Досье: Истина в воде

Все мы знаем, что без воды на Земле не было бы жизни. Знаем мы также и то, что вода, будучи достаточно изученной субстанцией, все же остается одной из главных научных тайн. Иначе говоря, она, пожалуй, наименее понятная жидкость из всех, что известны человеку. Ведь ученые до сих пор далеко не полностью изучили все ее возможности.

Как следует из расчетов, наша планета сформировалась 4,6 миллиарда лет назад. И хотя очевидных свидетельств, подтверждающих присутствие на ней воды между 4,6 и 3,8 миллиарда лет назад, нет, именно в этот период она внезапно испарилась с поверхности Земли. Некоторые специалисты считают, что это испарение было связано с газами, возникшими в процессе вулканических извержений, которые, собственно, и сформировали земную атмосферу.

Другие уверены, что вода имеет внеземное происхождение и была занесена на нашу планету с кометами и астероидами, упавшими на ее поверхность.

А возможно и то, что миллионы лет назад, когда Земля только формировалась, вода уже присутствовала в скалистых породах, составляющих материнскую основу Земли.

А так как в то время температура новой планеты постепенно снижалась, то водные испарения в атмосфере конденсировались в форме морей и океанов.

Со времен Чарльза Дарвина большинство ученых было уверено, что жизнь на Земле эволюционировала в водном пространстве, богатом питательными веществами. Процесс этот начался под водой потому, что в ранней стадии своего развития Земля еще не имела защитного озонового слоя, и только вода могла сохранить все живое от ультрафиолетового излучения.

Сейчас, однако, специалисты считают, что жизнь зарождалась не в теплых поверхностных водах, а в гидротермальных разрезах на глубине 4 км. Ведь вулканические разрезы, извергающие серу вместе с супергорячей морской водой и содержащие химические соединения и металлы из растворенной лавы, находятся на слишком большой для проникновения солнечного света глубине.

Содержание воды в горных породах в пределах литосферы (так называемые подземные воды) составляют около 0,73 — 0,84 млрд. км3, то есть всего лишь вдвое меньше, чем ее содержание в морях, океанах и поверхностных водоемах, включая сюда же и мировые запасы льда. Из чего можно сделать вывод, что в земной коре содержатся гигантские запасы воды. Она скапливается во всевозможных пустотах — каналах, трещинах, порах.

Установлено, что ниже уровня грунтовых вод до глубин 4 — 5 км и более почти все пустоты горных пород заполнены водой и образуют такие макроскопические системы, как гидросфера.

Они-то и являются предметом изучения гидрогеологии — науки, ведающей запасами подземных вод.

Вода внеземная

Космическое пространство, а особенно Луна и Марс, также изучалось на предмет поиска воды. В процессе изучения выяснилось, что 3 миллиарда лет назад поверхность Марса покрывало огромное количество воды, но когда эта планета остыла, вода на ней замерзла. Недавно ученые НАСА открыли, что сейчас, возможно, глубокие внутренние марсианские источники топят этот лед, вызывая заметное пузырение, довольно близко подходящее к поверхности Марса.

Вода не только жизненно важная жидкость — это еще и очень странная субстанция. Начать с того, что это единственная из всех известных на планете жидкостей, способная иметь в природе три физические формы — жидкую, твердую и газообразную. И хотя Андерс Цельсий и использовал для определения температурной шкалы официальную точку таяния как 0° и точку кипения воды как 100°, эта таинственная жидкость может замерзать при температуре 100°С, а также оставаться в жидком состоянии при –68° в зависимости от содержания кислорода и атмосферного давления. Крошечные частички воды были даже найдены в высокоперистых облаках при температуре –40°С.

Еще одна особенность воды заключается в ее способности растворять большинство компонентов. Это становится возможно потому, что благодаря малой величине молекулы воды могут легко включать в себя другие атомы и иметь как положительный, так и отрицательный заряды, помогающие процессу растворения. Кстати, именно от этой особенности напрямую зависит жизнь всей нашей планеты. Ведь практически все газы, присутствующие в воздухе, растворимы в воде, что и обеспечивает столь необходимый всем водным организмам свободный кислород.

Вода — очень стабильное вещество. Даже при нагревании до 2 000°С только незначительный процент молекул разделится на кислород и водород, а это тот процесс, который просто не способно выдержать большинство других соединений. Кроме того, вода обладает очень большой теплоемкостью. Например, нагревание на 1°С килограмма железа требует меньше энергии, чем нагревание того же количества воды, что делает эффективными водяные системы охлаждения.

Интересно, что вода может оставаться в жидком состоянии при температурах как ниже 0°C, так и выше 100°C. Температура кипения воды зависит от атмосферного давления. Чем больше высота над землей, тем ниже температура кипения. В горах Тибета, например, местные жители пьют чай, в то время как он кипит и булькает. Они к этому привыкли, но многие жители этих мест получали ожоги, если пытались пить кипящий чай в Индии, находящейся приблизительно на уровне моря.

Наши далекие предки очень хорошо понимали значение этой драгоценной жидкости — недаром вода была во многих уголках планеты объектом поклонения. В свое время великий Юлий Цезарь даже обещал прекратить войну, если египтяне согласятся указать ему источник Нила. Все ранние цивилизации зависели от наличия воды. Древние люди набирали и хранили воду во время паводков и уже в те времена умели преобразовывать потоки и реки в ирригационные каналы.

Современные же обитатели большинства городов, используя воду как нечто самой собой разумеющееся, зачастую просто не задумываются о ее значении. А ведь эта жидкость — самая рядовая по нашим понятиям, — создавая очертания гор и береговых линий, регулирует абсолютно всю живую окружающую среду и управляет практически всем нашим существованием. Ни для кого не секрет, что без воды ни один из нас не может прожить больше 6 дней.

И все же, несмотря на кажущиеся безграничными запасы воды на Земле, более половины населения планеты испытывает на себе ее нехватку ежедневно. Хотя с помощью современных технологий теоретически возможно обеспечить ею все население земного шара. Но нельзя забывать, что спрос на воду растет очень быстро, а ее запасы остаются неизменными в течение миллионов лет. Так что, несмотря на бытующее мнение, больше похожее на миф, о том, что земная вода испаряется в космос, доказательств этому до сих пор не найдено. Вода на Земле просто совершает круговорот: сначала океаны испаряют воду в атмосферу, затем она выпадает на Землю в виде дождя, снега или росы.

Но, во-первых, дожди выпадают очень неравномерно, во-вторых, люди постоянно повреждают источники питьевой воды, в-третьих, неуклонно ухудшается экологическая ситуация. Так что проблема практического обеспечения водой всего населения земного шара по-прежнему остается нерешенной.

Гидроэлектростанции — достаточно экономичный и надежный способ производства электроэнергии. И хотя сегодня гидроэлектроэнергия воспроизводима довольно легко, это не может длиться вечно. Когда вода бывает остановлена плотиной и пребывает без движения, это чревато выпадением донных отложений, которые через 50 — 200 лет могут привести к плачевным для экологии последствиям, сами же гидроэлектросооружения станут абсолютно бесполезными из-за огромного количества этих самых донных отложений.

К тому же попытки «контролировать» воду могут стать для человека еще одной проблемой. Вспышка Рифт Фивер (Rift Fever) — одной из разновидностей лихорадки, которая в 1977 году инфицировала несколько сотен тысяч египтян и убила тысячи, была выявлена в районе Асуанской плотины на Ниле, которая является огромной зоной размножения москитов. Подобная же вспышка в Мавритании в 1987 году была связана с новой плотиной Дайама на реке Сенегал.