ВОДА: загадочная родина жизни. Вода родина
Вода – Родина человечества?
Загадка происхождения человека волнует уже не одно столетие. Было предпринято множество попыток объяснить, откуда и как произошел человек, от наивно религиозных доктрин до научных теорий. На сегодня самой достоверной и научно доказанной является теория эволюции, выдвинутая Чарльзом Дарвином и развитой его последователями. Но в человеческом организме есть свойства, которые пока не удалось объяснить в свете современных теорий. Согласно официальной версии эволюция человека и его предков происходила исключительно на суши. Есть факты, которые указывают на то, что хотя бы часть эволюции происходила в водной среде. Такое утверждение может вызвать недоумение и протест у людей, привыкших к стандартным версиям. Давайте проанализируем факты.
Прямохождение. Теория естественного отбора утверждает, что новые признаки могут быть сохранены при условии, если они обеспечат особи немедленное преимущество. Какое преимущество прямохождение могло обеспечить в саване, для предков человека? Немного большую площадь обзора не более того. Но в саванне было много очень быстрых хищников, от которых предок человека просто не смог бы убежать или спастись на дереве, а стоящий на ногах тёмный силуэт очень заметен даже с большого расстояния. Так что прямохождение в саванне это скорее большой минус и увеличение риска быть растерзанным хищником.
Совсем иная картина, если предположить что обезьяна предок была вынуждена спускаться за пищей на мелководье. Это могло произойти во время затопления берегов, подъема уровня мирового океана и если эти обезьяны жили на берегу рек, озёр и океана. В таком случае прямохождение давало ощутимое преимущество, и было необходимостью. Предок человека мог контролировать значительное пространство вокруг себя. Заметив опасность укрыться от неё либо на берегу, если угроза исходила из воды, например крокодил либо, зайти глубже в воду, если опасность была на суши. В случае затоплений участков леса только хождение прямо на ногах обеспечивало возможность перемещаться по земле.
Питание. Не так давно диетологами был установлен интересный факт. Мясо животного происхождения усваивается человеческим организмом всего-навсего на 50%. Однако рыба, крабы, моллюски и другие дары моря усваиваются на 80 — 90%. Овощи и фрукты тоже усваиваются значительно лучше мяса. Вывод на протяжении длительного периода времени организм приспосабливался к морской диете. Можно сказать, что основной пищей наших предков были морские продукты и животные и рыбы, обитающие на мелководных побережьях и отмелях, а также плоды с деревьев. Это тоже косвенное доказательства эволюции с частично водным образом жизни наших предков.
Опущенная гортань. У человека своеобразное дыхание, очень сильно отличающееся от дыхания всех остальных сухопутных млекопитающих животных. Суть опущенной гортани в возможности контроля над дыханием. Сухопутные млекопитающие, не имея такого эволюционного решения, могут пить воду и дышать одновременно, человек нет. С другой стороны из-за опущенной глотки человек подвергается опасности поперхнуться во время еды или питья. Это достаточно распространенная и большая опасность для жизни. Совершенно не понятно, какие преимущества она даёт на суше. Но для морских млекопитающих такой механизм дыхания имеет ярко выраженные преимущества. Вынырнув на короткое время можно набрать максимально много воздуха в лёгкие за очень короткий промежуток времени, вдыхая носом и ртом одновременно.
Также опущенная глотка способствует нырянию, предохраняя от попадания воды в лёгкие. Это происходит благодаря возможности сознательного контроля дыхания. Стоит отметить, что у сухопутных млекопитающих дыхание полностью автоматический процесс такой же, как пищеварение или биение сердца. Благодаря опущенной глотке человек получил уникальную возможность – дар речи! Все морские млекопитающие имеют такой механизм дыхания: киты, дельфины, тюлени и морские котики. Можно сделать вывод такое эволюционное приспособление даёт преимущество, только если значительная часть существования проходит в водной среде.
Способ продления рода. Как на странно именно совокупление лицом к лицу является отличительной чертой характерной для морских млекопитающих. Такой способ практически не встречается среди сухопутных животных. Но полностью оправдан и имеет смысл у морских животных.
Жировые отложения. У человека подкожный слой жира составляет не менее 30% от всех запасов жира в организме. Цель этого слоя сохранение тепла в организме. Такое решение тоже очень эффективно для водной среды и совершенно бесполезно на суши. При сухопутном образе жизни намного эффективнее шерсть, что мы и наблюдаем у наших ближайших родственников человекообразных обезьян. На воздухе слой жира не спасает от холода, скорее наоборот он способствует потери тепла, а при излишках затрудняет перемещение. Но в воде всё наоборот.
Жир не только прекрасно сохраняет тепло, но и слегка увеличивает плавучесть и благодаря воде не препятствует перемещению и плаванью. Подобный человеческому жировой слой можно встретить у тюленей и морских котиков.
Инстинкт плаванья. Ребёнок человека сразу после родов может плавать. Это заложено на уровне инстинктов. Ребёнок ещё не может ходить и стоять на ногах, но держаться на воде он уже может. Такое тоже почти не встречается у сухопутных млекопитающих. Потом этот рефлекс пропадает, и ребёнок учиться плавать заново в более взрослом возрасте. Вывод такой инстинкт необходим для выживания, если роды происходят в водной среде.
Терморегуляция человеческого организма. Эту жизненно необходимую функцию организм осуществляет с помощью потоотделения. Метод потоотделения совершенно уникален для сухопутных существ и имеет больше минусов и опасностей чем преимуществ. Первое что надо отметить это то, что этот механизм очень опасен тем, что вызывает чрезмерную потерю жидкости и солей в организме. Препятствуя этому люди, которые долгое время пребывают под воздействием жары, вынуждены пить подсоленную воду.
