|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) Всем известно, что лёд при медленно действующих нагрузках течет. Ледники в горах текут подобно рекам, только очень и очень медленно, со скоростью всего в несколько метров в год. Значит, любой лёд всегда в какой-то очень малой степони одновременно является жидким телом, если обладает свойством течь, подобно тому как течет любая жидкость. Под действием вековых нагрузок становятся пластичными и текут горные породы.
Если твердое тело в той или иной степени является жидким, то отсюда вполне разумно будет сделать вывод, что и обратное заключение тоже может быть справедливым и любая жидкость тоже должна в той или иной степени обладать признаками твердого тела.
Если лёд при очень медленной нагрузке течет, то вода при очень быстром воздействии должна вести себя как твердое тело и разбиваться на куски, подобно хрупкому твердому телу. Это так на самом деле и есть. Этот вывод полностью подтверждает опыт. Если по струйке воды ударить с очень большой скоростью стальным бойком, то жидкая водяная струя расколется и разлетится на осколки, так же как расколется разбитая стеклянная палочка. Если пуля попадает в кастрюльку с водой, то мгновенная картина разрушения сходна с разрушением куска стекла. Таким образом, жидкая вода всегда в то же время является твердой. Какое свойство проявится — зависит от скорости деформации.
Только не следует думать, что это интересное качество присуще одной воде. Оно свойственно и другим жидкостям. Даже газы, например воздух, тоже обладают некоторыми свойствами твердого тела, правда в ничтожной степени. «Твердость» воздуха проявляется только в очень узких щелях при быстрой деформации.
Так что, по существу, нет ничего удивительного в том, что жидкая вода одновременно немного твердая. Жители фантастического мира, которые были бы способны двигаться в тысячу раз быстрее, чем мы, могли бы преспокойно гулять по воде.
Сколько существует газообразных состояний воды? Только одно — пар. А пар тоже только один? Конечно, нет, паров воды столько же, сколько существует различных вод. Водяные пары, различные по изотопному составу, обладают хотя и очень близкими, но все же различными свойствами: у них разная плотность, при одной и той же температуре они немного отличаются по упругости в насыщенном состоянии, у них чуть-чуть разные критические давления, разная скорость диффузии.
Объем одного грамма льда
На графике показано, как изменяются с температурой объемы одного грамма льда и жидкой воды. Эти изменения очень малы, но они имеют большое значение для жизни природы. Такой странной и удивительной зависимостью плотности от температуры обладает только вода. Обратите внимание еще на одно удивительное
свойство воды — огромное расширение льда при замерзании. Оно так велико, что графически на одном чертеже представить изменение объема воды при замерзании невозможно. У тяжелой воды температурный ход изменения плотности аналогичен, но замерзает она при 3,8° С и наибольшей плотностью обладает при 11,6° С.
Сколько существует жидких состояний воды? На такой вопрос не так просто ответить. Конечно, тоже одно — привычная нам всем жидкая вода. Но вода в жидком состоянии обладает такими необыкновенными свойствами, что приходится задуматься: правилен ли такой простой, казалось бы, не вызывающий никаких сомнений ответ? Вода — единственное в мире вещество, которое после плавления сначала сжимается, а затем по мере повышения температуры начинает расширяться. Примерно при 4°С у воды наибольшая плотность. Эту редкостную аномалию в свойствах воды объясняют тем, что в действительности жидкая вода представляет собой сложный раствор совершенно необычайного состава: это раствор воды в воде.
При плавлении льда сначала образуются крупные сложные молекулы воды. Они сохраняют остатки рыхлой кристаллической структуры льда и растворены в обычной низкомолекулярной воде. Поэтому сначала плотность воды низкая, но с повышением температуры эти большие молекулы разрушаются, и поэтому плотность воды растет, пока не начнет преобладать обычное тепловое расширение, при котором плотность воды снова падает. Если это верно, то возможны несколько состояний воды, только их никто не умеет разделить. И пока неизвестно, удастся ли когда-нибудь это сделать. Такое необычайное свойство воды имеет огромное значение для жизни. В водоемах перед наступлением зимы постепенно охлаждающаяся вода опускается вниз, пока температура всего водоема не достигнет 4°С. При дальнейшем охлаждении более холодная вода остается сверху и всякое перемешивание прекращается. В результате создается необычайное положение: тонкий слой холодной воды становится как бы «теплым одеялом» для всех обитателей подводного мира. При 4°С они чувствуют себя явно неплохо.
Положительные заряды в молекуле воды связаны с атомами водорода.
Отрицательные заряды — это валентные электроны кислорода.
Их взаимное расположение в молекуле воды можно изобразить в виде простого тетраэдра.
Что должно быть легче — вода или лёд? Кто же этого не знает... Ведь лёд плавает на воде. В океане плавают гигантские айсберги. Озера зимой покрыты плавающим сплошным слоем льда. Конечно, лёд легче воды.
Но почему «конечно»?.. Разве это так ясно? Наоборот, объем всех твердых тел при плавлении увеличивается, и они тонут в своем собственном расплаве. А вот лёд плавает в воде. Это свойство воды — аномалия в природе, исключение, и притом совершенно замечательное исключение.
Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала нормальными свойствами и лёд был бы, как и полагается любому нормальному веществу, плотнее жидкой воды.
Зимой намерзающий сверху более плотный лёд тонул бы в воде, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лёд, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять.
Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело, превратившись в гигантские ледяные глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш прекрасный цветущий зеленый мир стал бы сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды.
Сколько существует льдов? В природе на нашей Земле — один: обычный лёд. Это самый прекрасный из всех минералов. Никакие алмазы не могут сравниться блеском и красотой со снежинками, искрящимися на солнце. Из этого голубовато-зеленого камня сложены на Земле не только горы и колоссальные ледники, им покрыты целые материки. лёд — горная порода с необычайными свойствами. Он твердый, но течет, как жидкость, и существуют огромные ледяные реки, медленно стекающие с высоких гор. лёд изменчив — он непрерывно исчезает и образуется вновь. лёд необычайно прочен и долговечен — десятки тысячелетий хранит он в себе без изменений тела мамонтов, случайно погибших в ледниковых трещинах.
В своих лабораториях человек сумел открыть еще, по крайней мере, шесть различных, не менее удивительных льдов. В природе их найти нельзя. Они могут существовать только при очень высоких давлениях. Обычный лёд сохраняется до давления 208 МПа (мегапаскалей), но при этом давлении он плавится при — 22°С. Если давление выше, чем 208 МПа, возникает плотный лёд — лёд-Ш. Он тяжелее воды и тонет в ней. При более низкой температуре и большем давлении — до 300 МПа — образуется еще более плотный лёд-Н. Давление сверх 500 МПа превращает лёд в лёд-V. Этот лёд можно нагреть почти до 0°С, и он не растает, хотя и находится под огромным давлением. При давлении около 2ГПа (гигапаскалей) возникает лёд-VI. Это буквально горячий лёд — он выдерживает, не плавясь, температуру 80°С. лёд-VII, найденный при давлении ЗГПа, пожалуй, можно назвать раскаленным льдом. Это самый плотный и тугоплавкий из известных льдов. Он плавится только при 190° выше нуля.
Это совершенно необычайный лёд. Мало того что на куске такого льда можно было бы с полным успехом жарить пищу, если бы только он существовал при обычном давлении, но этот лёд-VII еще обладает необыкновенно высокой твердостью. Не следует думать, что он получается только лишь в установках высокого давления в лабораториях ученых, а больше его нигде и не встретишь. Этот лёд может стать даже причиной внезапных катастроф. В подшипниках, в которых вращаются валы мощных турбин электростанций, развивается огромное давление. Если в смазку попадет хотя бы немного воды, она замерзнет, несмотря на то что температура подшипников очень высока. Образовавшиеся частицы льда-VII, обладающие огромной твердостью, начнут разрушать вал и подшипник и быстро выведут их из строя.
Может быть, лёд и в космосе есть? Как будто бы есть, и при этом очень странный. Но открыли его ученые на Земле, хотя такой лёд на нашей планете существовать не может. Плотность всех известных в настоящее время льдов даже при очень высоких давлениях, лишь очень немного превышает 1 г/см3. Плотность гексагональной и кубической модификации льда при очень низких давлениях и температурах, даже близких к абсолютному нулю, немного меньше единицы. Их плотность равна 0,94 г/см3.
Но оказалось, что в вакууме, при ничтожных давлениях и при температурах ниже — 170°С, при условиях, когда образование льда происходит при его конденсации из пара на охлаждаемой твердой поверхности, возникает совершенно удивительный лёд. Его плотность... 2,3 г/см . Все известные до сих пор льды кристаллические, а этот новый лёд, по-видимому, аморфный, он характеризуется беспорядочным относительным расположением отдельных молекул воды; определенная кристаллическая структура у него отсутствует. По этой причине его иногда называют стеклянным льдом. Ученые уверены, что этот удивительный лёд должен возникать в космических условиях и играть большую роль в физике планет и комет. Открытие такого сверхплотного льда было для физиков неожиданным.
А еще какие-нибудь льды существуют? Такой вопрос и задавать не следовало бы. Конечно, существуют. Ученые хорошо изучили свойства льда, образующегося при замерзании тяжелой воды. Это совсем особый лёд. Он плавится не при нуле градусов, а на 3,18° выше нуля. По всем своим свойствам тяжеловодный лёд хоть немного да отличается от природного льда.
Можно лёд приготовить из легкой воды, можно — из нулевой воды, можно — из тяжелокислородной воды. Уж если быть очень строгим в формулировках, то следует признать, что любой из возможных различных «вод» соответствует свой собственный лёд, и в нескольких формах. И конечно, все эти льды разные.
Но может быть, где-нибудь в природе есть еще какие-нибудь льды? Пока нет. Но наверное, человек, расширяя свое познание природы, сумеет в будущем найти еще не один новый вид льда. И никто не может сказать, какое это будет иметь значение.
Но если больше никаких льдов нет, то какой же лёд замерзает летом в газопроводах? Удивительный и причиняющий много больших затруднений ученым, а еще больше инженерам и технологам.
Во влажном горючем газе при транспортировке его по трубопроводам от подземных скважин под давлением в десятки атмосфер даже летом, в теплую погоду, образуется лёд на стенках стальных труб. Слой льда может нарасти настолько толстым, что перекроет трубу ледяной пробкой и прекратит подачу газа. Такую серьезную аварию ликвидировать бывает нелегко.
Этот странный лёд возникает только в присутствии сжатого до большого давления горючего газа. Трудно только определить — лёд это или не лёд. Очень много труда пришлось затратить исследователям, пока удалось выяснить его природу.
Его кристаллическая решетка построена почти так же, как и у обычного льда, — она образована молекулами воды с помощью водородных связей. Как и у обычного льда, з ней имеются пустые полости определенного объема. При образовании льда в среде сжатого газа происходит странное явление, открытое впервые сравнительно недавно, — в каждой такой свободной полости решетки льда оказывается заключенной молекула метана. Эта пойманная в клетку молекула газа не связана химически с молекулами воды, образующими кристаллическую ячейку льда. Просто она захвачена. Такой лёд содержит много метана
Газовые молекулы, включенные в решетку льда, все-таки влияют на его свойства. Они повышают устойчивость решетки, и поэтому такой лёд плавится при более высокой температуре.
Такие соединения, хотя они и существуют, и имеют теперь довольно большое значение, и являются весьма многочисленными, не могут быть причислены к химическим соединениям. Химические связи в их образовании участия не принимают. Они получили название клатратов. Наверное, их можно назвать механическими соединениями.
В трубах, по которым транспортируется газ, и образуется клатратный лёд. Пожалуй, это все-таки не лёд.
Что нужно, чтобы лёд растаял? Очень много тепла. Гораздо больше, чем. для плавления такого же количества любого другого вещества. Исключительно большая удельная теплота плавления- — 80 кал (335 Дж) на грамм льда — также аномальное свойство воды. При замерзании воды такое же количество тепла снова выделяется.
Когда наступает зима, образуется лёд, выпадает снег и вода отдает обратно тепло, подогревает землю и воздух. Они противостоят холоду и смягчают переход к суровой зиме. Благодаря этому замечательному свойству воды на нашей планете существует осень и весна.
Все ли уже про лёд известно? Что за вопрос? Конечно, нет. Ни о чем нельзя в науке сказать: да, это уже полностью изучено, ничего не известного не осталось. Тем более если вопрос относится к самому удивительному минералу на нашей планете — к твердой воде.
Казалось бы, что может быть изучено более подробно, чем самый обыкновенный лёд, но это давно знакомое вещество до сих пор полно тайн и загадок.
лёд обладает таинственной кристаллической структурой. Его строение и прочность определяются прочностью водородных связей между отдельными молекулами воды. Водородная связь играет огромную роль в строении молекул биополимеров в тканях всех живых организмов. Это, быть может, имеет большое значение для жизни, так как следы структуры льда, по-видимому, долго сохраняются в талой воде. Эта область только еще начинает изучаться наукой.
В последние годы начинает развиваться новая важная область знания — физика льда. лёд — прочный, дешевый и хороший строительный материал. Из него строят жилища, склады, он создает природные надежные дороги, переправы, взлетно-посадочные площадки. лёд — причина стихийных бедствий. Он разрушает плотины, сносит мосты, сковывает грунт, вызывает обледенение самолетов и кораблей. Стало совершенно необходимым изучить все свойства льда, определить его механические, электрические, акустические, электромагнитные, радиационные характеристики.
При этом было открыто много неожиданного, о чем раньше и предполагать было нельзя. Например, лёд оказался полупроводником, причем его проводимость протонного типа. Установлено, что при замерзании воды на границе между льдом и водой возникает разность электрических потенциалов, достигающая десятков вольт.
Обнаружена подвижность молекул в кристаллической решетке льда: они могут не только вращаться, но и перемещаться скачкообразно на сравнительно большие (в молекулярном масштабе) расстояния.
