一つとして考えられている。水以外を溶媒とした生物も理論上は考えられるが、低過ぎる沸点や存在量の不足など何らかの問題を持っており、水より生物は発生しにくいだろうと考えられている（代わりの生化学）。

人体における水分量は年齢・性別によって異なり、新生児で約80 %、成人で60 %前後、高齢者は50 %台となる。また女性は男性に比べて体内の脂肪分が多い関係で水分量は同年代の男性に比べてやや少ない^[9]。そして「その人体の水のうち45 %までが、細胞内に封じ込められた水で、残り15 %が血液・リンパ液など細胞の外にある水^[10]」と言われている。この細胞内液、細胞外液の両者を総称して体液と呼ぶ。この体液が生命の維持、活動に重要な役割を果たす。

なおニッスイによると、1日に排出される水の量は体重60 kgの成人男性で2500 mLであり、内訳としては尿が1400 mL、糞100 mL、汗500 mL、肺からの呼気500 mLである。また、1日に必要な水の量は当然2500 mLで、一般に飲料水から1200 mL、食物から1000 mLが摂取され、残りは体内で行われた代謝の結果生じた水を300 mL得ているという^[9]。一方で、ハーバード健康出版局は1日に必要な水の摂取量を約1400 - 1900 mLとしており、そこには食事によって得られる水分も含まれる^[11]。

水は強力な水素結合で水分子同士が引き合っているために蒸発潜熱が多い。このため汗が蒸発することにより、非常に効率良く体温を放散できる。しかし、発汗しても液体として流れ落ちる量が多い時は、この限りではない。

脱水症

体内の水分量が不足した状態を医学的には脱水と呼ぶ。水分喪失量に対して水分摂取量が不足することによって起こる。脱水症状が長引くと、尿路感染症、腎臓結石、便秘などの特定の症状のリスクが高まるほか、持続的な注意や作業記憶などの認知スキルを弱めることがわかった^[12]。水分摂取不足、あるいは水分喪失過剰、あるいは水分摂取不足と水分喪失過剰の同時進行によって起きる。具体的には、高温の環境、重作業、激しい運動、発熱、下痢、嘔吐、食事不足などが原因となって起きる。

水中毒

人体が過剰な水分を投与された場合、細胞外液の浸透圧が異常に下がり、低ナトリウム血症によって悪心、頭痛、間代性の痙攣、意識障害などの症状を引き起こす。これを水中毒と言い、輸液ミス、心因性多飲、SIADHなどの結果として見られる。なお致死量は体重65 kgのヒトで10 – 30 L/日である。

十分な水を飲むことは多くの理由で重要である。細胞に栄養素を供給し、体温と血圧を調節し、関節を滑らかにし、感染を防ぎ、臓器が正しく機能し続けるのを助ける。水はまた、食物が消化管を通って移動し続け、腎臓の健康をサポートする。全米医学アカデミーは、健康な男性が1日あたり13カップの水分を摂取することを示唆しているが、そのすべてが水や液体や無糖の炭酸水である必要はない。多くの食品にはかなりの量の水分が含まれている。尿の色は、水分摂取量を監視する簡単な方法である。水分補給されているとき、尿は透明と軽いわらの色の間にあるべきである。濃い黄色または琥珀色は、より多くの水を飲む必要があることを示している^[12]。

安全な水を飲めるかどうか、ということは人間の健康に大きな影響を及ぼしている。汚物などに触れた不衛生な水を飲むと、感染症（コレラや腸チフス、赤痢など）で命を落とす者が出る。そしてこれらの病気は伝染する。体力の弱い乳幼児は、不衛生な水を摂ると、しばしば酷い下痢を起こし脱水症状で死亡する。老人も免疫力が弱く、不衛生な水で命を落としやすい。また、不衛生な水は寄生虫の問題も引き起こす。

古代でも中世でも、人類のほとんどは水道無しで生活していたと考えて良い。都市で暮らすにしても上水道が無かった。安全な水を飲む方法として古代から行われている1つの方法は、煮沸（しゃふつ）してから口に入れる方法である。他にも、太陽光による殺菌を行う太陽水殺菌などがある。

水の使用形態は大きく都市用水と農業用水に分けられ、さらに都市用水は生活用水と工業用水に分けられる^[13]。

世界の水の使用量は、1995年の段階で年間約3570 km³で、内訳としては、農業用水が約2503 km³/年で約7割を占め最大、工業用水が約715 km³/年、生活用水が約354 km³/年だった、とも推定されている。水使用量は1950年から1995年までで2.6倍になっているともされ、2025年には30億人以上が水の量と質の限界（水ストレス）に直面する、とも予想されている^[14]。仮想水という指標で水の使用量が計算されている。

家庭での水の使用量は、地域によって著しく異なる。途上国の中には、1日1人当たり数リットル程度の国も見られる。その一方で、先進国では1日1人当たり数百リットルという国が多く、途上国と先進国の間には大きな差がある。日本の家庭の使用量も他の先進諸国と同様、特に多い部類に入る^{[注 9]}。

日本での使用状況の1例として東京の家庭でのそれを挙げると、1日で1人当たり242 Lの水を使っている（2005年現在、東京都水道局調べ）。家庭での水の使用量のうち、28 %がトイレ、24 %が風呂、23 %が炊事、17 %が洗濯であった（2002年、東京都水道局）^[15]。

ローマ帝国（古代ローマ）は、土木技術に秀でており、ローマに水を引くべく水道を建設した。これのおかげでローマの住むローマ市民は公衆浴場を利用することができた。ローマには公共の水洗トイレもあった。石製のベンチ状の物の下を水が流れており、ベンチには穴があいており、そこにこしかけて用をすれば、排泄物が流れてゆくのである。ローマのように水がふんだんにある都市生活は世界的に見て例外的であり、他に類を見ない状態であった。 ローマ帝国の時代、ローマという都市に住む人々は風呂に頻繁に入っていたわけだが、その後、彼ら(かつてのローマ帝国の中核的市民。今のローマ市民やイタリア人）は頻繁に風呂に入る習慣は失った^{[注 10]}。

都市では、都市で生活する者に安全な飲料水をいかにして届けるかということは、都市を治める者、政治を行う者にとって大きな問題である。

日本の江戸では、水不足の状態を改善するために、1652年に玉川上水の建設が計画され、翌1653年、まずは本線が建設された。難工事で幕府の用意した資金は底をついてしまい、玉川兄弟は自宅を売って建設を続行したという。承応3年（1654年）6月から、江戸市中への通水が開始された。

京都では1885年（明治18年）に琵琶湖第1疏水を着工し、1890年（明治23年）に完成した。

中世ヨーロッパでは、各都市は外敵を防ぐべく壁を建設し（城塞都市）、自治が行われ、独立性が高く、小さな国のような様相を呈する都市が多かった。ヨーロッパの都市では、街の広場などに、都市の近くの山などから水道で水を引き、その水を出す fonte フォンテ （イタリア語、ポルトガル語。フランス語では fontaine フォンテーヌ、日本語では「泉」）を設置して、飲料水を市民に提供している都市が多かった。市民は桶を持って広場にやってきて、この「泉」で水を汲んで、水が入った重い桶を持って家まで運び、各家でそれを使うのである。つまり「水道」があるといってもそういう程度のことであったのであり、基本的に各家まで引かれていたわけではない。

中近世のヨーロッパの水事情を理解するための例の1つとして、フランスの首都のパリの水事情について説明すると、パリの水事情は劣悪であった。16世紀・17世紀・18世紀と、パリ市民は安全な飲料水をたっぷりと確保できていたわけではない。基本的に、風呂に入る、などということは考えられない状態であった。やることと言えば、布に水や湯を含ませて身体を拭くということだったり、せいぜいやるとしても、身体があまりに臭くなったら、桶やたらい（金たらい）を用意して、服を脱いでその中で立って、桶にくんだ水をチョロチョロと身体にかけて流し、数分後にはそそくさと身体を拭く、という程度であった。 汚水の扱いも酷い状態で、パリに下水道が整備されていなかったため、市民は、汚物を家（アパルトマン）の前の街路に捨てていた。当時、パリの街路は道の端や真ん中に水が集まるようにしてあり、雨になるとそこを雨水が流れるのだが、そこに汚物が大量に流れ、街全体に悪臭が漂っていたのである。そのような状態が常態化すると、終いには、建物の3階・4階などに住み、いちいち1階まで歩いて降りる手間を面倒に感じる者などでは桶に入った汚物を窓から直接放り投げるような不届き者すらもいた。パリの街を歩くには、足元の汚水にも気を付けなければならないし、同時に、頭上にも注意を払って汚物をかけられないように気を付ける必要すらあったのである。

