Другое аномальное свойство «самого удивительного вещества», способное спасать природу от катастрофических весенних паводков – это очень низкая теплоемкость льда[95]. Конечно, аномально не абсолютное значение этого показателя, а то, что такая низкая теплоемкость льда существует одновременно с аномально высокой теплоемкостью воды. Качественный скачок этого показателя происходит при переходе льда в жидкое состояние – воду. Это явление выглядит довольно необычно: известно, что «в процессе плавления теплоемкость металлов практически не изменяется, для веществ из многоатомных молекул в процессе плавления она, как правило, уменьшается»[96]. У воды все наоборот и, возможно, что здесь мы сталкиваемся еще с одним благоприятным свойством этого вещества. Ведь в весеннюю пору такая малая теплоемкость льда способствует его быстрому подведению к температуре плавления и, соответственно, к более активному таянию во время непродолжительных оттепелей конца зимы. Это растягивает начальный период таяния снегов в средних широтах и предотвращает появление бурных потоков весенних вод.
Удивительные сочетания
Вода обладает и другими уникальными свойствами, имеющими значение как для внутренних процессов организма, так и для жизни всей планеты, мы можем обнаружить и в других аномальных свойствах воды. Возьмем, к примеру, вязкость. Эта величина у воды имеет идеальное значение для обеспечения жизненных процессов в организме. Ученый с мировым именем Майкл Дентон пишет, что если бы вязкость воды была бы намного ниже, тонкие структуры наших капиляров «легко разрушались бы и вода была бы не в состоянии поддерживать жизнедеятельность любых сложных микроскопических структур. Клетка с ее тонкой молекулярной конструкцией не смогла бы выжить. В случае увеличения вязкости, контролируемое движение макромолекул, и особенно таких структур, как митохондрии и малые органеллы, было бы невозможно. Прекратились бы процессы деления клеток и соответственно вся жизнь на клеточном уровне»[97]. Однако вязкость воды оказалась идеальной как для жизни человека, так и для жизни любых других организмов. «Система капилляров, – продолжает Майкл Дентон, – будет работать только в том случае, если перекачиваемая по ним жидкость обладает низкой вязкостью. Это качество очень важно, поскольку скорость потока жидкости обратно пропорциональна ее вязкости. Отсюда нетрудно увидеть, что, если бы вязкость воды была бы в несколько раз больше той, которую она имеет, потребовалась бы огромная сила, способная прокачивать кровь через капиллярную сеть. Вследствие этого практически любая система циркуляции оказалась бы неработоспособной. Если бы вязкость воды была немного выше, а самые маленькие рабочие капилляры имели бы десять, а не три микрона в диаметре, капиллярам пришлось бы занять все пространство мышечной ткани, чтобы обеспечить необходимое снабжение кислородом и глюкозой. В таком случае существующая структура макроскопических форм жизни была бы вообще невозможна или существенно ограничена. Представляется, что выбор степени вязкости воды как основы жизни абсолютно идеален»[98].
Однако значение вязкость воды идеально не только для внутренних процессов нашего тела, связанных с движением крови в кровеносных сосудах, но и для процессов, протекающих во внешней среде. И здесь мы опять сталкиваемся с чем-то весьма аномальным: «в отличие от вязкости других жидкостей она снижается при повышении давления. Повышение температуры также понижает вязкость воды. Этот факт дает объяснение тому, что подземные воды даже на больших глубинах при высоких давлениях и температурах значительно подвижны»[99]– они могут перемещаться, в том числе по направлению к поверхности земли и быть, в конце концов, использованы растениями или человеком.
Возможность подобных перемещений обусловлена также необычными свойствами воды – сочетанием в ней высокого значения поверхностного натяжения и смачивания. Поверхностное натяжение воды – это сила, действующая на поверхности воды и стремящаяся придать небольшим ее порциям шарообразную форму, – ту форму, при которой площадь поверхности становится минимальной. «Из всех жидкостей более высокое поверхностное натяжение имеет только ртуть»[100]. Сила поверхностного натяжения заставляет молекулы её наружного слоя сцепляться, создавая некую упругую плёнку. «Благодаря плёнке некоторые предметы, будучи тяжелее воды, не погружаются в воду (например, осторожно положенная плашмя стальная иголка). Многие насекомые (водомерки, ногохвостки и др.) не только передвигаются по поверхности воды, но взлетают с неё и садятся, как на твёрдую опору»[101].
Но аномальное поверхностное натяжение воды используют в своих целях не только насекомые. В тропических лесах, по берегам водоемов живет ящерица шлемоносный василиск. Ее размеры могут достигать 60-80 см, хотя почти две трети его длины составляет хвост, играющий, судя по всему, роль некоего подводного двигателя при перемещении ящерицы по поверхности воды. При всем этом шлемовидный василиск способен легко бегать по воде «удерживая своё тело на поверхности быстро чередующимися ударам задних лап, развивая при этом скорость 12 км/ч. Однако стоять на водной глади ящерица не может; для отдыха она должна выбираться на сушу»[102]. При всем этом василиск способен двигаться по воде прямолинейно на довольно большие расстояния – «до 400 метров»[103].
