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, 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. 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 пересохли до дна и вся жизнь в них погибла.
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 9процентов по отношению к прежнему объему. Поэтому лед всегда легче незамерзшей воды и всплывает вверх, и поэтому редкий водоем промерзает до дна (Шестигранные кристаллы природного льда связаны рыхло, и между ними много пустот. Оттого лед и легче воды.). Покрывающий его сверху лед - хороший теплоизолятор: ведь теплопроводность льда, как и воды, очень мала. Под такой "шубой", говорил 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 (Даже капли дождя не чистые. Выпарив 30 килограммов дождевой воды, можно получить 1 грамм минеральных солей.). 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".
«Гора Ак-Кая, или Белая, возвышается голым утесом, наподобие крепостной стены, и является памятником различия в свойствах двух держав. При Хане служила она некогда гробницей, как Тарпейская высота осужденным к казни, под российским же скипетром татары принимали на ней присягу на блаженство, свободу, безопасность и признательность к новому отечеству». П.И.Сумароков, XIX в.
Ян Артююс-Бертран Site (фр. Yann Arthus-Bertrand, родился 13 марта 1946 года в Париже) - французский фотограф, получивший мировую известность благодаря серии фотографий различных уголков Земли, снятых с воздуха (проект «Земля, увиденная с неба» — англ. Earth from the Air).