この状況が変わったのは19世紀のことで、オスマンが行ったパリ改造（オスマニザシオン）の成果であり、オスマンは、パリ市民のために安全な水を豊富に確保するために、パリから100 kmも離れた水源からパリに水を引くという決断を行い、それが成功し、各家庭に充分に水を届けることが可能になり、その結果、当時、パリの各家庭でバスタブを置き風呂に入るということがちょっとした流行になった^[16]。

地域によっては現代でも水道が無い国が多い。毎日水をバケツなどで家まで運ぶ地域もある。さらに、水源が遠いため自力で長距離を歩かなければならず、その労働を担う子供が通学さえままならない地域もある^[要出典]。

日本では行われていないが、国や地域によっては、虫歯の予防のために水道水にフッ化物が添加されている。一方、ほとんどのボトル入り飲料水にはフッ化物が含まれていないため、こうした地域では水道水を飲んだ方が口腔の健康上望ましいと考えられている^[17]。

水は人類にとって最も身近で重要な物質であり、かつ様々な態様を見せることから、水をモチーフとした数々の芸術作品が生み出されている。

水そのものを取り入れた作品として、庭園における池や噴水などがある。

• 水掛け論 - 双方が主張を言い合い解決しない議論のこと。田に水が欲しい双方が、水を掛け合ってまで争う様に由来する成句だと言われている。
• 湯水のように（ごとく） - 大量に使うことを指し、通常は無駄遣いや乱費の表現として用いられる。日本ではかつて「水と安全はタダ」など言われ、水は非常に安価または無料の代名詞であった。茶道の点前で茶道具を清めるために大量の湯水を使うことに由来する。
• 水商売（またはその略称「お水」） - 飲食業または風俗業の別称。1日の客数が安定しない（水物である）から。一説に、酒の水割り用の水道水に値段を付ける（金を取る）ことから。
• 水に流す - 過去の因縁を忘れること。汚れ物は水に溶かして流れ去るに任せるのが古来の流儀である。実際に、多くの汚物は水中における自然の浄化作用とその人工的応用である汚水処理によって処理される。

他にも、世間や市場に普遍的な物（貨幣や情報など）を水に喩えて、「洪水のような」「氾濫する」などと表現されることがある。

1. ^ エンジンの「冷却水」など水以外の物質が多く含まれた混合物も水と呼ばれる場合がある。日本語以外でも、しばしば液体全般を指している。例えば、フランス語ではeau de vie（オー・ドゥ・ヴィ＝命の水）がブランデー類を指すなど、eau（水）はしばしば液体全般を指している。そうした用法は、様々な言語でかなり一般的である。
2. ^ ただし、これはメタファーであって、物理学的な言葉の使い方とは異なる。
3. ^ 特に温度の高い水は熱湯（ねっとう）と呼ぶ。理・工学的な分野では熱水（ねっすい）という語も用いられる。対して、技術用語では高い温度の湯に相当する物も水と呼ぶ場合がある（例：冷却水）。アイヌ語では、低温の水のことをワッカ、高温の水（湯）のことをウセイと言う。
4. ^ 英語では、温度が高い場合でも名詞（water）は変化せず、形容詞を付加する（hot water）。
5. ^ 純粋な水のみならず、高温で溶解したものではなく低温で凝固していない液体、もしくは「液状物全般」を指す場合がある
6. ^ これを伝えているのは、アリストテレスの書などである。
7. ^ これらは「η」が「e」に変化し、「-o」が付くことで現代の接頭辞となっている。
   • 古代ギリシア語: πυρ「火」：pyro-、パイロ-
   • 古代ギリシア語: αήρ「空気」：aero-、エーロ-
   • 古代ギリシア語: ὕδωρ「水」：hydro-、ハイドゥロ-
   • 古代ギリシア語: γη「土」：geo-、ジオ-
8. ^ 「共通に支持されている理論体系と矛盾する断片的な発見がいくつあっても人々の考え方の体系（理論体系）は基本的に変化せず、それが変わるのは、あくまで別の理論体系が現れた時だけである」とする考え方は、20世紀の科学哲学者クーンがパラダイムシフトという用語を用いて提唱した。
9. ^ 家庭での水の使用状況と用途についての関連資料。
   • INAXニュースリリース 『日本人は、一人一日に1,460リットルの水を輸入していることを知っていますか？「ヴァーチャルウォーター（仮想水）」という考え方』
   • 大阪ガス「生活者ができる地球温暖化防止のために」 (PDF)
   • 三宅基文、沖大幹、虫明功臣 「日本を中心とした仮想水の輸出入」（第 6 回水資源に関するシンポジウム論文集, 2002）MS Word文書。
   • AQUASTAT, FAO 2005, 「Water availability information by country」
10. ^ この辺りの経緯・事情はヤマザキ・マリなども調べており『テルマエ・ロマエ』に書いている。

