Пять бесед об устройстве мира 3-я

Беседа третья: «Удивительные свойства воды»
На следующий день как раз пошел дождь.
– Вот вода и напомнила о себе. Знаете, сколько ее на Земле?
– Очень много.
– Точнее – 10 в 24-й степени литров. Такое астрономическое число человек не в силах представить. Этого нам вполне достаточно, но без излишеств. Вода – самое загадочное вещество в мире. Физические и химические свойства радикально отличают воду от всех других веществ и очень сложны для своего научного объяснения. Она как бы специально создана для существования жизни. Церковь говорит о создании всего живого Всевышним. Я думаю, что ему не стоило заниматься каждой букашкой, было достаточно создать воду, в ней жизнь зародится сама. Об одном из удивительных свойств воды мы уже говорили. Помните, о каком?
– О жидкой фазе шириной в 100 градусов, – напомнила Марина.
– Да. И это совершенно нетипично для других веществ. Я упоминал, что газ азот близок к водяному пару по удельному весу, но его жидкая фаза лежит ниже -195 по Цельсию и существует в диапазоне всего 15 градусов. У кислорода жидкая фаза существует тоже при очень низких температурах: в диапазоне от -193 до -219 градусов. У углекислого газа жидкой фазы при нормальном давлении нет вовсе: только газ и сухой лед при температуре ниже  -78 градусов.
– А почему так получилось? – заинтересовалась Марина.
– На этот вопрос я не в силах ответить. Это одна из загадок природы: водяной пар радикально отличается от остальных составляющих воздуха как по температуре жидкой фазы, так и по диапазону ее существования. Широкая температурная область жидкой фазы – уникальное свойство воды, исключительно важное для образования и существования жизни. Возникновение жизни возможно только в жидкости: в твердой фазе перемешивания молекул нет, а в газе они слишком редки для взаимодействия. Как думаете, где плотность воды выше: в твердой или жидкой фазе?
– Лед плавает, значит, легче, – заявил Василий.
– Совершенно верно. Это второе уникальное свойство. Больше подобных случаев неизвестно. У всех остальных веществ твердая фаза более плотная. Для сохранения жизни зимой в водоемах это свойство воды абсолютно необходимо. Лед создает крышку, на которую ложится снег и защищает водоем от промерзания. Если бы лед тонул, то водоемы промерзали бы полностью. А при какой температуре плотность воды максимальна?
– Наверно, при низкой. Молекулы меньше двигаются и ближе друг к другу, – сказала Марина.
– Для всех других веществ это абсолютно верно, но вода и здесь исключение. Максимальная плотность воды приходится на +4 градуса, и это исключительно важное свойство. Такая относительно теплая вода опускается на дно, где зимой и концентрируются обитатели. Как такое важное свойство реализовалось, объяснить трудно. Далее. Вода обладает большой теплоемкостью – способностью накапливать тепло. Как мы можем это ощутить?
– Батареи с водой дают много тепла.
– Прав. Можно заметить и в более крупном масштабе: около морей и океанов климат мягкий, что полезно для жизни. У человека организм состоит из воды больше, чем на 50%. Это тоже стабилизирует температуру. Идем дальше. Для испарения воды требуется приложить немалую энергию – это обеспечивает сохранность воды в биологических объектах. Высокая теплота испарения помогает человеку при болезни. Как это работает?
– Во время простуды температура подскакивает, человек потеет, и температура от этого снижается.
– Это защитная реакция. Вода имеет высокую текучесть и высокое поверхностное натяжение. Это крайне важно для внутреннего транспорта в биологических системах. Вода с полезными веществами поднимается на деревья высотой до сотни метров. Я, правда, не до конца понимаю механизм этого процесса.
Вода – очень хороший растворитель для неорганических веществ, а вот для биологических молекул – среда обитания.
Чистая вода – изолятор для тока, поэтому даже в самый сильный дождь оголенные электрические провода на улице не замыкаются. А вот раствор воды может проводить ток.
Удивительны оптические свойства воды. Она исключительно прозрачна для лучей оптического диапазона. Чистая вода на Байкале пропускает свет на километровую глубину. Но мало кто знает, что оптика – это единственная область ее прозрачности. Вода сразу становится черной на инфракрасных и ультрафиолетовых волнах. А представим, что вода в оптике черная. К чему бы это привело?
– Кругом грязь сплошная! – сказала Марина с содроганием.
– Не будь прозрачности воды в оптике, жизнь на Земле могла и не образоваться: фотосинтеза в воде бы не было. Да и жить с черной водой было бы, действительно, далеко не просто: ни помыться толком, ни белье постирать. Да и с пищей масса проблем: все черное.
А то, что вода непрозрачная в соседних с оптикой диапазонах, тоже крайне существенно. Черная вода в инфракрасном диапазоне поглощает тепло, а в ультрафиолете защищает биомолекулы от вредного воздействия излучения. Все продумано с большим умом. А почему снег белого цвета, и где от этого польза?
– Чтобы красиво было, – улыбнулась Марина.
– Могу согласиться. В черном цвете зимой все бы смотрелось мрачновато. Тут очень существенно, что лед прозрачен, именно в результате этого снег белого цвета. Он отражает солнечный свет и от того слабо тает, это обеспечивает формирование снежного покрова, защищающего зимой почву от глубокого промерзания.
Такие удивительные свойства воды выделяют ее среди всех веществ в природе. Можно уверенно утверждать, что вода как бы специально создана для жизни. Ее наличие в атмосфере является надежным ориентиром при поиске жизни в космосе. Как думаете, какой второй признак жизни?.. Нет идей?
Второй космический признак жизни связан с наличием в атмосфере кислорода. Тут дело в том, что кислород, в силу своей химической активности, стремится к образованию соединений. Его наличие в атмосфере обеспечивается только за счет непрерывной генерации растениями. Без их наличия свободного кислорода быть не может.
В прошлом веке был популярен фильм «Волга – Волга». Там была песенка о воде: «Без воды ни туды и ни сюды!» Это точно подмечено.