Если не пополнять запас солей и воды это приводит к большим проблемам в работе организма и судороги, возможен даже летальный исход. Это происходит достаточно быстро через три – четыре часа активного потоотделения, если не компенсировать потери начнутся большие проблемы. Также этот механизм очень медленно начинает действовать и провоцирует тепловые удары. В саванне, где далеко не всегда в близи есть вода, такой механизм терморегуляции больше создаёт проблем, чем решает. Объяснить как такой неуклюжий и неэффективный механизм мог эволюционировать в условиях саванны достаточно сложно.
Выше приведенные факты показывают, что часть эволюции проходила в водной среде. Скорее всего, это было вызвано затоплением части территорий, где обитали наши далёкие предки. Либо разливами рек или хищниками, от которых приходилось прятаться в воде и вода обеспечивала безопасность. Ответить на этот вопрос пока достаточно сложно, но факты есть, и они заслуживают объяснения и ответа на вопросы.Возможно, с учётом этих фактов имеет смысл более внимательно проанализировать возможности частично водной эволюции человека?
Возможно Вам будет интерестно
abc-24.info
ВОДА: загадочная родина жизни | Geo
Так что же особенного в этом веществе? Вода бесцветна, не пахнет и не имеет вкуса. Она падает с неба и течет из крана на кухне. Рождается она тоже совершенно заурядным образом: образуется из элементов, занимающих первое и третье места по распространенности во Вселенной, а именно из водорода и кислорода, в объемном соотношении 2:1. Это одна из самых маленьких и легких молекул, которые нам известны. Вода кажется образцом элемента без свойств. Уже много веков ученые изучают химическое соединение с незамысловатой формулой h3O. Времени было достаточно, характер у подопытного простой – казалось бы, о воде все должно быть давно известно, она должна быть изучена вдоль и поперек.
Но не тут-то было. «Вода постоянно ставит перед физиками и химиками целые комплексы сложных вопросов», – так считает, в частности, английский химик Феликс Франкс, и к его мнению стоит прислушаться. Франкс – автор часто цитируемого семитомного труда о воде – самого объемного за всю историю науки.
По сей день существует ряд фундаментальных вопросов, на которые нет ответов: каким именно образом организованы молекулы в жидкости, которой мы утоляем жажду? Почему это вещество ведет себя во многих отношениях настолько аномально? Почему у воды в кристаллическом состоянии, то есть в виде льда, так много «лиц» – если точнее, 15? Почему именно эта простая химическая конструкция играет главную роль во всех биологических процессах, становится «матрицей жизни»?
Используя весь арсенал средств, ученые пытаются выведать у воды ее тайны: они подвергают ее сильному облучению в мощных электронных потенциалоскопах, сжимают в прессах под чудовищным давлением, пытаются просчитать ее поведение, симулируя различные процессы на компьютере, – при этом целой сотне процессоров приходится кряхтеть в течение недель, а то и месяцев. И после всего этого вода продолжает постоянно поражать своих аналитиков.
Исследователями движет не стремление извлечь конкретную пользу, найти практическое применение, а чистая любознательность, интерес к веществу, без которого нельзя себе представить жизнь на Земле.
Постоянный круговорот воды в атмосфере, гидросфере и земной коре оказывает мощное воздействие на облик планеты – этот нежный элемент способен сносить горы и поглощать острова.
Улавливая солнечное излучение, вода помогает поддерживать температуру на Земле в комфортном диапазоне. Мощные морские течения разносят огромные объемы тепла по всей планете – в частности, не дают мерзнуть европейцам, омывая Европу Гольфстримом. И, наконец, вода обеспечивает жизнедеятельность всех организмов: она переносит питательные вещества, собирает и выводит отходы.
Чем больше узнают исследователи, тем очевиднее становится, что в жидком состоянии h3O ведет себя совершенно нетипичным образом. «Вода невероятно многолика, этого нет ни у одной другой жидкости», – говорит ведущий специалист по воде из Дортмундского университета Альфонс Гайгер. Он уже 25 лет погружен в эту мокрую материю и ему чем дальше, тем больше становится ясно, что «мир жидкостей поделен на две части. С одной стороны – вода, а с другой – все остальные субстанции».
Ученые насчитали 40 аномалий, характерных для воды. Они пытаются дать этому объяснения: какие-то кажутся исчерпывающими, некоторые спорными, другие совершенно неудовлетворительными.
Например, почему при существующих на Земле условиях температуры и давления, исключая полярные регионы, вода вообще жидкая? Насколько это необычно, можно понять, взглянув на ее ближайших химических родственников, водородные соединения элементов серы и селена (h3S; h3Se). Их точки кипения позволяют ожидать, что вода будет испаряться уже при 60°C. К счастью, для того, чтобы выкипеть, воде нужна температура на 160°C выше. Иначе на Земле не было бы океанов, это была бы голая пустынная планета.
Почему вода может накапливать такие объемы тепловой энергии? Почему при замерзании она расширяется на 11%, может при этом взорвать бутылку с минералкой, прогрызает скалы и здания? Тогда как другие вещества при переходе в кристаллическую форму становятся плотнее и сжимаются, вода демонстрирует свою наибольшую плотность при 4°C. Небольшая эксцентричность с далеко идущими последствиями: благодаря тому, что лед легче холодной воды, он плавает на поверхности морей, рек и озер и позволяет сохранить жизненное пространство рыбам и другим живым организмам.
Почему холодная вода при повышении давления становится более жидкой, иными словами, почему уменьшается ее вязкость? «Нормальные» жидкости ведут себя противоположным образом: они становятся более вязкими, когда их частицы сильно сжимаются.
Чтобы лучше понять причудливый характер воды, полезно познакомиться со строением ее частиц и тем, как они соединяются между собой. Оказывается, молекула h3O напоминает не шарик, а скорее букву «V»: в центре атом кислорода, на концах обеих валентностей – по атому водорода.