Много удивительного установлено при изучении процессов образования и поведения льдов в природе. Полярные льды в напряженном состоянии «кричат». Когда начинается деформация льда, то, как описывает Ф. Нансен, возникает легкий треск и стон, усиливаясь, они переходят через все роды тонов — лёд то плачет, то стонет, то грохочет, то ревет, постепенно возрастая, его «голос» становится подобным звучанию всех труб органа.
Перед разрушением, при критических напряжениях, лёд звенит, вздыхает, ухает.
Установлена зависимость между характером звучания льда и температурой воздуха. Этот важный раздел физики льда изучен еще далеко не достаточно.
Еще больше загадок скрывается в исследованиях энергетики процессов образования льдов в природе. Гигантское количество тепла, освобождающееся при замерзании воды, задерживает наступление зимних холодов. Тепло, поглощаемое при таянии льдов, замедляет приход весны. С изменением массы льда на планете связаны изменения климата на Земле. Но точный расчет зависимости между погодой и колоссальной энергоемкостью этих глобальных процессов пока еще невозможен — слишком много в них неизвестного.
Есть, например, и такие загадки. В старых записях сохранились предания о том, что иногда ледяные поля приобретают способность долго светиться в темноте, испуская слабый свет после того, как были освещены солнцем. Интересно было бы знать, верно ли это, когда и почему это явление происходит, чем объясняется. Есть наблюдения, что иногда светится и снег, если его при нескольких градусах мороза внести в темную комнату после освещения ярким солнцем. Рассказывают, что первые градины тоже светятся — они будто бы обладают электролюминесценцией. Интересно было бы и это проверить и объяснить.
Сколько тепла нужно, чтобы нагреть воду? Очень много. Больше, чем для нагревания равного количества любого другого вещества. Чтобы нагреть грамм воды на один градус, необходима одна калория (4,2 Дж). Это больше чем вдвое превышает теплоемкость любого химического соединения.
Вода — вещество, необычайное даже в самых обыденных для нас свойствах. Конечно, эта способность воды имеет очень большое значение не только при варке обеда на кухне. Вода — это великий распределитель тепла по Земле. Нагретая Солнцем под экватором, она переносит тепло в Мировом океане гигантскими потоками морских течений в далекие полярные области, где жизнь возможна только благодаря этой удивительной особенности воды.
Как вода попадает в облака? Очень просто. Солнце нагревает воду. Всюду, где она есть, — в луже, в пруду, в море, в океане. Вода поглощает в своем тонком верхнем слое почти всю энергию попадающих на нее солнечных лучей и испаряется. Молекулы воды исключительно просты в своем строении и вместе с тем необычайны, отличны от всех других молекул. Они сильно притягиваются друг к другу благодаря силам межмолекулярного притяжения за счет дополнительных водородных связей. Солнцу приходится затрачивать очень много энергии, чтобы разделить молекулы воды и превратить ее в пар. Нет ни одного вещества, у которого удельная теплота испарения была бы больше, чем у воды. Вода — лучший теплоноситель. Ничто не может сравниться с ней. Ничто не может лучше работать в паровых турбинах электростанций, в цилиндрах паровых двигателей.
Вода — гигантский двигатель и в природе. Метеорологи подсчитали, что Солнце испаряет на Земле за одну минуту миллиард тонн воды. Каждую минуту миллиард тонн водяного пара вместе с восходящими потоками нагретого воздуха поднимается в верхние слои атмосферы. Каждый грамм водяного пара уносит с собой 537 кал (2265 Дж) солнечной энергии.
На большой высоте, где давление мало, воздух расширяется, его температура сильно понижается и водяной пар конденсируется, снова превращаясь в воду — ее мельчайшие капельки образуют облака.
Энергия Солнца, поднятая с водяным паром вверх, неминуемо должна выделиться обратно, когда пар превращается в облака. Эта энергия переходит в тепловую, нагревая воздух. Каждую минуту водяной пар отдает атмосфере Земли чудовищно огромное количество энергии — 2,2 Ю10 Дж. Столько энергии за то же время могли бы выработать 40 млн. электростанций, по миллиону киловатт каждая.
Это та энергия, которая переносит сотни миллиардов тонн воды по воздуху в облаках и орошает дождями всю поверхность Земли. Это та энергия, за счет которой дуют ветры, возникают бури, рождаются ураганы и штормы. А только один развившийся ураган выделяет энергию, эквивалентную энергии 30 тыс. атомных бомб.
Почему в море вода солевая? Это, пожалуй, одно из самых важных следствий одного из самых удивительных свойств воды. В ее молекуле центры положительных и отрицательных зарядов сильно смещены относительно друг друга. Поэтому вода обладает исключительно высоким, аномальным значением диэлектрической проницаемости. Для воды е =80, а для воздуха и вакуума е =1. Это значит, что два любых разноименных заряда в воде взаимно притягиваются друг к другу с силой в 80 раз меньшей, чем в воздухе, по закону Кулона:
Но все же межмолекулярные связи во всех телах, определяющие прочность тела, обусловлены взаимодействием между положительными зарядами атомных ядер и отрицательными электронами. На поверхности тела, погруженного в воду, силы, действующие между молекулами или атомами, ослабевают под влиянием воды почти в сотню раз. Если оставшаяся прочность связи между молекулами становится недостаточной, чтобы противостоять действию теплового движения, молекулы или атомы тела начинают отрываться от его поверхности и переходят в воду. Тело начинает растворяться, распадаясь либо на отдельные молекулы, как сахар в стакане чаю, либо на заряженные частицы — ионы, как поваренная соль.
Именно благодаря аномально высокой диэлектрической проницаемости вода — один из самых сильных растворителей. Она даже способна растворить любую горную породу на земной поверхности. Медленно и неотвратимо она разрушает даже граниты, выщелачивая из них легкорастворимые составные части.
Нет в природе такой прочной породы, которая могла бы сопротивляться всемогущему разрушителю — воде.
Ручьи, речки и реки сносят растворенные водой примеси в океан. Вода из океана испаряется и вновь возвращается на землю, чтобы снова и снова продолжать свою вечную работу. А растворенные соли остаются в морях и океанах.
Не думайте, что вода растворяет и сносит в море только то, что легко растворимо, и что в морской воде содержится только обычная соль, которая стоит на обеденном столе. Нет, морская вода содержит в себе почти все элементы, существующие в природе. В ней есть и магний, и кальций, и сера, и бром, и йод, и фтор. В меньшем количестве в ней найдены железо, медь, никель, олово, уран, кобальт, даже серебро и золото. Свыше шестидесяти элементов нашли химики в морской воде. Наверное, будут найдены и все остальные. Больше всего в морской воде поваренной соли. Поэтому вода в море соленая.
А знаете ли вы, что кровь человека и других животных близка по составу к морской воде? И что растения извлекают из земли питательные вещества в виде водного раствора? Если бы вода не обладала удивительным свойством — необычайно высокой
диэлектрической проницаемостью, море не было бы соленым. Но это некому было бы заметить — не было бы на Земле жизни.
