Чудеса: Популярная энциклопедия. Том 1, стр. 41
Вам доводилось наблюдать, как бегает по воде клоп-водомерка? А задумывались, как ей это удается? Почему водомерка не проваливается, как путник на тонком льду? Потому что сила, с которой она давит на поверхность воды, меньше силы так называемого поверхностного натяжения. Природа этого натяжения, согласно представлениям физической химии, определяется наличием взаимодействия между молекулами. Однако основу самого межмолекулярного взаимодействия составляют так называемые химические связи, благодаря которым атомы химических элементов объединяются в молекулы и кристаллы. Ученые считают, что многие удивительные свойства воды и льда обусловлены водородной связью, названной так потому, что главную роль в ней играет атом водорода.
Вероятно, всем довелось видеть, как космонавты во время телевизионной связи с ними показывали своеобразный «фокус»: выдавленные из туба капли воды никуда не падали, а спокойно плавали в воздухе. Суть же этого «фокуса» не просто в том, что капли никуда не падали, но и в том еще, что они принимали безупречную форму шара. Это, можно сказать, демонстрация явления поверхностного натяжения в натуральном виде: именно силы этого натяжения при отсутствии внешних воздействий стягивают каплю жидкости в шар. Стало быть, естественная форма капли — шар, а не та, что мы повседневно видим в земных условиях.
Мы говорим: химически чистая вода. Это значит, что она не содержит примесей. Н2О, так сказать, в чистом виде. Однако под этой универсальной формулой скрывается разная вода. Давно уже установлено, что химические элементы имеют своих двойников — изотопы. Они отличаются от основного элемента лишь тем, что масса их атомов другая. Изотопы могут быть, тяжелее или легче основного элемента. В химически чистой воде есть такая, молекулы которой состоят из изотопов водорода или кислорода. Чаще всего это тяжелая вода, в ней присутствует не водород, а его тяжелый собрат — дейтерий. У тяжелой воды, естественно, и плотность, и другие физические характеристики иные. Некоторые ученые считают, что вода, даже химически чистая, представляет собой смесь молекул разного сорта: простых и ассоциированных, объединенных в группы. Простая молекула — это всем известное Н2О, ассоциированные (Н2О)8, (Н2О) и (Н2О)2. Правда, такое строение воды экспериментально еще не доказано.
Похоже, что на изучении воды как химического соединения рано ставить точку.
Быль о мертвой воде
О живой и мертвой воде мы наслышаны с детства. Во всяком случае те из нас, кто любил слушать сказки, а потом и сам читал их. Став взрослыми, мы узнали, что сказки — это духовное творчество народа, в котором в иллюзорной форме отражалась его жизнь, чаяния и надежды. Сказочное, иллюзорное мы оставили сказкам, но сказочные образы и метафоры сплошь да рядом стали переносить на явления и предметы вполне реальные. Вода, которая спасает в засушливый год урожай, конечно же, живая! Она, безусловно, живая и для населения пустынных и полупустынных районов, где и жизнь, и земледелие возможны только при наличии воды. И наоборот, вода, в которой не может жить ни одно существо, мертвая: Мертвое море в Западной Азии (впрочем, в нем все-таки живут отдельные виды бактерий), мертвыми стали некоторые реки и водоемы, отравленные отходами промышленности… В XVII–XVIII веках, да гораздо позже писались целые книги о проявлениях мертвой воды и, как правило, во всех этих «трудах» указанное явление природы связывалось с проделками дьявола.
Сразу же скажем: с этим и в самом деле загадочным явлением мореходы прошлых веков сталкивались неоднократно во многих районах земного шара — у побережья Норвегии и в Средиземном море, в Мексиканском заливе и в устьях больших африканских рек. В одном из скандинавских сказаний повествуется о морском походе викингов, прерванном по воле богов. Большое парусно-гребное судно стояло в фиорде, готовое сняться с якоря. Заснеженные пики гор, окружающие залив, сверкали в лучах весеннего солнца. Снег таял, вынося к морю целые потоки пресной воды… Прозвучала команда херсира (вождя). Над кораблем раскрылся большой четырехугольный парус красного цвета, и свежий ветер принял судно в свою стихию.