Но и это только половина правды: над центральным атомом кислорода выступают дополнительно два диффузных облака, в которых носятся отрицательно заряженные электроны. Специалисты называют их свободными парами электронов.
Таким образом, четыре палочки молекулы образуют четыре угла тетраэдра, то есть пирамиды с треугольным основанием.
Но одна эта архитектура не может объяснить всех особенностей воды. Ее своеобразие в значительной степени связано с особой клейкостью частиц h3O – с тем, что химики называют «водородным мостом». Это соединительный элемент, нормальное, так называемое ковалентное соединение между одной молекулой и обычной для молекул слабой силой притяжения, силой Ван-дер-Ваальса.
Водородный мост функционирует следующим образом: кислород тянет на себя электроны, которые он делит с атомами водорода, подобно тому, как натягивает на себя одеяло ребенок, спящий в родительской кровати. При этом водород заряжается положительно. Так как противоположные заряды притягиваются друг к другу (как отрицательный и положительный полюсы магнита), атомы водорода одной молекулы прикрепляются к свободным парам электронов соседней частицы.
Можно углубиться в дебри описания этого удивительного соединения, как это делает квантовая механика. Но лучше взять игровой вариант, представив себе молекулу воды в виде человечка. Его кисти рук – это атомы водорода, лодыжки – свободные пары электронов кислорода. Если расставить ноги (так, чтобы угол между ними равнялся 109°) и повернуться в бедрах на 90°, потом вытянуть руки в стороны – получится как раз h3O. Теперь надо дотронуться руками до лодыжек других участников игры – и перед вами водородные мосты.
Однако молекулы h3O остаются на своих местах только в замороженном состоянии. В жидкой форме они исполняют дикий танец: если перевести на предложенный игровой язык – все время носятся и в сумасшедшем темпе отпускают лодыжки и хватают новые.
По этому принципу в капле воды мириады частиц образуют бесконечную сеть из тетраэдров. Водородные мосты организуют порядок. При этом они гибки и податливы. Это обеспечивает вариативность воды. Особая водородномостовая клейковина – причина того, почему h3O в сравнении с другими химически родственными веществами имеет необыкновенно высокую точку кипения – и таяния. И почему эта субстанция способна аккумулировать так много тепла: огромное количество энергии попадает на водородные мосты и разрушает их. При охлаждении соединения снова восстанавливаются.
Необыкновенная легкость льда связана с тем, что водородные мосты сплетают молекулы воды в кристалле в объемные сети, так что между частицами остается много места. Если «водные акробаты» сгрудятся слишком тесно, им уже будет неудобно хватать друг друга за лодыжки, им придется сгибаться и вертеться. При таянии регулярная сеть частично разрывается, промежутки соединяются. Превращаясь в жидкость, вода становится плотнее.
Объяснение ненормальной вязкости – уменьшения плотности при росте давления – ученые нашли, когда пристально рассмотрели сеть водородных мостов в компьютерной модели. Было установлено, что молекулы воды, у которых ровно четыре соседа, то есть ненарушенное тетраэдрное окружение, двигаются чрезвычайно медленно, так как их связи очень прочны. Давление сжимает молекулы и придвигает пятого соседа. Может возникнуть вилка водородного моста, который будет перекинут к новому соседу так, будто одна рука водяного танцора захватила сразу две лодыжки. Кроме того, понижается тормозной порог в освобождении от старых партнеров и поиске новых. Присутствие пятого соседа делает молекулу воды более подвижной, а жидкость менее вязкой.
Ну наконец все понятно, вздохнем мы с облегчением. Отнюдь нет. Все более или менее определенно в общих чертах, детали совершенно не ясны. Физики и химики пока не умеют производить точные измерения необыкновенных свойств воды. Может быть, это связано с тем, что бытует ложное представление о базовой структуре h3O.
Мы привыкли к детальным фотографиям микромира, четким снимкам молекул ДНК и даже отдельных атомов. Но почему такие изображения нельзя получить для обыкновенной воды? Потому что в жидком состоянии она необыкновенно динамична, отдельные молекулы подвижны, как ртуть, и стремительно меняют свои мосты к соседям. А еще легкие атомы водорода очень трудно «сфотографировать».
В 2004 году в научном сообществе разгорелась жаркая дискуссия о том, каким образом организованы молекулы в жидкости. Традиционно считалось, что в среднем они образуют три с половиной водородных моста – потому, что целая четырехугольная сеть в жидком состоянии частично рвется. Однако некоторые ученые утверждают, что таких мостов всего два – остальные значительно слабее или вообще разрушены. Будь это так, оказалось бы, что частицы h3O образуют цепи и кольца с водородным мостом со стороны кислорода и другой – со стороны водорода. А вовсе не сетку, как считало большинство до сих пор.
Необычные результаты были получены группой таких «вольнодумцев» в лаборатории синхротронного излучения Стэнфордского университета, которую возглавляет швед Андерс Нильсон. «Сначала мы сами не поверили в такие отклонения», – вспоминает он.
Необходима была особенная осторожность в интерпретации полученных данных, так как исследовательская группа впервые использовала новую методику – так называемую рентгеноабсорбирующую спектроскопию. При этом исследователи облучали пробу воды высокоэнергетичным светом, часть которого поглощали атомы кислорода. Абсорбированное количество позволяет сделать выводы о химическом окружении атома – и, таким образом, также о водородных мостах.
Некоторым покажется, что этот спор выеденного яйца не стоит. Кольца, цепи или сетки – какая разница? Но нельзя забывать, что структура воды – это ключ к пониманию ее поведения, фундамент, на котором исследователи пытаются реконструировать свойства этого загадочного вещества.
Пока не стоит торопиться переписывать учебники – опыты продолжаются. Среди контейнеров, пучков кабеля, обмотанных алюминиевой фольгой проводов и жужжащих вакуумных насосов ученые установили массивный стальной сосуд. В него вставлена тонкая трубка, по которой поступает сильное излучение. Световой луч направлен на пробу воды, взятой из-под крана. В будущем исследователи собираются просветить таким образом лед, чтобы составить представление о водородных мостах в воде в кристаллическом состоянии.
Прежде чем будут устранены противоречия относительно базовой структуры h3O, должно, видимо, пройти некоторое время. Но один урок можно извлечь уже сейчас: наша давняя знакомая вода крайне неохотно выдает свои тайны. И нас еще ждет немало сюрпризов. В том числе на пути исследования природы воды в клетках человеческого организма.
Жизнь возникла в океане, и мы буквально созданы из воды: человеческий организм почти на две трети состоит из этого вещества, мозг – на 77%, мускулы – на целых 80%. Но где же она сосредотачивается? Почему мы не похожи на термосы, доверху наполненные водой?
Причина в том, что вода в организме претерпевает своего рода трансформацию личности. Она не плещется в клетках туда-сюда, и там ничего не плавает. Правильнее представить себе желе. И желе это просто потрясающее! Оно сдобрено множеством белков, солей аминокислот, сахаров, жиров, а также генной субстанцией ДНК. При этом h3O занимает лишь узкие промежутки между объемными химическими структурами. Заключенное в такие узкие рамки вещество может изменить свои свойства: вода по-другому «замерзает», возникают необычные силы притяжения и отталкивания.
Пока детали процессов, происходящих в этом тесном мире, во многом остаются загадкой. У ученых нет согласия даже в вопросе о природе клеточной воды. Одно несомненно: вода чрезвычайно важна для структуры, динамики и функции белков. Без этой маленькой молекулы могущественные белки – будь то энзимы, строительные элементы тканей, такие как коллаген, или антитела иммунной системы – не смогли бы образовать свои специфические трехмерные формы. А это совершенно необходимо для реализации их функций.
На биомеханической сцене вода – отнюдь не декорация, перед которой разыгрывается действие. Правильнее всего сравнение с исполнителем главной роли. Ее можно также назвать мельчайшей биомолекулой.
Концепция, которую разработали исследователи для объяснения этого явления, оперирует двумя понятиями – «гидрофильный» и «гидрофобный». Они знакомы каждому из повседневной жизни: так, сахар растворяется в h3O в больших количествах – его молекулы гидрофильны, любят воду. И напротив, масло отталкивается от воды – оно гидрофобно, не любит воды.
Способ складывания белков в структуру определяется последовательностями отдельных строительных элементов, аминокислот. Некоторые аминокислоты несут придатки – электрически заряженные группы – и легко смешиваются с водой, то есть гидрофильны. Другие, напротив, ведут себя гидрофобно. В белковой цепочке гидрофильные участки чередуются с гидрофобными.
Вода отторгает гидрофобные отрезки и заставляет их группироваться с себе подобными – примерно так жир образует в супе маслянистые пятна. При этом белки складываются точно определенным образом.
Белки же, в свою очередь, сами видоизменяют воду. Недавно ученым удалось доказать это с помощью рентгеновского нейтронного излучения и компьютерного моделирования. Как выяснилось в ходе экспериментов, два-три слоя молекул h3O на поверхности белков ведут себя весьма необычно. Они примерно на 10% плотнее сгруппированы и двигаются в два-три раза медленнее , чем «нормальные» частицы воды.
Но молекулы h3O предназначены не только для того, чтобы формировать белковые структуры: без их помощи белки вообще не могли бы функционировать. Сколько же воды нужно одному энзиму, призванному ускорять биохимическую реакцию, чтобы тот начал действовать? Ученые исследовали это в компьютерной модели на примере стафилококковой бактерии. При этом выяснилось, что энзимный механизм запускается, когда частицы воды покрывают 60–70% поверхности.
Для чего же вообще нужна эта жидкая оболочка? Биохимики утверждают, что частицы воды необходимы биомолекуле так же, как машинное масло необходимо двигателю внутреннего сгорания – для смазки. Вода помогает субстанциям попасть в «доки» энзима, где они будут расщеплены, объединены с другими или снабжены придатком.
Вода служит переносчиком протонов: она собирает положительно заряженные атомы водорода – протоны – и сгребает их к «верстакам» энзимов, где они используются в реакции превращения.
Чем больше ученые постигают молекулярный механизм, тем яснее становится, насколько незаменима вода для его функционирования. Наряду с белками, это касается также и носителя наследственной информации – молекулы ДНК. Ее цепочкам требуется вода – в количестве около трети их веса, чтобы они приняли и сохранили знаменитую форму двойного спирального плетения.
Вода также заставляет скапливаться у мембран жирообразные, гидрофобные элементы и таким образом позволяет клеткам образовать барьер, сохранив и защитив внутреннюю часть от вредных воздействий окружающей среды.
Однако изыскания в области взаимного влияния воды и биомолекул имеют не только чисто научный интерес, в этом есть и практический смысл. Так, фармацевты пробуют помещать лекарственные вещества, в частности белки, в «наноконтейнеры» – крохотные шарики. Величина, форма и содержание воды в этих оболочках имеют решающее значение для действенности медикамента.
Вода настолько идеально подходит для удовлетворения всех нужд жизни, что кажется, будто она создана по какому-то сверхпродуманному плану. Однако биологи предпочитают говорить не о замысле Творца, а о случайности: они считают, что благодаря счастливому стечению обстоятельств, законы природы и естественные условия дали образоваться молекуле h3O, причем у нее оказались именно те свойства, которые позволили жить разумным существам, – а они, в свою очередь, со временем принялись исследовать воду и разгадывать ее тайны.
Вода многолика и противоречива. В жидкой форме она источник жизни, эликсир органического мира; в кристаллическом же состоянии останавливает живые процессы, во льду почти все замирает.
Снежинки «были слишком регулярны – в такой степени, которая неприемлема для призванной к жизни субстанции», – такая мысль приходит в романе Томаса Манна «Волшебная гора» главному герою Гансу Касторпу. «Жизнь вгоняло в ужас от этой точной правильности, жизнь воспринимала эту правильность как смертельную, более того, как тайну самой смерти». Но одновременно он восхищается «мириадами чудесных звездочек, из которых ни одна в своем невидимом человеческому глазу миниатюрном великолепии не походила на другую».
Ученые, изучающие твердые формы h3O, приходят в неменьший восторг. Красота и многообразие макроскопических форм отражается на молекулярном уровне. Варианты кристаллов частиц h3O демонстрируют сложность и изысканность, которую нельзя сравнить ни с одной другой молекулой.
Первые «путешествия» по ледяным кристаллам предпринимали в 1920-е годы преподававший в Геттингене Густав Тамманн и, прежде всего, американский физик и позднее нобелевский лауреат Перси Бриджмен, который проводил в Гарвардском университете опыты с высоким давлением. Они обнаружили, что лед – в зависимости от температуры и давления – имеет различную структуру.
Сейчас, как уже говорилось, нам известно 15 типов кристаллов. О двух последних на сегодняшний день открытиях сообщил в марте 2006 года профессор Кристоф Зальцман из Оксфордского университета. Так называемая фазодиаграмма, на которой ученые отмечают области существования различных вариантов, похожа на лоскутное одеяло. Так что перспективы открыть еще не одно такое «карликовое государство» вполне реальны.
Исследование льда представляет собой не только теоретический интерес. Новые данные могут, помимо прочего, послужить развитию криобиологии – улучшить условия консервации холодом биологических тканей.
Исследованием льда уже давно занимается Томас Лертинг из Института общей, неорганической и теоретической химии при университете Инсбрука. Здесь с 1980 года химики подвергают воду различным испытаниям: сжимают, быстро охлаждают, распыляют в вакууме и замораживают на металлических сосульках.
«Даже при нормальном давлении существует две формы льда», – объясняет Лертинг. Так называемый гексагональный и кубический лед, которые обозначают соответственно как лед Ih и Ic, имеют различную устойчивость. На Земле существует почти исключительно гексагональный лед. Из него состоят снежинки, кубики льда в стакане с виски, это лед, покрывающий озера и пруды. Его частицы образуют шестиугольную структуру – снежинки демонстрируют бесконечное разнообразие таких форм.
В основе другого варианта – куб. Такие кристаллы имеют кубическую форму. Но они встречаются только в исключительных условиях, например, на больших высотах земной атмосферы, где царит смертельный холод: ученые собирали такой лед с самолета.
Оба варианта объединяет одно свойство: объемность. Причина заключается в водородных мостах. Когда дикий танец, который исполняют молекулы воды в жидком состоянии, замирает во льду, они выстраиваются в регулярную решетку. «Водяные акробаты» застывают с расставленными руками и ногами, при этом образуется довольно много пространства.
Если обычный лед подвергнуть давлению извне, решетки вдвигаются друг в друга. Сначала сгибаются водородные мосты, трехмерная сетка трансформируется в два плетения, при этом одно заполняет «лишнее» пространство другого. Если эту субстанцию продолжать сжимать, атомы сдвинутся так близко друг к другу, что водородные мосты перестанут отличаться от «нормальных» соединений. Это происходит при увеличении атмосферного давления в 600 000 раз. Кубический сантиметр такого льда Х весит 2,51 грамма, почти в три раза больше, чем стандартный гексагональный вариант.
Непросто учесть все возможные виды кристаллических сортов льда. А вода способна еще образовывать и стекловидные или аморфные формы. И они – далеко не редкость. 99,9% льда в космосе находится в аморфной форме, считают ученые. Он покрывает частицы пыли в межзвездном пространстве, входит в состав комет.
Чем же отличаются кристаллические и аморфные виды друг от друга? Своим внутренним устройством: в кристалле молекулы воды организованы регулярным образом во всех направлениях с одинаковыми промежутками, тогда как в аморфном состоянии они хаотичны так же, как в жидком, – будто жидкость мгновенно застыла. Самый известный представитель такой формы материи встречается на обычном оконном стекле.
Причем, по мнению ученых, именно такой, как на окне, лед заложил основу жизни на Земле. Его гибкая структура позволяет высвобождаться таким элементам, как азот, кислород и углерод, которые вступают в реакцию друг с другом, образуя простые биомолекулы. Считается, что эти органические элементы прибыли на нашу планету с кометами на заре существования Солнечной системы. На Земле универсальный стекловидный лед можно получить, если за сотые доли секунды уменьшить температуру на сотни градусов Цельсия. А еще в прессе высокого давления, как в инсбрукской лаборатории. Полученный там под давлением в 90 000 атмосфер при резком охлаждении кусочек льда и будет тем самым аморфным льдом – HDA (high-density amorphous ice). Внешне он ничем не отличается от обычного, но если бросить его в стакан с водой, он потонет, потому что тяжелее.
При нагревании HAD демонстрирует новые удивительные свойства, благодаря которым заслужил прозвище «льда-попкорна». Вот, словно кукурузное зернышко на сковородке, лопается капсула из металла индиума, в которую заключена проба воды в прессе, и оттуда вытекает густая субстанция: HAD превратился в еще один вариант стекловидного льда, который из-за своей небольшой плотности получил название LDA (low-density amorphous ice).
Но и это отнюдь не предел. У воды в запасе еще много сюрпризов. Когда ученые немного нагрели HAD в прессе, увеличив температуру с –196°C до 105°C, проба сжалась. Это противоречит всем общепринятым представлениям, ведь считается, что вещества при увеличении температуры должны расширяться. Но инсбрукские исследователи утверждают, что просто они открыли третий вариант стекловидного льда – VHDA (very- high-density amorphous ice).
