Текст книги "Возвращение чародея"

Автор книги: Владимир Келлер

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 16 страниц)

Но дождь все-таки идет. И капли воды, выпадая из дождевых облаков, имеют вполне значительные размеры – до 2–3 миллиметров. Почему?

Это происходит потому, что на мельчайших капельках воды в облаках конденсируется пар. Идет процесс коагуляции, усиливаемый движениями капелек и сталкиваниями их между собой, а также действием электрических зарядов капель. В результате возникают два потока. Облако, как и прежде, под влиянием более высокой по сравнению с окружающей атмосферой температуры со скоростью до 10 м/секподнимается вверх. Дождевые же капли со скоростью от 0,01 до 8–9 м/секустремляются вниз.

Как-то в США появилась компания «по поставке дождя». Было объявлено, что отныне каждая ферма может заказать себе дождь в должном количестве и требуемой продолжительности.

Это было шарлатанство. Героями истории оказались охотники не за облаками, а за содержимым чужих карманов, умело сыгравшие на надеждах и ожиданиях людей.

Однако настоящая охота за облаками началась и уже дала вполне положительные результаты. Особенно больших успехов в этом направлении добились советские ученые. Так, еще с 1951 года аэрологи из Центральной аэрологической обсерватории начали применять практику «открывания» аэродромов, затянутых облаками. На самолете они подлетали к «закрытым» аэродромам Казани, Саратова, Арзамаса, Перми и других городов и, выпуская в облака несколько килограммов углекислоты, рассеивали их и открывали аэродромы для регулярных взлетов и посадок самолетов.

Теперь в Советском Союзе успешную борьбу с облаками ведут и в интересах сельского хозяйства. На Кавказе и в Молдавии проделывали интересные опыты: палили по градоносным облакам специальными ракетами из многоствольных установок, чем-то напоминающих знаменитые «катюши». Ракеты вводили в облака большое количество мелких кристалликов, не дававших дождевым каплям охладиться до града. В конце концов опасные тучи рассеивались, и небо становилось чистым. Сады и виноградники были спасены.

Великое начинается с малого. Умение улавливать небольшие аэрозоли – первый шаг на пути к победе над облаками. В быту и на производстве сейчас десятки остроумнейших ловушек подстерегают «малые облака», мешающие человеку работать или угрожающие его здоровью. Особенно распространены:

центробежные сепараторы, среди них так называемые циклоны, – аппараты, где отделение плотного от неплотного, твердых частиц от газовой среды производится при помощи закручивания аэрозолей и расслаивания этой среды на две вращающиеся сферы с разным удельным весом;

аппараты налипания, основанные на свойстве частиц прилипать к слегка охлажденным, особенно металлическим поверхностям;

фильтры тканевые и волокнистые – простейшая, но в то же время надежнейшая разновидность пылевых ловушек;

ванны-барботеры, приспособленные для промывания в целях очищения от пыли запыленных газовых потоков;

звуковые и ультразвуковые коагуляторы (буквально «слипатели»), в которых правильно подобранное акустическое облучение ускоряет процесс слипания частиц;

электрофильтры – аппараты, в которых склонность частиц к прилипанию усиливается во много раз их искусственной электризацией.

Из перечисленных ловушек всего эффективнее обычные тканевые или волокнистые фильтры. К сожалению, у них существенный недостаток: высокие сопротивления движению загрязненного потока.

Интересную идею разработал эстонский инженер Семен Лазаревич Эпштейн. Он предложил перегораживать путь движения аэрозолей в аппаратах не неподвижным фильтром, как обычно, а завесой из сыплющегося вниз тяжелого взвешенного порошка. Движение фильтрующих частиц увеличивает вероятность столкновения частиц аэрозолей с фильтром, то есть делает последний как бы более густым. В то же время фактически между фильтрующими частицами остаются большие промежутки для прохода газа, а отсюда – незначительное сопротивление его движению.

Человек научился обуздывать и частицы покрупнее тех, что текут по трубопроводам и аппаратам. Ограничимся одним, но очень интересным и поучительным примером.

Страшен взрыв в каменноугольной шахте! Он быстр, внезапен и грозит большими бедствиями. Чем его остановить? Оказывается, это можно сделать с помощью аэрозоля.

Было установлено, что поднимаемая взрывной волной пыль (обычно известняковая) останавливает распространение взрыва. Важно лишь, чтобы применяемый для этой цели порошок хорошо распылялся. И вот стали делать так: добавлять к измельченному известняку полпроцента сажи. Сажа уменьшает силу сцепления известняка и улучшает распыляемость его при взрыве. Полученную смесь щедро рассыпали во всех местах, где могли скопиться газы или куда могла дойти взрывная волна.

С аэрозолями здесь стараются бороться аэрозолями же. Смекалкой превращают еще одну их разновидность в помощников человека.

Твердое – первое состояние вещества

Древнегреческий философ Эмпедокл (490–430 гг. до н. э.) считал, что мир построен из четырех стихий, или элементов: земли, воды, воздуха и огня. Учение Эмпедокла разделяли многие ученые древности, в том числе и Аристотель. Потом оно проникло в средние века и тоже пользовалось признанием.

А ведь если чуть перефразировать, сказать вместо Эмпедокловых «стихий» – «состояния», мы, пожалуй, согласились бы, что древние верно видели природу. Ведь и мы считаем, что вещество бывает в четырех состояниях: твердом, жидком, газообразном и в виде плазмы.

Среди причин, обусловливающих то или иное состояние, одна из первых, разумеется, температура: при очень низкой температуре станет жидким, а потом и твердым телом воздух, а при достаточно высокой испарится любой металл. Наша жизнь протекает при не слишком больших колебаниях температуры: скажем, если брать две крайности в природе – от минус 50 до плюс 40, – перепад в 90 градусов. Но это такой перепад, в котором вещества встречаются в разных состояниях.

Конечно, живи мы на Луне, естественные контрасты выступали бы сильнее: там разница суточных колебаний такова, что жители Луны могли бы днем купаться в расплавленной сере (плюс 129,5 градуса), а ночью кататься на коньках по замерзшему спирту (минус 127,5 градуса). Но мы живем в условиях высоких научных достижений и не нуждаемся в помощи природы, чтобы посмотреть, как выглядит вещество при сильных колебаниях температуры.

Ученые получают в лабораториях температуру ниже минус 273 градусов, всего на несколько десятитысячных градуса выше абсолютного нуля, предельно низкой в природе температуры (равной приблизительно минус 273,16 градуса; при этой температуре прекращаются все механические, или тепловые, движения молекул, остаются лишь особые движения, связанные с наличием так называемой нулевой энергии, открытой квантовой теорией). Наряду с такими низкими температурами в лабораториях достигают и невероятно высоких температур. Советскими учеными проведены эксперименты, в которых получалась устойчивая дейтериевая плазма с температурой 60 миллионов градусов.

Огромное большинство окружающих нас твердых тел представляют собой кристаллы – иногда в виде отдельных больших кристаллов, но чаще в виде очень прочно сцепившихся между собой мелких (бывает меньше тысячной доли миллиметра) кристаллических зернышек. Некристаллы – это стекло и пластмассы. Но, может быть, и их следовало бы отнести если не к кристаллам, то, по меньшей мере, к кандидатам в кристаллы. Известно много случаев, когда с течением времени стеклянные вазы в музеях постепенно теряли прозрачность, кристаллизовались. Кристаллизуются, простояв довольно долгое время, и другие, сперва некристаллические изделия.

Отличительная особенность кристаллов – их правильное, симметричное построение. Симметрично выглядит снаружи отдельное кристаллическое зернышко, симметрично и внутри расположение каждой частицы по отношению ко всем другим.

Если бы мы решили с помощью воображения прогуляться внутри кристалла и шли бы, никуда не сворачивая, все время прямо, то, попадая в разные местности, мы обнаруживали бы смену пейзажей лишь определенное, сравнительно небольшое, число раз. Потом все начиналось бы сначала, в той же последовательности.

Кристалл неоднороден по свойствам в разных направлениях: его прочность, электрические и оптические свойства, проводимость тепла в одних направлениях отличаются от этих свойств в других направлениях. Такая особенность кристаллов называется анизотропией. Некристаллические твердые вещества (стекло, пластмассы, – их называют еще аморфнымивеществами, что значит бесформенные), а также жидкости и газы изотропны(«изо» по-гречески – «одинаково», а «тропос» – «направление»): их свойства одинаковы во всех направлениях.

Какие силы заставляют кристаллические тела сохранять неизменными свои формы? Даже не вдаваясь еще в детали этого вопроса, можно сказать уверенно, что там должны быть два рода сил – притяжения и отталкивания. Если бы не было первых, кристалл рассыпался бы на части, не будь вторых – он уменьшился бы в размерах и достиг фактически ненаблюдаемых плотностей.

А что происходит при нагревании кристаллического тела? Атомы начинают интенсивнее двигаться, но так как из-за действующих в твердом теле сил притяжения они не могут оторваться один от другого, они колеблются вокруг своих средних, равновесных положений.

Кстати, силами же, действующими между атомами, объясняется и упругость твердых тел: для изменения их формы требуется сила, когда же она (по достижении известного предела) устраняется, деформированное тело под влиянием внутренних сил возвращается в прежнее положение.

Лишь сравнительно недавно удалось нарисовать довольно убедительную картину действия внутренних сил в кристалле. Она, по-видимому, похожа на то, что происходит в масштабах молекул, где это выглядит так.

В большинстве неорганических соединений молекулы приобретают свою прочность при помощи так называемой ионной связи. Электроны, частицы с отрицательным электрическим зарядом, отделяются («отчуждаются») от атома, и тотчас образуются ионы: осколки молекул, которые, в отличие от электрически нейтральных атомов, заряжены положительным или отрицательным электричеством. Мгновенно вступает в действие закон Кулона – электрические плюс и минус ионов притягиваются друг к другу, и это вместе с силами отталкивания приводит к образованию устойчивой, стабильной молекулы.

Органические вещества в большинстве своем обязаны устойчивостью их молекул другому виду связи, так называемой ковалентной связи. Здесь электроны не «отчуждаются», а «обобщаются» двумя (или больше) атомами. Простейший пример – молекула водорода. Она состоит, как известно, из двух водородных атомов. Каждый атом, в свою очередь, – это сочетание положительного протона и отрицательного электрона. Соединение атомов в молекулу происходит благодаря тому, что оба электрона как бы связывают между собой протоны своим «коллективизированным» движением.

В кристаллах, как и в молекулах, возможна ионная и ковалентная связь. Полная картина связи в кристаллах, однако, очень сложна, и мы ее рассматривать не будем.

Ученым, работающим в области физики твердых тел, приходится особенно много трудиться, потому что их наука – одна из важнейших в наше время. При этом от специалистов по твердым телам все требуют большой практической отдачи.

«Главным стимулом, – писал академик Л. А. Арцимович, – для разработки большинства проблем современной физики твердого тела является уже не столько внутренняя логика развития научных идей, сколько перспективы технических применений (иногда близкие, а иногда довольно далекие). При этом вместо вопроса „почему?“ главным вопросом становится „как это сделать?“».

Объясняется это тем, что теперь всем людям, прогрессу техники, науки, быта особенно нужны не столько вещества, сколько материалы.

Даже образованные люди часто путают эти слова: «вещества» и «материалы». А между тем они отличны друг от друга. Вещество – еще далеко не материал, оно лишь сырье для производства материала. Возьмите, например, бетон; это строительный материал, а его приготовляют из веществ – песка, цемента, щебня и воды. Резину делают из каучука и сажи, значит, она – материал, а веществами надо считать каучук и сажу.

Разумеется, в чисто физическом смысле и материалы – те же вещества. Но этим веществам человек придал какие-то особые, нужные ему в его практической деятельности, свойства и тем выделил из окружающей природы.

Пример того, как создают ученые наших дней новые твердые материалы, нужные народному хозяйству, – труд академика Кузьмы Андриановича Андрианова и результаты его работ, за которые он получил Ленинскую премию 1963 года.

Разве удалось бы К. А. Андрианову создать целый класс новых материалов с чудесными свойствами, так называемых полимеров с неорганическими главными цепями молекул, не проведи он четверти века в лаборатории. Задача, которую он пытался разрешить, сперва казалась почти неразрешимой: как соединить в полезное для человека вещество неживое и «живое» – скажем, кремний и какие-нибудь органические молекулы?

Самые опытные химики приходили к выводу, что игра не стоит свеч, что на основе кремния, кислорода и органических радикалов нельзя практически создать ничего стоящего. В тот самый год, когда Андрианов впервые начал заниматься таким, казавшимся безнадежным, делом, известный английский ученый, профессор Киппинг, словно специально, чтобы охладить пыл русского коллеги, сказал на заседании английского Королевского химического общества:

– Я исследую химию кремнийорганических соединений пятьдесят лет и полагаю, что перспективы быстрого развития этой области химии и получения практически полезных результатов не слишком обнадеживающие.

Но советский ученый упорно шел своим путем. Он знал: очень много сулил народному хозяйству успех и поэтому стоило за него бороться.

Давно известно, что добавки к обычной стали небольших количеств хрома, никеля или марганца резко изменяли структуру металла, превращали его в высококачественную нержавеющую сталь. Вообще каждый «посторонний» металл, вводимый в основную неорганическую цепочку, меняет ее свойства. Раскрывая закономерности подобных сочетаний, металлурги научились очень тонко изменять свойства стали в желаемом направлении. Делали они это путем введения в сталь определенных элементов в определенных количествах. Работы Андрианова, по существу, сводились к тому же самому, только вместо стали он брал за основу другой материал – обычно кварц.

Природный минерал кварц представляет собой структурно жесткую хрупкую сетку из атомов кремния и кислорода. «А что, если в некоторых узлах этой сетки поместить вместо кремния другой элемент, например титан, алюминий или бор? – думал Андрианов. – И что, если к атомам кремния подвесить органические радикалы? Не этим ли путем надо идти, чтобы получать вещества с необычным сочетанием свойств, например эластичности с теплостойкостью?»

Много опытов проделал Кузьма Андрианович, много различных химических реакций перепробовал, прежде чем ему удалось – впервые в мире – получить ряд синтетических полимеров с неорганическими главными цепями молекул на основе сочетания кремния с другими элементами: алюминием, титаном, бором, оловом и некоторыми другими. К каждому атому кремния ученый «подвесил» органические радикалы. Иначе говоря, превратив кварцевую сетку в кварцевую цепочку, он создал вокруг нее оболочку из углеродосодержащих органических радикалов. Благодаря тому, что здесь появились органические радикалы, материал приобрел эластичность, гибкость, а также способность растворяться в органических растворителях (это часто очень важно, например, для лаков). Вместе с тем в новом веществе сохранилось такое свойство полимерной цепочки в кварце, как теплостойкость.

Гибкий кварц! Мог ли кто-нибудь предполагать, что это может быть создано?

Вводя в обыкновенное стекло 15 % органических радикалов, Андрианов из жесткого и хрупкого стекла получал… настоящий каучук. Этот каучук почти ничем не отличается от натурального, но он не теряет своих свойств и при температуре до 320 градусов! А ведь ни один иной каучук, кроме так называемого силиконового, не выдерживает подобного нагрева.

Некоторые из разработанных ученым кремнийорганических соединений применяются теперь для обработки хлопчатобумажных и шерстяных тканей.

В результате этой обработки, потребляющей сущие пустяки нового вещества, в среднем 1,0–1,5 % от веса ткани, ткань приобретает свойство совершенно не смачиваться водой. Человек, одетый в костюм из материала, обработанного специальным кремнийорганическим соединением, может, не раздеваясь, переплыть реку. На другом берегу он отряхнется, и вода скатится с его костюма, как ртуть со стеклянной плоскости.

Делают теперь и другие удачные сочетания элементов. Кремний и алюминий входят в состав теплостойких пластмасс. Кремний, титан и олово содержатся в каучуках и смазочных маслах. Кремний и бор – элементы, входящие в состав клеев.

Электроизоляционные материалы и жаростойкие эмали, клеи и лаки, теплостойкие пластмассы и смазочные материалы – многое производится по методу замечательного советского ученого.

Самое широкое применение в различных областях народного хозяйства получили чудесные материалы, разработанные Андриановым и его учениками.