Да, распадаются. Молекулы воды очень прочны, но все же очень небольшая часть их диссоциирует на ионы: Н20=Н+4-0Н~. При этом из каждого миллиарда молекул воды при обычной температуре диссоциированы всего лишь только две молекулы.
Свободный протон Н+ — ядро атома водорода, — конечно, не может существовать в водной среде: ион водорода немедленно присоединяется к молекуле воды и образует ион гидроксония Н30+.
. Да, как будто бы может. Правда, такая вода еще пока не получена. Но ученые установили, что если воду нагревать все больше и больше, то диссоциация ее молекул на ионы будет возрастать.
При очень высокой температуре должно наступить такое удивительное состояние воды, при котором в ней не останется ни одной молекулы воды, все они распадутся на ионы.
Удалось рассчитать, что такое состояние воды должно наступить при температуре не ниже 900°С. Давление при этом должно быть не менее 15 ГПа.
Может быть, такая вода существует в недрах Земли. Интересно, какие у нее свойства.
Конечно, проще
всего предположить, что молекулы воды в воде образуются при взаимодействии протона и иона водорода с отрицательным ионом — гидроксилом. Так это и было написано во всех школьных учебниках мира. Потом химики стали считать, что молекулы воды
образуются при взаимодействии гидроксила с ионом гидроксония:
Так как размеры иона гидроксония гораздо больше размеров «голого» протона — иона водорода Н+, то столкновения гидроксила с гидроксонием должны происходить чаще, чем с протоном, и скорость реакции должна быть выше. Можно даже теоретически рассчитать, определив размеры частиц, значение констант скоростей обеих реакций — и с протоном и с ионом гидроксония.
Однако опыт привел к неожиданному и удивительному результату: оказалось, что константа скорости реакции на самом деле имеет еще большее значение и молекулы воды в воде образуются и не из ионов водорода Н+, как учили школьные учебники, и не из ионов гидроксония, как считают почти все химики, а из частиц гораздо больших размеров. Ученые думают, что вода в воде образуется из больших ионов
Уравнение реакций образования воды в воде теперь выглядит даже для глаза химика удивительно:
Почему вода «мокрая»? Вода не очень «мокрая», если считать, что этот шутливый вопрос относится к способности воды смачивать другие тела. Большинство жидкостей гораздо «мокрее» воды. Вода с трудом смачивает металлы, совершенно не смачивает жирные поверхности. Водой не намочишь парафин. Капли воды скатываются с поверхности многих полимерных материалов: тефлона, полиэтилена и др. Спирт же, например, или керосин очень хорошо смачивают почти любые тела. Это объясняется тем,
что силы взаимодействия между молекулами воды так необычайно велики, что вода собирается в капли там, где все другие жидкости растекаются.
Это свойство воды причиняет много огорчений в обыденной жизни и в технике: загрязненные жиром или маслами руки водой не отмоешь. Из-за этого и было изобретено мыло. Химиками было синтезировано много специальных веществ — «смачивателей», которые применяются в технике, чтобы воду сделать «мокрее».
А сухой вода может быть? Оказывается, может. Недавно ученые сумели приготовить сухую воду. К обычной воде добавили немного тонкого порошка несмачиваемой кремниевой кислоты. Вода сразу становится сухой и сыпучей. Ее можно пересыпать, перевозить в пакетиках; даже на ощупь такая вода совсем не влажная, а сухая и холодная.
А что такое «скользкая» вода? «Скользкая» вода заслуживает большого внимания. Речь идет об очень удивительных свойствах, которые может приобретать вода в зависимости от природы растворенных в ней примесей. То, что свойства воды должны зависеть от того, что в ней содержится, — это совершенно ясно и никого удивлять не может.
Но чтобы так резко могли изменяться основные свойства вещества от ничтожных добавок, как это было обнаружено на примере влияния на свойства воды малых добавок одного растворимого полимера, — этого никто из ученых предвидеть не мог.
Оказалось, что если растворить в воде ничтожное количество растворимого полимера — полиэтилено-ксида, то вода приобретает удивительные свойства, за которые этот раствор и получил название «скользкой» воды. Такая вода течет по трубам почти втрое быстрее обычной. Струя такой воды из шланга бьет
в два с половиной раза дальше. Тела движутся в ней гораздо быстрее. "Скользкую" воду начинают применять при тушении пожаров.
Какую форму имеет вода? Хотя этот вопрос может показаться странным, но он задан совершенно правильно. Вода обладает собственной формой, как и любая другая жидкость. Ее форма — шар. Утверждение учебников, что вода принимает форму сосуда, а собственной не имеет, неверно. Ее собственная форма на Земле обычно искажена земным притяжением.
Но что воде свойственна форма шара, в этом очень легко убедиться — достаточно слетать на космическом корабле в космос и вытряхнуть там воду из бутылки. Можно увидеть это и на Земле: посмотрите на падающую каплю или выдуйте хороший мыльный пузырь. Во всех этих случаях действие веса исключено и вода, как и любая другая жидкость, принимает свою собственную форму.
Можно ли бегать по поверхности воды? Можно. Чтобы в этом убедиться, посмотрите летом на поверхность любого пруда или озера. По воде не только ходит, но и бегает немало живого и быстрого народца. Если учесть, что площадь опоры лапок у этих насекомых очень мала, то нетрудно понять, что, несмотря на их небольшой вес, поверхность воды выдерживает, не прорываясь, значительное давление.
Может ли вода течь вверх? Да, может. Это происходит всегда и повсеместно. Сама поднимается вода вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод. Сама поднимается вода вверх по капиллярным сосудам дерева и помогает растению доставлять растворенные питательные вещества на большую высоту — от глубоко скрытых в земле корней к листьям и плодам. Сама движется вода вверх в порах промокательной бумаги, когда вам приходится высушивать кляксу, или в ткани полотенца, когда вытираете лицо. В очень тонких трубочках — в капиллярах — вода может подняться на высоту до нескольких метров.
Mi™ :гго объясняется? Еще одной замечательной особенностью воды — ее исключительно большим поверхностным натяжением. Молекулы воды на ее поверхности испытывают действие сил межмолеку-лярного притяжения только с одной стороны, а у воды это взаимодействие аномально велико. Поэтому каждая молекула на ее поверхности втягивается внутрь жидкости.
В результате возникает сила, стягивающая поверхность жидкости. У воды она особенно велика: ее поверхностное натяжение составляет 72 мН/м (миллиньютона на метр).
Эта сила и придает мыльному пузырю, падающей капле и любому количеству жидкости в условиях невесомости форму шара. Она поднимает воду в почве, стенки тонких пор и отверстий в ней хорошо смачиваются водой. Вряд ли вообще было бы возможно земледелие, если бы вода не обладала этой исключительной особенностью. Она поддерживает бегающих по поверхности пруда жуков, лапки которых водой не смачиваются. А в стране Коста-Рике, в Центральной Америке, обитает ящерица, умеющая бегать по воде. Спасаясь от хищников,
Поверхностное натяжение воды столь велико, что по ней спокойно могут гулять довольно крупные водяные насекомые, вроде этих.
