Глава 12

ЧУДЕСНЫЕ АНОМАЛИИ ПРОСТОЙ ВОДЫ

В древние времена, говорят, властелин одной из могущественных стран Востока приказал своим мудрецам составить описание мира. Много лет трудились они над этим заданием, но так и не смогли его выполнить. Рассерженный повелитель потребовал отчета. Вскоре у стен дворца остановился караван верблюдов, нагруженных сотнями томов рукописей. Мудрейший из ученых, припав к ногам султана, сказал, что выполнена лишь небольшая часть задания. И лишь тогда этот человек понял, какую непосильную задачу поставил он перед учеными.

Представим себе, что подобная, но более узкая задача — написать и собрать то, что уже составлено о воде, — была бы ныне поставлена перед учеными мира. Через какое-то время перед дворцами академий наук стали бы появляться эшелоны автомашин, нагруженных материалами, содержащими разные сведения о воде. Конечно, это шутка, но она имеет серьезные основания.

Познать мир воды — такая задача с давних пор стояла перед человеком. А этот мир был очень велик, сложен и разносторонен.

В предыдущем разделе мы рассказали о круговороте воды в природе, а чтобы познать общие его закономерности, потребовались тысячелетия напряженного труда ученых. Много времени потрачено на изучение других свойств воды.

И тогда у стен дворца остановился караван верблюдов, нагруженных сотнями томов рукописей...

О воде говорится просто и ясно, что она — бесцветная жидкость, главная составная часть гидросферы, одно из наиболее распространенных веществ на земном шаре, существует в трех агрегатных состояниях — жидком, твердом и газообразном, кипит при +100°С, а замерзает при 0°С, представляет собой простейшее соединение водорода и кислорода (химическая формула Н₂О). Однако до настоящего времени не все еще до конца познано в мире воды. Казавшаяся некогда очень простой, вода является очень сложным веществом.

Геологи назвали воду минералом, но среди последних она занимает совершенно особое место, потому что ни один из минералов земного шара не имеет так много удивительных особенностей, которые гидрологи называют аномалиями. Что же это за особенности — аномалии воды?

Важнейшая из них — большая теплоемкость воды. Нагревание и охлаждение ее происходят постепенно, температура изменяется медленно. Вода жадно поглощает солнечное тепло и долго сохраняет его, расходуя лишь на неизбежные затраты. Это — одно из драгоценных качеств воды. Накопив за лето огромное количество тепла, зимой океаны и моря согревают атмосферу. Мощные океанские течения уносят тепло, полученное в тропических широтах, далеко на север, смягчая климат северных районов и морей.

Перераспределяя тепло в природе, вода смягчает и выравнивает климат нашей планеты. Это имеет огромное значение для живых обитателей Мирового океана, потому что им не угрожает гибель от сильного перегрева или переохлаждения. По сравнению с другими минералами Земли у воды самая высокая скрытая теплота испарения и .плавления.

Все минералы Земли при плавлении расширяются и потому становятся легче (счет идет на единицу объема). При затвердении они сжимаются. Вода ведет себя иначе.

Проследим, например, что получается при охлаждении пруда. С наступлением холодов в первую очередь начинает остывать поверхностный слой воды. Она становится плотнее и тяжелее и потому под влиянием силы тяжести опускается вниз, где перемешивается с другой водой. Этот процесс продолжается, температура воды в озере постепенно понижается и выравнивается по всей толще слоя воды.

Но вот достигнута температура +4°С... Верхний слой воды при дальнейшем охлаждении уже не уплотняется, не тяжелеет, а, наоборот, расширяется и становится легче. Он уже не «тонет», не идет на дно, а вынужден плавать поверху; дальше плотность воды в этом слое еще более уменьшается, и при нулевой температуре вода затвердевает, переходит в лед, пруд замерзает.

Если заморозить 1 м³ воды, то объем нового тела — льда — увеличится на 9 %.

Те, кто не знает, что вода при замерзании увеличивается в объеме, бывают наказаны. Оставил шофер машину на морозе, но забыл спустить воду из радиатора, и тот вышел из строя. У нерадивых специалистов зимой лопаются трубы центрального отопления. Лед рвет, ломает, корежит все, что мешает ему при рождении занять объем, положенный самой природой.

Лед легче воды и потому всегда плавает наверху. А под ним располагается незамерзающая вода.

Представьте себе, что случилось бы, если бы вода не обладала таким качеством. Реки и озера стали бы замерзать со дна, поскольку охлаждающиеся на поверхности слои воды все время смещались бы на дно и превратились в гигантские глыбы льда. В северных и умеренных широтах лед не успевал бы растаять за летний период, всем обитателям вод угрожала бы гибель. Значительно ухудшился бы климат.