Но живые существа используют в своих целях не только поверхность воды со стороны воздуха, но и со стороны водной тощи. Так, «личинки комаров повисают на ней с помощью несмачиваемых щетинок, а маленькие улитки — прудовики и катушки — ползают по ней в поисках добычи»[104].
Иногда действие силы поверхностного натяжения сравнивают с действие резиновой оболочки, например – резинового шарика. Этот образ может помочь нам разобраться в некоторых проявлениях силы поверхностного натяжения в природе. Как резиновый шарик не дает воде полностью растечься по поверхности, так и сила поверхностного натяжения, если, конечно, объем воды не очень большой, не дает ей растечься, но заключает ее в капли. Благодаря силе поверхностного натяжения разлитые жидкости в состоянии невесомости стремятся принять форму шара. Величина поверхностного натяжения у воды в 2, 5 – 3, 5 раз больше по сравнению с такими жидкостями как бензин, ацетон и спирт[105]. Благодаря этой аномально большой силе поверхностного натяжения, вода способна образовывать капельки росы, которые можно увидеть летним утром на траве. Ничего подобного мы не увидим у спирта, ацетона или бензина.
Характерно, что капельки росы могут находиться на наклонной плоскости листьев и даже на их нижней поверхности. Это возможно благодаря способности воды прилипать ко многим поверхностям, в частности, – к каменным и деревянным, что имеет существенное значение для жизни. Благодаря этому свойству воды, она способна подниматься по трещинам в горных породах и по проводящим тканям ствола деревьев, а также находиться в грунте в подвешенном состоянии. В то же время это свойство прилипания (или смачивания) отсутствует, к примеру, у ртути, опережающей воду по силе своего поверхностного натяжения. Капельки ртути всегда скатываются с наклоненных поверхностей, а в капиллярной трубке ртуть «имеет не вогнутую, а выпуклую поверхность»[106]. Последнее свойство ртути не позволяет ей подниматься по капиллярным трубкам. У воды же мы наблюдаем противоположную картину: благодаря наличию у этой жидкости способности смачивания, она поднимается вверх по капиллярным трубочкам «вопреки силам притяжения»[107]. Как пишут исследователи, «смачивание и поверхностное натяжение позволяет воде передвигаться по тонким порам и трещинам вопреки силе тяжести, так как на границе со смоченной породой край водной поверхности за счет смачивания и прилипания ползет вверх, образуя в малой поре, канале или трещине вогнутую поверхность. А вогнутую поверхность натяжение стремится выровнять, за счет этого и происходит движение воды. Эта способность создает в почве и верхних слоях подпочвенного грунта так называемую подвешенную воду, которая, удерживаясь поверхностным натяжением, не стекает в более глубокие горизонты, обеспечивая растения влагой»[108].
Такое свойство воды принято описывать величиной, называемой высотой капиллярного подъема – то есть высотой нахождения воды над тем горизонтом, где ей следовало бы находиться согласно всем другим законам физики. У разных природных материалов имеется разная высота такого капиллярного подъема. У крупного песка эта величина капиллярного подъема составляет около 2-х метров, а у глины – около 12 метров[109]. Благодаря этому же явлению, вода внутри деревьев поднимается с уровня почвы до уровня их кроны, которая, например, у таких деревьев как секвойи может достигнуть высоты более ста метров. Можно сказать, что одни и те же уникальные свойства воды в очередной раз оказываются необходимыми как для внутренней жизни организмов, так и для создания благоприятных условий их обитания.
Подобное же сочетание внешнего и внутреннего эффектов относится и к замечательной способности воды растворять в себе различные вещества, что определяется особенностью ее внутренней структуры. Как известно, важнейшее свойство воды – ее высокая диэлектрическая постоянная, которая «обеспечивает необычную способность воды к растворению ионных веществ»[110]. Без этого свойства процессы жизнедеятельности не могли бы протекать в живых организмах, поскольку все эти процессы требуют присутствия целого комплекса растворенных в крови и других жидкостях организма веществ. Но это свойство воды необходимо не только здесь. «Подсчитано, что каждый год в моря поступает пять миллиардов тонн веществ, необходимых для жизни моря», что опять таки обусловлено тем, что «практически все химические вещества могут растворяться в воде»[111]. Благодаря этой способности воды растворять различные вещества, животные и растения не испытывают недостатка в микроэлементах, без которых невозможно протекание жизненных процессов. Эти жизненные процессы хорошо протекают в водной среде не только благодаря ее свойству хорошо растворять различные вещества. «Вода в биологических системах выполняет роль и переносчика заряда, и регулятора скорости, и типа реакций. Это связано с тем, что, структура воды определяет характер протекающих в системе реакций, как гомеостатических, так и автоколебательных. Обнаруженные в биомембранах особенности при 20 и 40о С связаны с перестройками в структуре воды, благодаря которым создаются условия гомеостаза теплокровных животных»[112].