зеленый хохлатый василиск поднимается на задние лапки и бежит, не тонет, по водной поверхности. Конечно, поверхностное натяжение воды даже и маленькую ящерку не удержит. Выручает ее большая скорость.
А может ли вода гореть? Может. Вода неплохо горит в атмосфере свободного фтора.
Видал ли хоть кто-нибудь воду? Этот вопрос может показаться нелепым. Но он относится именно к воде, к совершенно чистой воде, в которой совсем нет никаких посторонних примесей. Тогда если быть строгим и точным в ответах, то придется сознаться, что нет — воду пока еще никто не видел и не держал в руках. Хотя простым глазом и нельзя заметить никакой разницы между очень чистой водой и ее разбавленными растворами, но ведь наука не смотрит простым глазом. То, что налито в стакане и что мы по привычке называем просто водой, на самом деле всегда представляет собой раствор очень многих веществ в воде. В ней растворены газы: азот, кислород, аргон, углекислота — и все примеси, находящиеся в воздухе. В ней растворены соли из почвы, железо из водопроводных труб. В ней растворены, наверное, сотни, а может быть и тысячи, различных соединений почти всех элементов периодической системы. В ней взвешены мельчайшие нерастворимые частицы пыли, окислов железа, коллоидные осадки. Это мы и называем чистой водой.
Много ученых работают над решением трудной 'проблемы получения абсолютно чистой воды. Но пока еще получить такую воду не удалось. Да и как это сделать: налитая в стакан вода растворяет стенки стакана, соприкасаясь с любым газом, она растворяет газ.
Очень тщательно очищенная и освобожденная от газов вода приобретает совершенно необычные свойства: ее можно перегреть на десятки градусов выше точки кипения — она не закипит, ее можно очень сильно переохладить — она не замерзнет.
Может ли вода помнить? Такой вопрос звучит, надо признать, очень необычно, но он вполне серьезен и очень важен. Он касается большой физико-химической проблемы, которая в своей наиболее важной части еще не исследована. Этот вопрос только поставлен в науке, но ответа на него она еще не нашла.
Вопрос в том: влияет или нет предыдущая история воды на ее физико-химические свойства и возможно ли, исследуя свойства воды, узнать, что происходило с ней ранее, — заставить саму воду «вспомнить» и рассказать нам об этом. Да, возможно, как это ни кажется удивительным. Проще всего это можно понять на простом, но очень интересном и необычайном примере — на памяти льда.
лёд — это ведь вода. Когда вода испаряется — меняется изотопный состав воды и пара. Легкая вода испаряется хотя и в ничтожной степени, но быстрее тяжелой.
При испарении природной воды состав изменяется по изотопному содержанию не только дейтерия, но и тяжелого кислорода. Эти изменения изотопного состава пара очень хорошо изучены, и так же хорошо исследована их зависимость от температуры.
Попытайтесь теперь представить себе гигантский процесс, может быть, самый величественный на нашей планете — он охватывает весь земной шар. Огромные, чудовищные массы воды с измененным изотопным составом испаряются с поверхности Мирового океана. Воздушные течения в атмосфере разносят водяные пары по всей Земле. Попадая в холодные области, пар конденсируется нацело, образуется снег, он выпадает на землю, сохраняя свой изотопный состав. Так рождаются грандиозные арктические ледники.
Недавно ученые поставили замечательный опыт. В Арктике, в толще огромного ледника на севере Гренландии, была заложена буровая скважина и высверлен и извлечен гигантский ледяной керн длиной почти полтора километра. На нем были отчетливо различимы годичные слои нараставшего льда. По всей длине керна эти слои были подвергнуты изотопному анализу, и по относительному содержанию тяжелых изотопов водорода и кислорода — дейтерия и 180 были определены температуры образования годичных слоев льда на каждом участке керна. Дата образования годичного слоя определялась прямым отсчетом. Таким образом была восстановлена климатическая обстановка на Земле на протяжении тысячелетия. Вода все это сумела запомнить и записать в глубинных слоях гренландского ледника.
В результате изотопных анализов слоев льда была построена учеными кривая изменения климата на Земле. Оказалось, средняя температура у нас подвержена вековым колебаниям. Было очень холодно в XV в., в конце XVII в. и в начале XIX. Самые жаркие годы были 1550 и 1930.
То, что сохранила в памяти' вода, полностью совпало с записями в исторических хрониках. Обнаруженная по изотопному составу льда периодичность изменения климата позволяет предсказывать среднюю температуру в будущем на нашей планете.
Это все совершенно понятно и ясно. Хотя и очень удивительна тысячелетняя хронология погоды на Земле, записанная в толще полярного ледника, но изотопное равновесие достаточно хорошо изучено и никаких загадочных проблем в этом пока нет.
Тогда в чем же состоит загадка «памяти» воды? Дело в том, что за последние годы в науке постепенно накопилось много поразительных и совершенно непонятных фактов. Одни из них установлены твердо, другие требуют количественного надежного подтверждения, и все они еще ждут своего объяснения.
Например, еще никто не знает, что происходит с водой, протекающей сквозь сильное магнитное поле. Физики-теоретики совершенно уверены, что ничего с ней при этом происходить не может и не происходит, подкрепляя свою убежденность вполне достоверными теоретическими расчетами, из которых следует, что после прекращения действия магнитного поля вода должна мгновенно вернуться в прежнее состояние и остаться такой, какой была. А опыт показывает, что она изменяется и становится другой.
Велика ли разница? Судите сами. Из обычной воды в паровом котле растворенные соли, выделяясь, отлагаются плотным и твердым, как камень, слоем на стенках котельных труб, а из омагниченной воды (так ее теперь стали называть в технике) выпадают в виде рыхлого осадка, взвешенного в воде.
Вроде разница невелика. Но это зависит от точки зрения. По мнению работников тепловых электростанций, эта разница исключительно важна, так как омагниченная вода обеспечивает нормальную и бесперебойную работу гигантских электростанций: не зарастают стены труб паровых котлов, выше теплопередача, больше выработка электроэнергии. На многих тепловых станциях давно установлена магнитная подготовка воды, а как и почему она работает, не знают ни инженеры, ни ученые. Кроме того, на опыте подмечено, что после магнитной обработки воды в ней ускоряются процессы кристаллизации, растворения, адсорбции, изменяется смачивание... правда, во всех случаях эффекты невелики и трудно воспроизводимы. Но каким образом в науке можно оценить, что такое мало и что — много?
Кто возьмется это сделать?
Действие магнитного поля на воду (обязательно быстротекущую) длится малые доли секунды, а «помнит» вода об этом десятки часов. Почему — неизвестно. В этом вопросе практика далеко опередила науку. Ведь даже неизвестно, на что именно действует магнитная обработка — на воду или на содержащиеся в ней примеси. Чистой-то воды ведь не бывает.
«Память» воды не ограничивается только сохранением последствий магнитного воздействия. В науке существуют и постепенно накапливаются многие факты и наблюдения, показывающие, что вода как будто бы «помнит» и о том, что она раньше была заморожена.