Может быть, открытие HAD и LDA поможет исследователям разгадать главную загадку воды – найти «вторую критическую точку».
Критическая точка – весьма любопытное явление, здесь нарушаются границы. Из того, что было разделено, образуется единое целое. Лучше всего это можно понять на примере кастрюли с кипящей водой. Сначала в ней находится жидкая, а над ней – газообразная вода (пар). Чем выше градус, тем меньше плотность жидкости, при этом плотность газа увеличивается. Наступает момент, когда между жидкостью и газом нет различия. Это удивительное состояние наступает для воды при 374°C и давлении в 221 атмосферу.
Ученые считают, что при низких температурах тоже должна существовать такая точка. В экспериментальных условиях удается понизить температуру воды до –38°C, причем она не замерзает. Это кажется полной фантастикой, но на самом деле это не такой редкий феномен. В перистых облаках, которые часто парят в атмосфере на высоте нескольких километров над землей, вода в виде капель остается жидкой примерно при такой температуре. При понижении температуры «переохлажденная вода» ведет себя все более странным образом.
Процесс, утверждают ученые, достигает максимума при минус 50–100°C и давлении в 2000 атмосфер. Именно в этом диапазоне должна находиться вторая критическая точка. Ниже этой отметки, согласно теории, существуют два сорта жидкой воды с различной плотностью. А выше – эти варианты неразличимы. Две формы льда – HAD и LDA, как полагают, соответствуют именно этим двум жидким формам после их резкой заморозки.
Это не укладывается в голове: получается, что в одном температурном диапазоне (в котором, несмотря на все ухищрения экспериментаторов, капли воды всегда застывают) должны существовать несколько форм жидкой воды?
Но ученых не смущает обывательский скепсис, они продолжают как одержимые искать вторую критическую точку, надеясь найти объяснение многим аномалиям воды. А некоторые уверены, что существует еще и третья, и четвертая точки...
Одно определенно – вода еще долго не даст покоя исследователям. Удивительно, что столь прозрачное вещество так трудно рассмотреть во всех деталях.
www.geo.ru
Легенды Крыма: Живая Вода - ЛЮБИМАЯ РОДИНА
Дорогие читатели! Сайт "Любимая Родина" рад представить вам легенды об источнике живой воды в Крыму (Россия), которые написали современные поэты и писатели. Мы благодарим авторов за творческое вдохновение, чуткость, доброту и любовь к Родине.
Ай - Петри "Ванна молодости"
автор: Валентина Хоральд-Байрам
"Ай-Петри — величественная гора высотой 1.233 метра над уровнем моря. Ее зубчатая Вершина, возвышающаяся над Алупкой, напоминает развалины древнего замка.
В глубине северного склона Ай-Петринской яйлы находится красивейшее ущелье, называемое Большим каньоном Крыма. В самых узких местах ширина каньона не превышает 3–5 метров, глубина ущелья достигает 250–320 метров. По дну каньона протекает река, образуя на своем пути углубления, похожие на котлы или ванны, одно из таких углублений носит название «Ванна молодости». Температура воды в ней зимой и летом почти одинаковая — 11–14 °С.
Между Алупкой и Мисхором на берегу горной речки Хаста-баш в давние времена доживали свой век старик со старухой. Хижина их пришла в ветхость, да и не удивительно: ведь старику исполнилось девяносто лет, старухе восемьдесят, а дети их давно разъехались по свету в поисках счастья. Крошечный огород и сад едва-едва давали им скудное пропитание.
Почувствовал старик приближение смерти. Мучила его и старуху одна мысль: где взять денег, чтобы устроить приличные похороны?
Старик решил собрать последние силы, несколько раз сходить в горы, в лес, набрать там валежника, продать его на базаре в Алупке, купить гроб и все, что нужно для похорон.
На следующий день он рано утром опоясался веревкой, заткнул за пояс топор и, тяжело опираясь на кизиловую палку, пошел в горы. Подолгу и часто отдыхал, пока дошел до подножия Ай-Петри, где было много бурелома.
Нарубив большую вязанку дров и взвалив ее на спину, кряхтя и спотыкаясь, поплелся вниз.
Дошел он до одного из источников, которые дают начало речке Хаста-баш. Солнце было в зените, жара и усталость совершенно обессилили старого человека. Он решил отдохнуть и, сбросив дрова на землю, жадно стал пить. После этого ему очень захотелось спать, и, прислонившись спиной к сосне, старик уснул.
Когда он проснулся, то увидел, что солнце ушло на запад — день кончался. Старик забеспокоился и поспешил домой. Легко вскинув на плечи вязанку дров, чуть ли не пританцовывая, быстро начал спускаться с горы, по привычке разговаривая с самим собой:
— Мало дров взял дед, очень легкая ноша, надо бы раза в два больше.
Между тем старуха, не дождавшись старика, решила пойти в лес на поиски. Увидев человека с вязанкой, она обратилась к нему со словами:
— Не встречал ли ты, молодец, в лесу старика?
— Да что ты, мать, — ответил ей муж, — от старости ослепла, что ли, своего старого узнавать перестала!
— Не смейся надо мной, старой, и ты когда-нибудь таким будешь, и мой муж лет семьдесят назад был таким, как ты.
И понял тогда старик, что напился он воды из источника молодости, о котором когда-то говорил ему дед.
Старуха, конечно, немедленно захотела напиться той же водицы. Муж объяснил ей, как найти источник, и быстро пошел домой. Он вдруг вспомнил, что много лет уже не чинил плетень вокруг сада и огорода, что сломана калитка и что вообще немало дома дел, которые требуют сильных рук и хозяйского глаза.