Жидкое – второе состояние вещества

Помня о силах, действующих между молекулами или атомами твердых тел, нетрудно догадаться, почему эти тела плавятся. Потому что при повышении температуры колебания каждого отдельного атома около его нормального положения становятся все сильнее и это необратимо нарушает весь порядок. Постепенно усиление колебаний одних атомов станет отражаться на движении соседних: те будут все больше отклоняться от средних положений в кристалле. Их отклонения, в свою очередь, ослабят стремление раскачавшихся атомов вернуться к нормальным движениям. Хаос будет нарастать, и все кончится тем относительно свободным движением молекул или атомов, которое отличает жидкость.

Можно объяснить, как вещество становится жидкостью, труднее – откуда присущие ей свойства.

Почему твердое тело твердо, газ газообразен, а жидкость жидкая? Физика отвечает на первые два вопроса. Твердость тел – следствие одновременного существования сил притяжения и сил отталкивания между частицами, образующими тела – молекулами, атомами или ионами. При уменьшении расстояния между частицами преобладают силы отталкивания, при возрастании – верх берут силы притяжения. Газ состоит из молекул, которые, за исключением моментов соударений, почти не взаимодействуют между собой. Они свободно движутся во все стороны и распространяются на весь предоставленный им объем. Отсюда то, что называется газообразностью.

А почему жидкость жидкая, то есть текучая?

Жидкость занимает промежуточное положение между газом и твердым телом. Она имеет черты сходства с тем и другим.

С газом жидкость особенно близка в так называемой критической точке, определяемой «критической температурой» и соответствующим ей «критическим давлением». «Критическая точка» – своеобразный погранзнак между жидкостью и газом. Выше ее, точнее, выше «критической температуры», может существовать только газ; ниже, в зависимости от давления, вещество может быть и газообразным и твердым. В самой «критической точке» различие между жидкостью и газом в некотором смысле исчезает.

С твердым телом жидкость родственна по ряду признаков. Плотность жидкости отличается от плотности твердого тела всего лишь на десять и менее процентов. Жидкость обладает некоторой прочностью на разрыв.

И все же в жидкости есть много такого, что резко отличает ее и от твердых тел и от газов.

Жидкость совершенно не имеет твердости. Она течет. Если в твердом теле средние положения образующих его частиц расположены в правильном порядке, то в жидкости такого порядка нет. В жидкости молекулы непрерывно перемещаются относительно друг друга, и упаковка их, почти такая же плотная, как у твердых тел, не препятствует этому перемещению.

Построение молекулярной теории жидкого состояния – задача чрезвычайно сложная и пока еще не решенная. Но именно потому, что это сложно, все большее число ученых пытается решить задачу, предлагает различные гипотезы.

Любопытно, что в самые последние годы «тайна жидкости»стала еще глубже, еще заманчивей. Был сделан ряд таких ошеломляющих открытий новых свойств вещества в его жидком состоянии, что во всем ученом мире это вызвало самый острый интерес, породило множество исследований.

Начать с того, что, как было неожиданно установлено, жидкость, подобно твердому веществу, обладает упругостью – ничтожной, но обладает.

Раньше все считали, что течение жидкости определяется исключительно внешними силами, хотя бы незначительными (пример: течение рек под влиянием небольших наклонов земной поверхности, то есть силы тяготения), и тем сопротивлением движению, которое оказывает вязкость. А вязкость, как известно, носит совершенно пассивный характер: она замедляет выливание жидкости из опрокинутого сосуда (замедляет изменение прежней формы жидкости этим выливанием), но не имеет и следа той силы, которая активно сопротивлялась бы изменению прежней формы, старалась бы вернуть вещество в первоначальное положение. В этой отсутствующей как будто бы в жидкостях силе и выражается суть упругости.

Открытие упругости жидкости, или, говоря точнее, упругости ее формы, означает, что когда жидкость течет, то что-то в ней старается этого течения не допустить, что-то как бы тянет струи жидкости обратно, пусть без заметного внешне эффекта.