Талая вода, недавно получившаяся при таянии куска льда, как будто бы тоже отличается от той воды, из которой этот кусок льда образовался. В талой воде быстрее и лучше прорастают семена, быстрее развиваются ростки; даже как будто бы быстрее растут и развиваются цыплята, которые
получают талую воду. Кроме удивительных свойств талой воды, установленных биологами, известны и чисто физико-химические отличия, например талая вода отличается по вязкости, по значению диэлектрической проницаемости. Вязкость талой воды принимает свое обычное для воды значение только через 3 — 6 суток после плавления. Почему это так (если это так), тоже никто не знает.
Большинство исследователей называют эту область явлений «структурной памятью» воды, считая, что все эти странные проявления влияния предыдущей истории воды на ее свойства объясняются изменением тонкой структуры ее молекулярного состояния. Может быть, это и так, но... назвать — это еще не значит объяснить. По-прежнему в науке существует важная проблема: почему и как вода помнит», что с нею было.
Откуда на Земле взялась вода? Вечно по всем направлениям Вселенную пронизывают потоки космических лучей — потоки частиц с огромной энергией. Больше всего в них протонов — ядер атомов водорода. В своем движении в космосе наша планета непрерывно подвергается «протонному обстрелу». Пронизывая верхние слои земной атмосферы, протоны захватывают электроны, превращаются в атомы водорода и немедленно вступают в реакцию с кислородом, образуя воду. Расчет показывает, что ежегодно почти полторы тонны такой «космической» воды рождается в стратосфере. На большой высоте при низкой температуре упругость водяного пара очень мала и молекулы воды, постепенно накапливаясь, конденсируются на частицах космической пыли, образуя таинственные серебристые облака. Ученые предполагают, что они состоят из мельчайших ледяных кристалликов, возникших из такой «космической» воды. Подсчет
показал, что воды, появившейся таким образом на Земле за всю ее историю, как раз хватило бы, чтобы родились все океаны нашей планеты. Значит, вода пришла на Землю из космоса? Но...
Геохимики не считают воду небесной гостьей. Они убеждены, что у нее земное происхождение. Породы, слагающие земную мантию, которая лежит между центральным ядром Земли и земной корой, под влиянием накапливающегося тепла радиоактивного распада изотопов местами расплавлялись. Из них выделялись летучие составные части: азот, хлор, соединения углерода, серы, больше всего выделялось водяных паров.
Какое же количество могли выбросить при извержениях все вулканы за все время существования нашей планеты?
Ученые подсчитали и это. Оказалось, что такой изверженной «геологической» воды тоже как раз хватило бы, чтобы заполнить все океаны.
Интересно все-таки было бы знать: откуда же на Земле взялась вода?
Сколько на Земле воды? Очень мало!
Сколько всего воды на всей Земле — этого еще точно никто не знает, но очень мало.
В центральных частях нашей планеты, образующих ее ядро, воды, наверное, нет. Вряд ли она там может существовать. Одни ученые считают, что даже если и присутствуют там и кислород и водород, то они должны вместе с другими элементами образовывать новые для науки, неизвестные металлоподобные формы соединений, обладающих высокой плотностью, устойчивых при тех огромных давлениях и температурах, что царят в центре земного шара.
Другие исследователи уверены, что ядро земного шара состоит из железа. Что на самом деле находится не так уж далеко от нас, у нас под ногами, на глубинах, превышающих 3 тыс. км, пока еще никому не известно, но воды там, наверное, нет.
Больше всего воды в недрах Земли находится в ее мантии — слоях, расположенных под земной корой и простирающихся примерно на глубину до 3 тыс. км. Геологи считают, что в мантии сосредоточено не менее 13 млрд. куб. км воды.
Самый верхний слой земной оболочки — земная кора содержит еще примерно 1,5 млрд. куб. км воды. Почти вся вода в этих слоях находится в связанном состоянии — она входит в состав горных пород и минералов, образуя гидраты. В этой воде не выкупаешься и ее не выпьешь.
Гидросферу — водную оболочку земного шара образуют еще примерно 1,5 млрд. куб. км воды. Почти все это количество содержится в Мировом океане. Он занимает около 70% всей земной поверхности, его площадь — свыше 360 млн. кв. км. Из космоса наша
планета выглядит совсем не как земной шар, а, скорее, как водяной шар.
Средняя глубина Океана — около 4 км. Если сравнить эту «бездонную глубину» с размерами самого земного шара, средний диаметр которого равен 12 740 км, то тогда, наоборот, придется признать, что мы живем на мокрой планете, она только слегка смочена водой, да и то не по всей поверхности. Вода в океанах и морях соленая — пить ее нельзя.
На суше воды совсем немного: всего только около 90 млн. куб. км. Из них более 60 млн. куб. км находится под землей, почти все это соленые воды. Около 25 млн. куб. км твердой воды лежит в горных и ледниковых районах, в Арктике, в Гренландии, в Антарктиде. Эти запасы воды на земном шаре заповедны. Беда, как считают многие ученые, если полярные льды вдруг начнут таять, — уровень Мирового океана тогда подымется более чем на 50 м и под водой скроются огромные пространства суши. Будут за-тоцлены в результате гигантских катастрофических наводнений обширные плодородные низменности, и географическая карта мира изменится настолько, что все станет на ней неузнаваемым.
Бедствия будут неисчислимы. Метеорологи уверяют, что такое глобальное таяние льдов может начаться, если средняя температура на Земле поднимется всего лишь на два градуса. Ледники занимают около 10% поверхности суши. Кроме того, на площади около 16 млн. кв. км находится область вечной мерзлоты, где всегда сохраняется подпочвенный слой льда, составляющий приблизительно 500 тыс. куб. км.
Во всех озерах, болотах, созданных человеком водохранилищах и в почве содержится еШ,е 500 тыс. куб. км воды.
Вода присутствует и в атмосфере. В воздухе всегда, даже в самых безводных пустынях, где нет ни капли воды и никогда не идет дождь, и то находится немало водяных паров. Кроме того, по небу всегда плывут облака, собираются тучи, идет снег, льют дожди, над землей стелются туманы. Все эти запасы воды в атмосфере подсчитаны точно: все они, вместе взятые, составляют всего только 14 тыс. куб. км.
Вот и все, что можно узнать о запасах воды на Земле и о том, где и как она распределена. К этому следует добавить, что вода на Земле никогда не остается неподвижной.
В природе всегда существует вечный круговорот воды, связывающий воедино все водные ресурсы нашей планеты, где бы они ни находились: в атмосфере, гидросфере, биосфере. Геологи считают, что даже из глубоких недр планеты ежегодно выносится до одного кубического километра первозданной, ювенильной воды. Может быть, благодаря этому выносу за миллиарды лет существования земного шара и образовались все запасы воды на его повёрх-ности. Правда, астрофизики уверяют, что вода имеет космическое происхождение.