Увлекшись работой, он не заметил, как наступила ночь. Только тогда вспомнил о старухе. Бегом кинулся в горы. За несколько минут проделал путь, на который утром ушло несколько часов. Но у источника старухи не было. Долго он разыскивал жену. Уже отчаялся найти ее, когда услышал в кустах детский плач. Подняв ребенка, направился домой. Наступил рассвет. Несказанно удивился старик, увидев, что ребенок на его руках укутан в лохмотья старухи.
Оказалось, что старуха со свойственной женщинам жадностью к молодости выпила слишком много воды из чудодейственного источника под горой Ай-Петри…"
Легенда о целебном источнике под Ай-Петри автор: Валерий Стегачёв
У горной речушки в тоске и печали,
В гармонии с миром, с природой в ладах,
Старик со старухой свой век доживали,
Готовясь пред Богом предстать в небесах.
Их хижина набок совсем покосилась,
Собаки последнюю живность задрали.
И сад с огородом, как бабка не билась,
Им прибыль, как раньше, уже не давали.
Разъехались дети давно уж по свету,
За хвост птицу счастья пытаясь поймать.
И понял старик, что с их скромным бюджетом
Им не на что будет пред Богом предстать.
Чтоб с бабкою их по-людски схоронили,
Решил заработать немного деньжат.
А так как старик уж совсем обессилил,
То выбор его был не очень богат.
Взяв в руки топор и мешок спозаранку,
Он в горы пошел сушняка наломать.
Чтоб собранных дров небольшую вязанку
На рынке в Алупке за деньги продать.
Старик шел, подолгу в пути отдыхая,
И вот он к подножью Ай-Петри пришел.
Устав, бурелом и сушняк собирая,
Он, как говорится, "до ручки дошел".
Взваливши на плечи тяжелую ношу,
Он двинулся вниз, опираясь на палку.
Палящее солнце, страданья умножив,
На прочность его проверяла закалку.
Спуск вниз оказался довольно тяжел.
Но вот, наконец, путь проделав немалый,
К источнику в полдень старик подошел...
Речушка здесь горная брала начало.
Решив отдохнуть, сбросив наземь вязанку,
Он жадно стал пить, чтобы жажду унять.
На скорую руку устроив лежанку,
В тенечке прилег, чтоб немного поспать.
Проснувшись, увидел, что солнце «упало»,
Он быстро поправил рукою вихры,
Вязанку на плечи взметнув, как бывало,
Стал быстро вприпрыжку спускаться с горы.
Увидев, что ноша вдруг стала легка,
Моменту сему удивившись немало,
Старик пожалел, что дал маху слегка,
И дров на продажу набрал слишком мало.
Меж тем, не дождавшись домой старика,
На поиски мужа старуха пустилась.
И, встретив в лесу на тропе паренька,
С такими словами к нему обратилась:
—Не видел ли, молодец, ты по дороге,
С вязанкою дров моего старика?
—Ты что не признала и вправду, ей- богу,
Сослепу, стара, своего муженька?
—Милок, ты такими словами не балуй,
Видать, подшутить над старухой ты рад.
Таким удальцом муженек мой, пожалуй,
Был, лет этак семьдесят, может, назад.
Рукой по лицу проведя нарочито,
Старик на челе не нашел бороды.
Он понял, что дело здесь вовсе не чисто,
И значит, взаправду, он стал молодым.
Старик про источник старухе поведал,
Как в полдень он выпил водицы целебной.
И вспомнил, что в детстве он слышал от деда,
Что где-то в лесу есть источник волшебный.
Старуха от слов старика аж вспотела,
И стать возжелав, как старик, молодой,
Про точное место узнать захотела,
Где этот родник с молодильной водой.
Старуха стремглав к роднику побежала,
В надежде водицею возраст исправить.
И с жадностью женской к кринице припала,
Чего уж у них ни отнять, ни прибавить.
Как только старуха пропала из вида,
Старик по тропинке домой поспешил.
И взявшись за дело легко, деловито,
По дому он все переделать решил.
Увлекшись работой, что в доме скопилась,
Старик не заметил, как ночь подошла.
И тут, словно тяжесть на грудь навалилась -
Старуха его до сих пор не пришла.
На поиски бросился в ночь что есть силы,
(Ни разу с пути по дороге не сбился).
Гораздо быстрей путь обратный осилив,
Старик у источника вмиг очутился.
Он долго старуху повсюду искал,
(Ведь благо на небе светила луна),
И громко кричал, и по имени звал-
Ответом была лишь одна тишина.
Да ветер, верхушки деревьев колыша,
Слова разносил его эхом в горах.
И тут краем уха старик вдруг услышал,
Как плакал ребеночек где-то в кустах.
Дитя взяв на руки, старик на рассвете
Домой поспешил, с лихвой горя хлебнув,
И дома, прошедших событий в аспекте,
Он как-то на все по-другому взглянул.
Узрев, что ребенок завернут в одежды,
Что видел старик на жене до того,
И тут, на пол грохнуться прежде,
Он понял: ребенок - старуха его.
Старуха, в погоне за младостью вечной,
Сверх меры испила волшебной воды…
Всегда молодой быть чудесно конечно,
Но жадность порою ведет до беды.
Живая вода автор: Зинаида Торопчина
По мотивам крымской легенды
С краю леса на опушке
В низкой маленькой избушке
Жил старик - худой, седой,
С длинной белой бородой.
С ним жена его - старуха,
Сгорблена, туга на ухо.
Жили здесь немало лет,
Счастье было, много бед.
Каждый знал свою работу:
В лес ходил он на охоту,
На старушке, как всегда,
Дом, да стирка, да еда...
Вот забрезжил лишь рассвет,
В путь готовится наш дед.
Собрала еду старушка:
Лук да хлебушка краюшка.
Подала ружьишко деду.
Он сказал: "Не жди к обеду.
Может, буду больше суток
Я охотиться на уток.
Доберусь я до болота -
Там надёжнее охота".
Всё собрал, перекрестился,
Со старушкою простился.
Долго пО лесу он шёл,
Вот к болоту и пришёл.
Ну, теперь уж не до шуток:
Здесь летает столько уток!
Лишь стреляй да не зевай,
Собирать их поспевай.
Это главная забота -
Доставать их из болота.
Всех едва собрать он смог -
Весь до ниточки промок.
Грязь скорей отмыть бы надо!
Хорошо, родник тут рядом.
Ледяная в нём вода!
Ну да ладно, не беда.
Обжигает та водица,
Только бы не простудиться!
Но чем моется он дольше,
Силы в нём всё больше, больше!
Только вышел из воды -
Глядь: а нет уж бороды!
А когда воды напился,
То совсем уж удивился.
Наклонился над водой -
Парень смотрит молодой:
Стройный, ладный и пригожий,
И на деда он похожий.
"Побегу скорей в избушку
И обрадую старушку".
А старушка - вся в тревоге,
Видит парня на пороге:
Не худой и не седой.
Это - муж ведь молодой!
Рассказал он о воде,
ЧтО с ним было, как и где.
Рассказал и спать он лёг.
А старушка - за порог:
"Обольюсь "живой" водой -
Тоже стану молодой.
Только бы свершиться чуду -
Я опять красивой буду".
Ну, а парню крепко спится
После ключевой водицы.
А когда же он проснулся,
Позевал и потянулся,
Отщипнул кусок краюшки...-
"Что-то не видать старушки".
Он найти её пытался,
А потом вдруг догадался.
И страдает всей душой:
Где искать? Ведь лес большой!
Он несётся, словно птица.
Здесь ведь можно заблудиться!
Да к тому же и опасно.
Он зовёт её - напрасно!
Потерял совсем надежду,
Увидав её одежду:
"В ледяной родник нырнула,
Захлебнулась, утонула..."
Только что же это значит:
Рядом кто-то громко плачет.
Развернул он тряпки -"Да!
Вот волшебная вода!"
Увидал он средь одёжки
Нежные младенца ножки.
И из старых тряпок кучки
Тянутся ребёнка ручки.
"Что, старушка, донырялась?
Это ты перестаралась.
Увлеклась "живой" водой -
Стала слишком молодой!
Вместо девушки - ребёнок.
Жить теперь начнёшь с пелёнок.
Но, старушка, не грусти,
Только побыстрей расти!".
Живая вода. Ай-Петри автор: Людмила Никитина
Под горою Ай-Петри,меж Алупкой и Мисхором,
Возле быстрой,горной речки в ветхом доме за забором,
Жили были дед и баба,бедно жили не тужили,
Лишь одна была отрада огород да сотка сада.
Старику на тот момент было девяносто лет,
А старуха,наша тоже,на пять лет была моложе.
Дети их повырастали и по свету разбрелись,
Так вдвоем они остались доживать лихую жизнь.
Быстро времечко проходит,смертный час уже подходит.
И задумался дедок,где взять деньги на гробок?
Можно,правда призанять,только как же отдавать?
Не спасет никто от смерти,надо думать,а пока
Поднимусь-ка на Ай-Петри,наломаю сушняка.
И В Алупке на базаре,я дровишки-та продам
И на похороны деньги соберу и все отдам.
И с последних сил собравшись и топорик прихватив,
Сам на посох опираясь,вверх кряхтя засеменил.
А дорога не легка,уморила старика.Он вязанку дров собрал.
Вечерело...Дед устал.
К Хаста-Баш реке спустился и увидел родничок,
Жаждой мучимый, напился наш уставший старичок.
Он к сосне слегка прильнул,потянулся и уснул...
Видно он проспал немало,но проснувшись увидал-
Ночь прошла и солнце встало,значит новый день настал!
* * *
А старухе не сидится-где же муж запропастился?
Глядь,тропинкой мимо речки,добрый молодец идет,
Взяв вязанку дров на плечи,словно перышко несет.
Что напрасно голосить? Надо б парня расспросить.
И кричит издалека,-"Ты не видел,старика?
В лес пошел за сушняком не вернулся,старый,в дом".
-"Ну,ты женушка даешь,старика не признаешь?
Аль ты больше не жана,так на кой ты мне нужна?"
И старуха зарыдала,"-Как мне дальше жить скажи?
Где источник окаянный,ты мне старый,покажи"
Муженек скрывать не стал,все старушке рассказал,
И поведал в тот же миг,где течет живой родник.
Бабка тут же спохватилась,к роднику заторопилась,
Ну,а парень молодой заспешил скорей домой.
Надо бабке подсобить и заборчик починить.
Долго ждал жену домой старикашка молодой.
Что тут думать и гадать,бабку надо отыскать,
Он не долго собирался,вмиг на месте оказался.
Только как тут не крути,а бабульки не найти.
Он искал ее и звал,только лес в ответ молчал.
И отчаявшийся ждать,"дед" домой засобирался,
Как услышал детский плачь,что в кустарнике раздался.
-"Мать моя,да как случилось,что ты в лесе очутилась?"
И прижав к себе малышку наш дедуля молодой,
Побежал скорей в припрыжку напрямехонек домой.
Дома сверток раскрутив,он заахал и заохал,
Ведь ребенок этот был в тряпки бабкины замотан.
* * *
Так вот, жадность нам порой в горе может обратиться,
Всей воды не перепьешь-так умей остановиться!
И воды живой глоток не пошел бабуле в прок,
Много выпила водицы,чтобы снова стать девицей.
И теперь тот молодец,стал старухе как отец...
И у Хаста-Баш реки, у подножия Ай-Петри,
Есть святые родники и родник воды-бессмертной.
Смотрите и другие материалы по теме:
ljubimaja-rodina.ru