Но не успело оно продвинуться и сотни локтей, как, словно натолкнувшись на какое-то невидимое в воде препятствие, резко снизило скорость. Навалившись на весла, воины-гребцы пытались помочь ветру вывести судно из фиорда. Тщетно! «Хозяин фиорда не хочет нашего похода! — шептали испуганные люди. — С ним нельзя спорить!» Предводитель, столь же суеверный, отдал приказ возвращаться. Был брошен канат, которым корабль подтянули к берегу. В тот же день у херсира собрался военный совет. Было решено принести новую щедрую жертву богам-покровителям.
А старый, самый опытный из мореходов, Олаф Одноглазый, добавил: «Боги не хотят, чтоб мы вышли в море сегодня. Подождем, когда изменится ветер и принесет в залив свежую воду». По опыту прошлого он знал, что таинственные подводные силы исчезают, когда в фиорд устремляются воды открытого моря.
О «мертвой» воде, на которой резко гасилось движение корабля, упоминал еще Плиний Старший. Не зная истинных причин этого редкостного явления, он в своей «Естественной истории» пытался объяснить остановку корабля тем, что к днищу присасываются моллюски.
Существование «мертвой» воды как реального природного явления ученые долго не принимали всерьез. Лишь наблюдения норвежского исследователя Ф. Нансена привлекли, наконец, к ней внимание. Ведь на сей раз о ней сообщал уже не безызвестный моряк, а всемирно известный исследователь Арктики. И не только сообщал, но и пытался объяснить.
Специальными опытами было установлено: для появления в море очага с такой водой действительно необходим на поверхности слой пресной или почти пресной воды. Когда корабль движется по ней с незначительной скоростью (около четырех узлов), то на границе между пресной и соленой водой образуются подводные волны, которые очень быстро достигают больших размеров. Энергия этих внутренних волн и гасит всю или почти всю скорость судна. Мощь судовых двигателей расходуется на то, чтобы противостоять этому невидимому глубинному волнению. Эксперименты в бассейнах показали, каким путем можно избежать западни: судну необходимо идти со скоростью, превышающей скорость движения глубинных волн. В этом случае на границе раздела водных слоев волн не образуется — они гасятся. И если скорость судна превышает пять узлов, то проблемы «мертвой» воды для него нет. Вот почему моряки и замечали с давних пор, что в загадочную ловушку попадали суда средних размеров, ведь шли они обычно со скоростью не выше четырех с половиной узлов.
Обо всем этом впереди у нас еще будет разговор.
А вода «живая?»
Так почти через две тысячи лет после походов викингов был раскрыт механизм одного из редкостных природных явлений. Но, говоря в связи с ним о «мертвой» воде, мы не могли обойтись без кавычек: все-таки эпитет «мертвая» в данном случае не более чем метафора, возможно даже не очень-то удачная. Иное дело изотопная раз-, новидность воды. Установлено, что так называемая тяжелая вода, в которой, как мы уже знаем, «нормальный» водород заменен тяжелым дейтерием, в больших дозах вызывает гибель организмов, в меньших — действует угнетающе. Тут уж перед нами действительно мертвая вода — без всяких кавычек.
Тяжелая вода обязательный спутник воды обыкновенной, но содержание ее в природных водах определяется таким соотношением: одна часть тяжелой воды на шесть тысяч восемьсот частей нормальной. Это очень и очень немного, так что нам нечего опасаться. Впрочем, некоторые опытные данные, требующие, правда, дальнейшей проверки, говорят, что было бы еще лучше для нас и для всего живого, если бы тяжелой воды в обыкновенной содержалось еще меньше.
В течение нескольких лет в Томске ученые исследовали, как влияет на жизнедеятельность животных и растений чистая снеговая вода. Дело в том, что в ней содержится меньше тяжелой воды, чем в обычной, взятой из реки или колодца. И обнаружилось, что снеговая вода — в полном смысле слова вода «живая». Ученые брали две группы кур одинакового веса и возраста. Одних поили снеговой водой, других — обычной водопроводной. Опыт продолжался три с половиной месяца. Куры из первой группы снесли пятьсот тридцать восемь яиц, из второй только двести семьдесят два. К тому же яйца кур, пивших снеговую воду, весили больше.