Круговорот воды на Земле происходит за счет энергии Солнца. Вода испаряется, под действием воздушных течений разносится по всему свету, конденсируется, выпадает на земную поверхность, снова возвращается — стекает в Океан.
И так без конца.
Каждый год с поверхности Океана и с материков испаряется 520 тыс. куб. км воды, и вся она выпадает обратно в виде осадков — дождя и снега. Причем большая часть сразу попадает обратно в Океан — 410.5 тыс. куб. км, а остальное количество — 109.5 тыс. куб. км орошает сушу, обеспечивая существование всего живого на всех континентах нашей планеты. Всего только 37,4 тыс. куб. км стекает в течение года по руслам всех рек на всем свете обратно в Океан. Остальное испаряется снова. При этом более одной трети воды с суши испаряется растениями.
Почему же воды на Земле очень мало, когда ее так много? Вот этот вопрос особенно важен. В самом деле, много воды на Земле или мало? А что такое «много» и что значит «мало»?
Как было уже сказано, ученые еще точно не знают, сколько воды на нашей планете, но они уверены, что не менее 16 млрд. куб. км.
А масса всего нашего земного шара равна приблизительно 6,0 1021 т. Значит, воды на Земле не менее чем четверть процента от массы всей планеты. Разве это мало?
А теперь попробуйте-ка наглядно представить себе только 1 куб. км воды. Вообразите (для воображения ведь все возможно) фантастический водяной куб высотой в километр. Он будет выше облаков. Целый небольшой город разместится свободно на его основании. В нем будет содержаться 1 млрд. т воды, и этого хватит всем людям на свете, всему человечеству, чтобы утолить жажду примерно в течение полугода.
Только одни реки выносят в Мировой океан каждый год около 40 тыс. куб. км воды. Значит, только один годовой сток рек может обеспечить питьевой пресной водой всех людей на Земле, по крайней мере, на двадцать пять тысяч лет. Разве это мало?
Да, конечно, это очень много? Но дело в том, что человеку нужно воды тоже очень много. Его потребности в воде уже стали сравнимыми с возобновляемыми ресурсами пресной воды на планете.
Человеку нужна хорошая, чистая пресная вода. Без нее он жить не может.
Без воды не будет расти хлеб на полях. Без воды не могут работать заводы. Встанут и тепловые и атомные электростанции. Вода нужна и сельскому хозяйству, и промышленности.
Сколько же ее нужно обществу? На что это драгоценное вещество тратит человек?
Уже теперь, в наши дни, люди каждый год забирают из рек и озер для своих нужд приблизительно 2 тыс. куб. км пресной воды, что составляет около одной двадцатой части годового стока всех рек земного шара, или около 13% их устойчивого стока. Больше всего воды расходуют на орошаемое земледелие. В засушливых зонах часто значительная доля воды огромных рек расходуется на орошение полей. В Египте воды Нила поступают на поля наполовину, а из бурной и капризной реки Сырдарьи на орошение полей Казахстана расходуется две трети годового стока, и до Аральского моря доходит едва одна треть.
Для целей водоснабжения из рек земного шара извлекается 150 куб. км воды. Она идет на бытовые нужды и на снабжение промышленности. Этот расход с первого взгляда кажется незначительным — он составляет всего лишь 1% от устойчивого годового стока, и, казалось бы, можно не опасаться истощения водных ресурсов, но, к сожалению, это не так... перед человечеством встает совершенно реальная угроза жестокого водного голода, который в отдельных районах, в наиболее развитых промышленных странах Запада, уже почти наступил.
Дело в том, что кроме 150 куб. км воды, что люди извлекают для своих нужд из рек, для водоснабжения расходуется еще 400 — 500 куб. км воды, забираемой из озер и из подземных источников. А всего же для обеспечения коммунального и промышленного водоснабжения во всем мире расходуется почти 600 куб. км пресной воды.
Из этого огромного количества расходуется безвозвратно всего только 150 куб. км воды, а остальная отработанная, загрязненная сточная вода поступает обратно в реки и водоемы, отравляя их, делая их непригодными для человека и жизни.
Для того чтобы обезвредить сточные воды, необходимо их предварительно тщательно очистить, а потом еще разбавить чистой природной водой приблизительно в 10 раз, а неочищенные сточные воды необходимо разбавлять перед сбросом в реки и водоемы в 20 — 60 раз. На это в мире расходуется около 6 тыс. куб. км чистой воды. Сопоставив этот расход с величиной мирового устойчивого стока рек, нетрудно почувствовать страшную угрозу призрака водного голода, встающего перед человечеством.
Уже теперь на обезвреживание загрязненных промышленных и бытовых сточных вод расходуется ежегодно почти 40% всего устойчивого мирового стока пресной воды, что втрое больше ее расхода на все нужды человечества.
Водный кризис угрожает обществу не потому, что на Земле не хватает воды, а потому, что своей деятельностью человек при существующей технологии, при современной организации промышленного производства вынужден, загрязнять и портить огромные количества природной чистой воды. В загрязненной сточными сбросами речной воде гибнет жизнь, исчезает рыба, сначала бурно разрастается сорная водная растительность, а затем гибнут и водоросли, развивается вредная микрофлора, загнивающие воды отравляют и воздух, становятся источником тяжелых заболеваний.
Прославленные в легендах чистые воды Рейна — одной из главных рек Европы — уже больше не существуют. Рейн стал грязной сточной канавой.
Значит, воду нужно беречь? Как? Да! На свете нет ничего более драгоценного, чем чудесная самая обыкновенная чистая вода. Без нее нет и не может быть жизни. Воду нужно беречь. Это должен понять
и запомнить каждый, какую бы дорогу он ни наметил для себя в будущем. Кем бы он ни хотел стать, где бы ни стал работать, что бы ни делал, каждый обязан помнить — воду нужно беречь! Это значит беречь жизнь, беречь здоровье, беречь благосостояние, беречь красоту окружающей природы.
Все, что существует в природе, объединено в неразрывное целое сложными и часто неожиданными связями. В этой маленькой книжке, к сожалению, нет места, чтобы об этом рассказать. Здесь будет все же уместен один пример. Чтобы река была полноводной, по ее берегам должны расти леса. Лес накапливает и охраняет запасы подпочвенной влаги, питающей реку. Чтобы сберечь воду — нужно беречь и выращивать лес. А леса от вредителей заботливо охраняют муравьи (правда, они не могут защитить его от пилы и топора). И жизнь большой реки связана с жизнью маленького муравья. Каждый, кто даже просто гуляет в лесу, обязан беречь и охранять его жилище.
И это тоже будет забота о воде.
Кому в будущем придется заботиться о выращивании хлеба, следует помнить, что землю надо обрабатывать так, чтобы весенняя влага при таянии снегов не могла бы бесполезно стекать с полей.
Кто собирается занять место за рулем автомашины, должен знать, что вылить на землю горючее или отработанное масло и мыть в реке машину — преступление. Каждый килограмм нефти и бензина, попадающий в воду, отравляет тысячи кубометров воды в реке или почвенной влаги и сделает их вредоносными для всего живого.