Морская вода, в каждом литре которой в среднем содержится около 35 г солей, ведет себя иначе: она может замерзать при отрицательной температуре воздуха. Но океаны и моря никогда не промерзают до дна, так как холоду не под силу справиться с огромным количеством тепла, запасенного за лето. То, что у соленых вод нет барьера в +4°С, даже выгодно для морских обитателей, так как охлажденные поверхностные слои опускаются на дно и снабжают глубинные слои кислородом. Иначе жизнь в океанах и морях была бы невозможной.

Рассмотрим процесс нагревания воды. Простой пример. Чтобы вскипятить воду, надо затратить какое-то количество тепла, а чтобы выпарить ее полностью, тепла понадобиться в пять с половиной раз больше. Так происходит и в природе: на испарение сравнительно небольшого слоя воды с поверхности океана, моря, реки затрачивается огромное количество тепла. Если бы вода не обладала таким качеством, то с начала весны стали бы высыхать мелкие реки и озера, а вслед за ними — остальные водоемы. Произошла бы всемирная катастрофа: Земля лишилась бы всего живого.

От всех других жидкостей вода отличается самым большим поверхностным натяжением. Поверхностная пленка ее очень прочная, состоит из молекул, обладающих большой силой сцепления; по ней, как по паркету, скользят насекомые (вертячки, водомерки и др.). На поверхности воды легко удерживаются предметы, имеющие значительно больший удельный вес. Положите, но только аккуратно, чтобы не нарушить пленку, на поверхность воды в стакане иголку, лезвие от безопасной бритвы или другой какой-нибудь предмет, и вы увидите, как они будут свободно держаться и не тонуть.

То, что вода обладает наибольшим поверхностным натяжением, имеет чрезвычайно важное значение для поддержания жизненных процессов в животных и растительных организмах. Эта сила микроскопична, но очень велика. Она заставляет воду подниматься из глубины земных недр и питать растения влагой и необходимыми для их жизни веществами.

Опустите в наполненный сосуд одним концом тонкую стеклянную трубочку. Вода в ней поднимется на какую-то высоту. Чем меньше поперечное сечение трубочки, тем выше будет тоненький столбик воды. Почему так происходит? Неужели перестали действовать могучие силы земного тяготения?

Нет, они по-прежнему всевластны, но бессильны перед силами капиллярности воды. Благодаря этому свойству вода поднимается вверх не только по порам почвы, но и по корням и стеблям растений. Это еще одно из волшебных свойств драгоценной жидкости нашей планеты — воды.

Нужно сказать: вода в капиллярах ведет себя так необычно, что некоторые ученые склонны считать это четвертым ее состоянием. Она не только не подчиняется закону тяготения, но не замерзает даже при значительной отрицательной температуре воздуха: при —30°С становится вязкой, при — 70°С напоминает стекловидное тело. Этими необычными свойствами заинтересовались ученые, полагая, что их можно использовать в практических целях.

В природе не бывает химически чистой воды. В ней всегда содержатся какие-нибудь вещества — газы, растворенные минералы, механические примеси. Вода — великий растворитель. Уж на что, казалось бы, должны быть чистыми небесные дождевые воды, но и они при выпаривании в количестве 20—30 кг дают несколько граммов сухого остатка.

Если в сосуд с пресной водой влить очень соленый раствор, то спустя некоторое время вода станет одинаково соленой. Процесс выравнивания раствора называют диффузией.

Проделаем такой опыт. Между двумя растворами с разной концентрацией солей поместим проницаемую перегородку. Тогда начнутся внутриводные течения и будут продолжаться до тех пор, пока не произойдет уравнение концентрации солей в обоих растворах. Такой процесс называют осмосом.

Для чего мы об этом рассказали? С целью еще раз показать, какое великое значение имеют все эти свойства воды для всего живого на Земле. Эти процессы играют важнейшую роль в питании живых организмов; благодаря им живые клетки имеют возможность избавляться от ненужных веществ и получать все необходимое.

За последние десятилетия ученые открыли еще некоторые аномалии воды, связанные с магнитными, акустическими и другими ее свойствами, открыли тяжелую воду и многое другое, требующее для своего объяснения времени и специальных познаний. И все же вода еще не раскрыла всех своих тайн.

Из того, что мы поведали читателю, видно, как щедро природа одарила воду многими драгоценными качествами, без которых немыслимо развитие и поддержание жизни на нашей планете.