• 海 - 海洋深層水
• 川 - 滝
• 湖 - 池 - 水たまり - オアシス
• 雨 - 地下水
• 水分 - 水蒸気
• 過冷却水 - 氷 - ムペンバ効果
• 純水 - 超純水 - 軽水 - 重水
• 硬水 - 軟水 - ミネラルウォーター
• 蒸留水
• 機能水
• 海水
  • 電解水 - 強酸性水 - アルカリイオン水
  • 磁気活性水
• 水モデル - 水クラスター
• ポリウォーター
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• 海水淡水化
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• 水道 - 上水道 - 中水道 - 下水道
• 井戸
• 水質汚濁 - 地下水汚染 - 公害
• 水の危機 - 世界水会議 - 世界水フォーラム - アジア太平洋水サミット-世界水の日
• 仮想水
• ウォータースポーツ - 潜水 - 水泳
• ウォーターカッター
• 打ち水
• 水害
• DHMO
• 水部 - 漢字の部首

• 水環境関係 - 環境省
• 水資源 - 国土交通省
• Water Structure and Science（英語） - en:London South Bank University 水についてのあらゆる科学的情報が得られる。
• Water Properties (including isotopologues) - 上記のHPのうち、水の性質についての一覧表
• Physical properties of water （英語） - Encyclopedia of Earth「水の物理的性質」の項目。
• The Water Cycle：水循環のページ - アメリカ地質調査所、日本語訳あり。
• 『水』 - コトバンク
• 野口宇宙飛行士の宇宙暮らし 014: 水で遊ぼう - 国際宇宙ステーション（ISS）内の無重量状態下での水の振る舞いなどを紹介する動画。

表 話 編 歴 水素の化合物
二元化合物	CH4 SiH4 GeH4 SnH4 PbH4 HAt HBr HCl HF HI HN3 H2O H2O2 H2O3 H2S H2S2 H2Se H2Te NH3 PH3 AsH3 SbH3 BiH3
多元化合物	H[AuCl4] HBF4 HCN H2CS3 H[CuCl2] H2[CuCl4] HNC H2[PtCl4] H2[PtCl6] HSCN H2SiF6 HSNC オキソ酸 H3AsO4 H5As3O10 HBiO3 HBO2 H3BO3 HBrO HBrO2 HBrO3 HBrO4 HClO HClO2 HClO3 HClO4 HClO5 H2CrO4 H2Cr2O7 H2CO3 H2CO4 HFO HIO HIO3 HIO4 H5IO6 HMnO4 H2MoO4 HNCO HNO2 HNO3 HNO4 H2N2O2 HOCN HCNO HPH2O2 H2PHO3 H3PO3 H3PO4 H3PO5 H4P2O7 H4P2O8 H5P3O10 HReO4 HRuO4 H2RuO4 H2SeO3 H2SeO4 H2SeO5 H2SiO3 H4SiO4 H2Si2O5 H2SO4 H2SO5 H2S2O3 H2S2O4 H2S2O6 H2S2O7 H2S2O8 HTcO4 H2TeO3 H6TeO6 HVO3 H3VO4 H4V2O7 H2WO4 H2XeO4
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