Если из неисправного крана течет струйка воды — кран надо исправить и закрыть. Иначе пропадет немало кубометров драгоценной влаги, и ее кто-то не выпьет, кто-то где-то не умоется, а может быть, ее кому-то не хватит, чтобы замесить тесто
и выпечь хлеб. И кроме того, бесполезно пропадет огромный труд, затраченный на то, чтобы очистить воду от посторонних загрязнений, от множества болезнетворных бактерий и кристально чистую подвести ее к вашему крану. На это уже израсходовано немало киловатт-часов энергии, и из-за этой бесполезной потери где-то не загорится свет, кому-то не будет сшит костюм, не будет выплавлена сталь, задержится постройка дома.
Все те, кто будет держать в руках эту книжку, кем бы они ни мечтали стать — химиками, металлургами, машиностроителями; чтобы ни стали делать — создавать новые замечательные процессы, рассчитывать новые аппараты, проектировать и строить новые мощные тепловые и атомные электростанции, — все обязаны знать и помнить: все, что
будет ими создано вновь, все новые предприятия, промышленные центры, города должны быть так разработаны, так спроектированы и так построены, чтобы эти новостройки не наносили ущерба природной среде, чтобы они не загрязняли и не отравляли водные бассейны, воздушную среду, землю.
На нашей прекрасной Земле должно быть вволю чистой воды, человек на ней постоянно должен дышать чистым воздухом.
Современная наука, а главное, наш новый социалистический общественный строй создали для вас все возможности успешного решения этой важнейшей задачи современности.
А. какое из свойств воды можно назвать самым важным? Такой вопрос просто нельзя задавать. В науке, как и в природе, нет ничего самого важного, равно как нет и ничего второстепенного. В великой и неразрывной цепи взаимодействия всего существующего в мире нет большого и малого. Если взять свойства воды — те, которые уже достаточно хорошо
исследованы учеными, — и мысленно, так, как это делается в фантастических романах, хоть немного их изменить, вряд ли найдется такой писатель-фантаст, который смог бы предугадать и описать все те величайшие последствия и изменения, которые это вызовет в мире, где мы живем. Сможем ли тогда мы его узнать и будем ли в нем мы?
Но если уж этот вопрос задан, то и на него приходится отвечать.
Все-таки самое важное в мире — это жизнь. Жизнь — вершина развития материи. А без воды нет жизни — такой жизни наука в мире еще не нашла. Нет ни одного известного нам живого организма, который мог бы жить и развиваться без воды. В нашем теле воды свыше 65%. Без воды мы не можем прожить и нескольких дней. Все процессы в нашем организме протекают в водной среде и с участием воды. И с этой точки зрения самое важное — то во многом еще загадочное и таинственное свойство воды, которое делает ее основой жизни. Науке еще только предстоит его разгадать. Но ясно, что в природе нет для нас ничего драгоценнее воды.
Все ли свойства воды понятны ученым? Конечно, нет! Вода — загадочное вещество. До сих пор ученые не могут еще понять и объяснить очень многие ее свойства.
Можно ли сомневаться, что все подобные загадки будут успешно разрешены наукой. Но будет открыто еще немало новых, еще более удивительных, загадочных свойств воды — самого необыкновенного вещества в мире.
Все ли свойства воды уже перечислены в этой книге? Нет, к сожалению, далеко не все. Не хватило места даже для наиболее интересных. Но тот, кто захочет подробно познакомиться со всеми свойствами воды, которые уже изучены, сможет это сделать самостоятельно.
Для этого ему нужно будет прочесть во всех научных библиотеках мира все уже вышедшие журналы и книги, где напечатаны научные работы по химии, физике, биологии, физиологии, биохимии, биофизике, геологии, геохимии.
Придется изучить и многие работы по астрономии и астрофизике (интересно, есть ли вода на планетах, в межзвездном пространстве, в далеких галактиках?
И как ее там изучают астрономы?). Надо будет изучить работы по зоологии и ботанике (ни животные, ни растения без воды жить не могут). Рыбы и микроорганизмы живут в воде — придется читать работы по ихтиологии и микробиологии.
Само собой разумеется, что нельзя пропустить книги по гидрологии, океанологии, лимнологии (это очень интересная наука об озерах), необходимо также изучить работы ученых по теории рек, их образованию и жизни, тщательно проработать все, что
известно по гляциологии (это очень важная наука о свойствах льда — она помогает строить большие города на далеком севере), по спелеологии (ведь пещеры в недрах Земли созданы водой, и это тоже ее свойство).
Без термодинамики нельзя понять роль воды в энергетике (ведь все тепловые электростанции работают на водяном паре, а гидростанции — на воде). Придется изучить и ядерную физику (зачем атомной энергетике нужна тяжелая вода). Есть еще очень обширная и трудная наука — гидравлика.
Придется изучить ряд разделов электротехники — без этой науки невозможно усвоить электрохимию, большинство процессов которой протекает в водных растворах.
Где и какие реки, моря и океаны расположены на Земле, рассказано в работах по географии. Совершенно особые свойства воды изучает навигация — наука о кораблевождении и теория кораблестроения.
Очень много интересного о воде можно узнать из книг по метеорологии — науке, которая изучает, почему рождаются тучи и идет из них дождь.
Нельзя оставить без внимания научные работы по медицине — и в человеке все жизненные процессы протекают в водной среде.
Может быть, вы думаете, что можно пропустить сочинения по истории, по экономике? Нет, их развитие определялось на нашей планете водными путями сообщения.
Наверное, можно назвать, если хорошенько подумать, еще много отраслей знаний, в которых изучаются свойства воды. Попробуйте подумать сами.
Все ли уже известно о воде? Сравнительно недавно, в 30-х годах нашего века, химики были уверены, что состав воды им хорошо известен. Но однажды одному из них пришлось измерить плотность остатка
воды после электролиза. Он был удивлен: плотность оказалась на несколько стотысячных долей выше нормальной.
В науке нет ничего незначительного. Эта ничтожная разница потребовала объяснения. В результате ученые открыли много новых больших тайн природы. Они узнали, что вода очень сложна. Были найдены новые изотопные формы воды. Добыта из обычной тяжелая вода; оказалось, что она совершенно необходима для энергетики будущего. Теперь во всех странах мира физики упорно и неустанно работают над решением этой великой задачи. А началось все с простого измерения самой обычной, будничной и неинтересной величины — плотность воды измерена точнее на лишний десятичный знак.
Каждое новое, более точное измерение, каждый новый верный расчет, каждое новое наблюдение не только повышает уверенность в знании и надежности уже добытого и известного, но и раздвигает границы неведомого и еще не познанного и прокладывает к ним новые пути.
Нет предела человеческому разуму, нет предела его возможностям; и то, что мы теперь так много знаем о природе и свойствах поистине самого удивительного в мире вещества — о воде, открывает перед вами, перед теми, кто читает книгу, еще большие, неограниченные возможности. И кто может сказать, что вы еще узнаете, что откроете нового, еще более необычайного.
Умейте только видеть и удивляться.
Вода, как и все в мире, неисчерпаема.
|
