Аномалии, которые спасли жизнь

Вода – поразительная жидкость: у нее есть аномалии!

Такая обычная, такая повседневная, домашняя! Мы привыкли к ней и не замечаем ее необыкновенных, удивительных, совершенно особенных свойств. Для воды будто законы не писаны: это своенравный аутсайдер в мире веществ. В природе и в опытах она ведет себя не совсем так, как другие вещества. Но благодаря ее капризам жизнь смогла развиться и существовать в воде.

Первая аномалия: воде положено по ее химической структуре и классу веществ, к которому она принадлежит, плавиться и кипеть при температурах более низких, которых на Земле не бывает. Не было бы, значит, на Земле ни жидкой, ни твердой воды – только пар ее в небе, если бы не эта аномалия, рожденная особыми связями молекул воды.

Вторая аномалия: высокая теплоемкость. У воды она в десять раз больше, чем у железа. Вода нагревается впятеро медленнее песка. А чтобы нагреть на один градус литр воды, тепла потребуется в 3300 раз больше, чем для нагрева литра воздуха. Зато, когда вода остывает, она отдает столько же тепла, сколько забрала, нагреваясь.

Из-за исключительной способности воды поглощать тепло температура ее при нагревании и охлаждении изменяется незначительно, поэтому морским обитателям никогда не угрожают ни сильный перегрев, ни чрезмерное охлаждение.

Аномалия третья и четвертая тесно связаны с первой: у воды очень высокая скрытая теплота испарения и скрытая теплота плавления. Чтобы выпарить воду из чайника, тепла потребуется в пять с половиной раз больше, чем для того, чтобы вскипятить его.

Если бы не это ее свойство – даже в жару медленно испаряться, – многие озера и реки летом быстро бы пересыхали до дна и вся жизнь в них погибала.

Замерзая, вода тоже отдает много тепла. Один литр воды, превращаясь в лед, может подогреть (на один градус) 250 тысяч литров воздуха. Вот почему в холодные ночи зимой в теплицы ставят бочки с водой: замерзая, она выделяет тепло и согревает воздух.

Аномалия пятая: замерзая, вода (как висмут и серебро – другие оригиналы) расширяется. На 9 процентов по отношению к прежнему объему. Поэтому лед всегда легче незамерзшей воды и всплывает вверх и поэтому редкий водоем промерзает до дна^[72]. Покрывающий его сверху лед – хороший теплоизолятор: ведь теплопроводность льда, как и воды, очень мала. Под такой «шубой», говорит известный наш океанолог профессор В. Г. Богоров, даже зимой в Арктике морским животным не очень холодно.

Правда, это расширение льда может оказаться роковым для водопровода, автомобильного радиатора и живых клеток, которые всегда наполнены водой. Но все-таки пользы от него больше, чем вреда. Укутывая зимой ледяной шубой воду, природа сохраняет ее и теплой и жидкой. Не дает затвердеть. Ведь твердая вода для жизни не пригодна.

Шестая аномалия самая странная.

Все вещества, когда нагревают их, расширяются, а при охлаждении сжимаются. Истина эта всем известна. А один нерадивый школьник усвоил ее даже чересчур хорошо.

– Почему зимой дни короче? – спросил его учитель.

– Потому, – ответил ученик, – что зимой холодно, а все от холода сжимается.

Вода тоже сжимается от холода. Но… В этом «но» все дело. Сжимается, сжимается, пока температура падает, но при 4 градусах тепла наступает предел. Тут она снова вдруг начинает расширяться, хотя температура и понижается. Поэтому вода самая плотная и тяжелая при 4 градусах тепла. И поэтому зимой, охладившись до 4 градусов, она опускается на дно и здесь сохраняется в течение всей зимы (в пресноводных водоемах, так как морские соли усложняют картину циркуляции воды). Охладившиеся еще больше слои воды ложатся поверх четырехградусных, ведь их плотность, а следовательно и вес, меньше. Вот почему зимой на дне пруда или реки сравнительно тепло.

Эта удивительная аномалия спасает жизнь всем пресноводным животным, зимующим в наших реках, прудах и озерах.

Седьмая аномалия: из всех жидкостей, кроме ртути, у воды самое большое поверхностное натяжение.

Что это такое? Некомпенсированные силы сцепления между молекулами. Внутри жидкости притяжение молекул друг к другу уравновешено. А на поверхности нет. Молекулы воды, которые лежат глубже, тянут вниз самые верхние молекулы (вверх их ничто так сильно не тянет, так как там нет воды, а только воздух).

Поэтому капля воды стремится затянуть себя в узелок. Стягивают ее силы поверхностного натяжения. Капля воды как бы упакована в свою поверхностную пленку, которая очень прочна.

Итак, поверхность воды всегда затянута тончайшей пленкой из молекул. Чтобы разорвать ее, нужна сила, и сила немалая. По этой пленке, как по паркету, бегают насекомые – вертячки и водомерки. За нее цепляются, повиснув вниз головой, личинки комаров, и даже улитки с массивными раковинами ползают по ней. Они тяжелее воды, но не проваливаются: пленка поддерживает их. Бегают по воде и не тонут даже ящерицы! И большие ящерицы – василиски (они живут в тропиках Америки).

Физики точно рассчитали, какую гирю надо подвесить к столбику воды толщиной в 3 сантиметра, чтобы разорвать его. Гиря потребуется огромная – больше 100 тонн!

Но это когда вода исключительно чистая. В природе такой воды нет^[73]. Всегда в ней что-то растворено, пусть хоть немного. Чужеродные вещества разрывают звенья в прочной цепи молекул воды, и силы сцепления между ними сильно уменьшаются. Но в лабораториях ученым удалось получить почти чистую воду, и разорвать ее было так же трудно, как сталь самого лучшего сорта.

Могучие силы сцепления между молекулами поднимают воду вверх по тонким трубкам и щелям, хотя земное тяготение, противоборствуя им, тянет ее вниз. Чем тоньше трубка, тем выше поднимается по ней вода.

Силы поверхностного натяжения тянут вверх воду из глубин почвы, питая растения солями и влагой. Увлекаемая ими (и силами осмоса) течет она по корням и стеблям самих растений и наполняет кровью наши капилляры.

Аномалия восьмая и последняя, о которой я расскажу. Вода – лучший в мире растворитель. «Могучий растворитель», – говорят химики. Она растворяет очень многие вещества, но сама остается инертной, не изменяется от многих веществ, которые растворяет.

Благодаря этому качеству вода смогла стать носителем жизни. Растворы всех веществ, циркулирующие в нашем теле, приготовлены на воде. Они мало изменяются в таком растворе, и сам растворитель – вода – может быть использован неоднократно.

«Воде, – сказал великий Леонардо, – была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле».