Вода и жизнь на Земле

Новиков Юрий Федорович

Каждая молекула воды способна соединиться с четырьмя ближайшими к ней молекулами. При этом положительно заряженный полюс одной молекулы притягивает отрицательно заряженный полюс другой. Таким образом могут образоваться группировки молекул, состоящих из двух, трех и более молекул. В зависимости от температуры и давления среды, в которой находится вода, расстояния между молекулами могут увеличиваться или сокращаться. Это делает структуру воды исключительно изменчивой. Повышение температуры вызывает увеличение скорости молекул и расстояния между ними. Максимальная плотность воды достигается при температуре плюс 4 °C.

Вода,

как все вещества в природе, при охлаждении от плюс 100° до плюс 4° уменьшается в объеме. При дальнейшем охлаждении воды до 0° ее объем увеличивается. Такое свойство типично только для воды. Ученые объясняют это тем, что при понижении температуры от 4° до 0° происходит перестройка ее внутренней структуры, жидкость превращается в лед, т. е. в кристалл, где молекулы образуют своеобразную решетку.

При замерзании объем воды возрастает примерно на 11 %. В связи с этим замерзание ее в замкнутом пространстве приводит к возникновению избыточного давления, достигающего, как показывают наблюдения, 2,5 тыс. кгс/см ². Этим объясняют разрушительную силу замерзающей воды в замкнутых пустотах, трещинах горных пород, откалывающую подчас многотонные глыбы и дробящую их в дальнейшем на мелкие осколки. С увеличением давления температура замерзания воды уменьшается. Эта зависимость для воды аномальна: у других веществ, наоборот, с ростом давления температура замерзания повышается. Подобная аномалия воды очень важна. Даже без учета растворенных в ней солей вода на больших глубинах в океане не замерзает, причем при температуре минус 3 °C этого не случается даже на глубине около 4 тыс. м.

Так как максимальная плотность воды наблюдается при 4 °C, то лед оказывается легче жидкой воды и поэтому плавает на ее поверхности. Если бы этого не происходило, то водоемы и водотоки промерзали бы зимой до самого дна, что было бы настоящей катастрофой для всего живого в них. Впрочем, эта особенность воды при некоторых условиях имеет исключения. Речь идет о возможности образования донного или внутриводного льда.

Теплоемкость воды в 3,3 тыс. раз выше теплоемкости воздуха. Иными словами, нагревая 1 л воды и 1 л воздуха на 1 °C, мы в первом случае затратим в 3,3 тыс. раз больше энергии, чем во втором. Климатическое значение этой аномалии трудно переоценить. Высокая теплоемкость делает воду главным аккумулятором солнечной энергии и распределителем ее на планете. Морские течения переносят тепло, накопленное летом в морях и океанах, из южных в северные районы земного шара, прогревая на пути воздух и воду, смягчая и выравнивая климат в этих шпротах.

О существовании течений в океанах знали давно: древние греки называли океан рекой и считали, что он течет подобно реке: они могли наблюдать сильные приливы и отливы лишь за пределами своих внутренних морей. Течения переносят громадные массы воды, перераспределяя накопленное Мировым океаном солнечное тепло. Один лишь Гольфстрим по своей мощности превосходит все реки планеты, вместе взятые. Благодаря этому течению каждый квадратный сантиметр европейского побережья получает в год 4 млрд. ккал — столько тепла выделяется при сжигании 0,5 млн. т угля.

В различных районах земного шара известны и другие поверхностные течения — теплые или холодные. Их издавна хорошо изучили мореходы и рыбаки; ученые основывали на данных об их мощности и направлениях свои заключения о циркуляции воды в верхних слоях океана. Например, Гольфстрим уже многие столетия является для мореходов своеобразной рекой в океане. Хорошо зная его режим и направление, опытный кормчий ведет корабль в струе Гольфстрима, сокращая время пути к берегам Европы, и, наоборот, двигаясь в обратном направлении, предпочитает держаться в стороне.

Из физических свойств воды можно обратить внимание на следующее. Толочь воду — не такое уж бесперспективное занятие, как выяснили эстонские ученые. Правда, вместо допотопной ступы они использовали дезинтегратор — своеобразную мельницу со стремительно вращающимися роторами.

Оказалось, что в активированной таким образом воде форель, например, растет в 1,5 раза быстрее. Из 100 икринок форели обычно появляются лишь 50 мальков, а в активированной воде — 90. Повышает она и урожаи различных культур.

Однако пока нет научного объяснения этого явления. Предполагают, что молекулы воды объединяются в некие цепочки, которые с течением тысячелетий удлиняются. Вода, как бы стареет, медленнее проникает в ткани растений и животных. А вот сотни миллионов лет назад, когда на Земле бушевали смерчи и ураганы, вода была богаче энергией, моложе. Рыбы в ней лучше развивались, потому и достигали огромных размеров. Дезинтегратор, по-видимому, проделывает ту же работу — разрушает цепочки молекул.

Являясь хорошим растворителем, вода сохраняет свою инертность. Благодаря этому свойству, живые организмы получают важнейшие питательные вещества в растворах, в малоизмененном виде.

В воде могут растворяться твердые, жидкие и газообразные вещества. Абсолютно нерастворимых в воде веществ в природе нет: в ничтожных количествах этому процессу подвержены даже такие элементы, как серебро, золото, гранит, базальт и др. В естественных условиях практически невозможно представить чистую воду. Она всюду обогащена примесями различных веществ. Дождевая вода имеет примеси веществ, находящихся в атмосфере. В воздухе над морями и океанами содержатся соли, характерные для морской и океанической воды. Вода рек и озер обогащена частицами поверхностной почвы и горных пород.

По содержанию ионов природные воды делятся на пресные, минерализация которых не превышает 1 г/л; минерализованные, содержащие от 1 до 50 г/л минеральных веществ, и рассолы, в которых содержится свыше 50 г/л минералов.

Наиболее распространенные группы минерализации образуются при растворении хлоридов, сульфатов и гид рокарбонатов, находящихся в недрах Земли. По этим признакам проводится классификация вод. Наиболее чаще встречаются воды: гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные.

В природных водах практически всегда присутствуют и микроэлементы. К ним относятся бор, бром, фтор, йод, медь, мышьяк, никель, кобальт, цинк и др. Вместе с водой микроэлементы поступают в организм человека, животных и растений. Хотя концентрации этих веществ находятся в сравнительно малых количествах, но они совершенно незаменимы. Они оказывают влияние на ход и направленность обменных процессов организма. В частности, они способны стимулировать или угнетать ферментные процессы, принимают непосредственное участие в процессах эритропоэза и гемоглобинообразования. Отмечено положительное влияние микроэлементов на рост, размножение и продолжительность жизни животных и растений.