Советский ученый, ныне член-корреспондент Академии наук СССР Борис Владимирович Дерягин установил это свойство на воде, в фантастически тонком ее слое (меньше одной тысячной миллиметра). Теперь физикам уже известно, что свойством упругости формы обладают все без исключения жидкости. Различие лишь в том, что у одних жидкостей (вода, спирты и др.) упругость увеличивается с уменьшением слоя после одной десятитысячной миллиметра, а у других (например, у бензола или у четыреххлористого углерода) остается неизменной, сколько бы толщина слоя ни уменьшалась.

Второе поразительное открытие – открытие, по выражению Б. В. Дерягина, «меняющее, быть может, радикально (то есть чрезвычайно сильно, коренным образом) наши взгляды на природу жидкого состояния вещества», это находка того, что жидкости обладают… «памятью».

До последних лет слово «память» обычно связывали с жизнедеятельностью самых высокоорганизованных существ: во-первых, человека, а во-вторых, в гораздо меньшей степени, высших животных.

Сенсацией прогремело открытие несколько лет назад московским профессором Сергеем Степановичем Чахотиным памяти у простейших, одноклеточных (точнее, у так называемых туфелек). Чахотин пускал такую одноклетку в каплю воды и наблюдал через сильный микроскоп, что она там делает. Оказывается, «изучив и запомнив», что ее мир – прудик с круглым бережком, в который бесполезно тыкаться, одноклетка начинала резво кружить по кругу возле бережка, не задевая его. Потом Чахотин перегораживал частично туфельке путь: он пускал с одного бережка тонкий и короткий ультрафиолетовый лучик и туфелька, обжегшись о него несколько раз, «запомнила», где он находится, и стала его обходить не касаясь. Потом профессор гасил лучик. Однако туфелька, «помня» об опасности и сперва «не веря», что ей ничто уже не грозит, продолжала двигаться по-прежнему: полный почти кружок – вдруг скачок внутрь своего прудика, снова кружок и опять скачок, пока постепенно «не забывалось». Срезая и срезая внутренний уступ (бестолковых движений не любят, как оказывается, и существа из одной лишь клетки), туфелька в конце концов возвращалась к своей исходной, идеально круглой траектории.

Повторяю: это было сенсацией. И вдруг – открытие «памяти» у воды!

В чем же эта «память» проявляется?

А вот в чем. Плавили лед и получали воду. Тут же исследовали ее свойства и вдруг убеждались, что некоторыми свойствами получающаяся вода продолжала походить на лед, хотя и была уже жидкостью. Какими, например? Например, вязкостью (и лед и вода обладают этим свойством, но значения их разные).

Выходило, что вода как бы «помнила» некоторое время свое прошлое. «Помнила» и не хотела с ним расставаться. По данным новосибирских физико-химиков А. Н. Каргинцева, В. М. Соколова и Л. Н. Ефанова, а также пакистанца М. Кураши и некоторых других ученых, вода «помнит» свое прошлое много часов. Только после этого она его окончательно «забывает» и становится водой, ничем уже не отличаясь от всех прочих вод такого же состава и в одинаковых условиях.

«Память» была установлена и у других жидкостей, например у расплавленного таллия.

Поговорим теперь особо о воде, о самой распространенной на Земле жидкости.

Известнейший советский геохимик и исследователь истории Земли академик Александр Павлович Виноградов сказал однажды: «Вода – самая удивительная жидкость, с которой встречается человек».

Как это точно сказано! Кажется, нет теперь специалиста, который не подписался бы под этими словами. Кто бы из ученых ни «смотрел на воду своими глазами», то есть не изучал бы ее с позиций своей науки, всякий видит в ней что-то совершенно исключительное, что-то существующее у нее одной.

«Для физиков и химиков вода – это вещество, занимающее особое место среди миллионов веществ, известных науке, – писал, развивая мысль А. П. Виноградова, профессор И. А. Хвостиков, – почти все физические и химические свойства воды – нечто исключительное, необычное в природе».

В самом деле, почему если объем всех твердых тел при плавлении увеличивается и они тонут в своем расплаве, то лед не тонет, а плавает в воде? – спрашивает физик.

Химика поражает другое. Это способность воды растворять в себе всевозможные вещества. Растворять так много, как ни одна другая земная жидкость.

Физиолог заметит то же и добавит, что все жизненно важные процессы идут в организме в водных растворах.

Биохимики и астрофизики убедительно доказывают, что сама жизнь на Земле обязана своим зарождением воде. Многие при этом добавляют: не пресной, а соленой воде (средняя соленость океанической воды 3,5 процента). Не будь вода в океанах соленой – не было бы на Земле ничего живого, жизнь на нашей планете не могла бы зародиться. Ведь соли те – это питание живого.

И еще три мнения, отмечающих важность и исключительность воды.

Географ: «Вода – это строитель природы. Весь облик планеты постоянно меняется, а это ведь проявляет себя работа воды. Нет на Земле ни одного твердого тела, в котором не было бы воды».

Метеоролог: «Круговорот воды в природе составляет главный процесс в биосфере Земли».

Наконец, физико-химик: «Заметьте, какое большое поверхностное натяжение свойственно воде! Благодаря ему вода в капиллярах, то есть в тонких трубках, может подниматься на несколько метров. Вместе с огромной способностью растворять в себе соли это свойство капиллярности воды делает возможным земледелие: поднимающаяся из почвы вода снабжает питательными растворами всю растительность, в том числе и самые высокие деревья». (Все эти примеры я взял из статьи профессора И. А. Хвостикова «Самая удивительная на Земле жидкость – вода», опубликованной в журнале «Земля и Вселенная» № 3 за 1969 г.)

Что же можно сказать о происхождении этих свойств воды? Как можно их объяснить, хотя бы в некоторых случаях приблизительно?

Ответим на вопросы, которые могли бы возникнуть у любознательного человека, узнавшего впервые о некоторых из приведенных выше мнениях.

Почему при расплавлении все твердые тела тонут в своем расплаве, а лед плавает?

Это объясняется тем, что во льду каждая молекула связана с четырьмя соседними. Находятся же все они, судя по микромасштабам, далеко одна от другой, поэтому лед сравнительно мало плотен: в нем много внутренних пустот. Когда же лед расплавляется, то часть связей, соединяющих его молекулы, разрушается, и молекулы, оторвавшиеся от соседей, устремляются в пустоты. Вода получается плотнее, и легкий, нерастаявший лед всплывает на поверхность. У других твердых тел дело обстоит иначе. Там плотность вещества при расплавлении не увеличивается, а уменьшается и, скажем, «металлические льдины» тонут в своей «металлической воде».

Почему вода – хороший растворитель?

Популярно это объяснить непросто. Ответим в самом общем смысле: это связано с молекулярным строением воды и вытекающими отсюда ярко выраженными электрическими свойствами молекул. Тело, оказавшееся в воде, очень чувствует эти свойства. На поверхности тела чрезвычайно ослабляется молекулярное притяжение. Настолько, что это притяжение уже не может сопротивляться ударам молекул друг о друга при их тепловом движении. Атомы или молекулы начинают постепенно отрываться от поверхности тела и переходить в воду. А это и есть процесс растворения.

Какова, с современной точки зрения, общая картина перемещения воды на нашей планете?

Ученые отвечают так. Миллионы лет вода постепенно переходит из недр Земли на поверхность, образуя и заполняя океаны. С поверхности водной оболочки Земли вода каждодневно испаряется, образует облака и туманы. Затем, сгустившись в дождь, снег или росу, вода опять возвращается на Землю – в почву и в океаны. Но возвращается не вся. Часть паров увлекается воздушными потоками через стратосферу в более высокие слои атмосферы, и там под действием солнечных ультрафиолетовых лучей молекулы H ₂O распадаются на водород и кислород. Водород, частицы которого самые легкие и быстрые, преодолевает в какой-то своей доле земное притяжение и ускользает в мировое пространство.

Выходит, что Земля наша все время «испаряется», но страшного здесь, кажется, ничего нет. Она не только испаряется: одновременно она захватывает своей атмосферой водород из плазмы так называемого солнечного ветра (о плазме смотри чуть дальше: «Четвертое состояние вещества»). Такой захваченный водород проникает в более глубокие слои атмосферы и образует там новые молекулы H ₂O.

Может быть, как полагают некоторые ученые, эти именно молекулы дают начало «солнечному дождю» на высотах около 100 кмнад уровнем моря, в слоях, где иногда появляются самые высокие облака Земли – серебристые облака.