Вспомним знаменитые опыты Торричелли с трубками, заполненными ртутью, или водой. Верхний конец трубки запаивался, а нижний, открытый, опускался соответственно в чашку с ртутью или с водой.
Торричелли брал трубки различной длины, но в них всегда устанавливался столб жидкости постоянной предельной высоты: для ртути 760 мм, для воды 10 м. Если высота трубки оказывалась больше указанных высот, то в трубке над поверхностью жидкости образовывалась так называемая 'торричеллиева пустота'.
Постоянство предельных высот столбов воды и ртути обусловливается постоянством той силы, которая удерживает эти столбы. Это атмосферное давление.
Чтобы привести в действие и заставить работать атмосферное давление, нужно над поверхностью жидкости создать разрежение. Именно на этом принципе основан процесс всасывания жидкости насосом. И мы точно знаем: выше чем на 10 м при нормальных атмосферных условиях поднять воду разряжением с ее поверхности к насосу по всасывающей трубе не удастся - не хватит атмосферного давления.
В растительном мире нарушается и эта закономерность. Деревья всасывают воду из почвы на высоты, значительно превышающие 10 м. Среди них есть подлинные 'небоскребы' с высотой всасывания 100-150 м. Что это - нарушение закона сохранения энергии? Ведь силой атмосферного давления не поднять столб воды на такую высоту.
Нет, закон сохранения энергии всегда и всюду остается незыблемым. Просто на сцену выступают еще неведомые нам силы. Непонятным образом деревья заставляют работать воду на растяжение. Ведь чтобы поднять воду выше 10 м, нужно создать в ней отрицательные давления, 'тянуть' ее вверх, как тянут трос с грузом.
До сих пор понятие отрицательных давлений в жидкости считалось абсурдом. В жидкостях и до нуля-то не удается снизить давление. Как только давление в жидкости понизится до давления насыщенных паров, она закипит. Но ведь это в обыкновенной, привычной нам жидкости.
Не, вводя понятия отрицательных давлений, не объяснишь всасывания воды на высоту 100-150 м. И при этом никаких намеков на кавитацию! Каким образом удается это деревьям, наука пока объяснить не может. Даже гипотез на этот счет нет.
Нам же остается предположить, что в капиллярах дерева вода меняет свою структуру, превращается в полимер, приобретает свойства работать на растяжение.
Рекорды водопития
Чтобы дерево или растение получало воду из почвы, нужно, чтобы в почве постоянно находилась вода. И как можно больше, и как можно ближе к поверхности земли, дабы корни растений могли дотянуться до живительной влаги.
Казалось бы, как удержаться воде у поверхности почвы? Ведь как и все жидкости, обладая текучестью, она под действием собственного веса должна была бы стремиться уйти в глубину.
Но почва (особенно возделываемая) обладает свойством капиллярности. И здесь в полную меру проявляется одно из уникальных свойств воды - большое поверхностное натяжение. По капиллярам почвы вода устремляется вверх, к поверхности земли, к корням растений. Благодаря исключительно высокому поверхностному натяжению снизу вверх к корням растений движутся целые реки, озера... моря воды.
Судите сами: за один сезон от всхода до созревания пшеница 'выпивает' с каждого гектара до 2000 т воды, кукуруза еще больше - 3200 т. Но рекорд водопития пока остается за капустой - с каждого гектара она выкачивает за сезон порядка 8000 т воды!
Таким образом, всему, что дает нам земледелие, всему, что мы получаем с полей, огородов, садов, - всему этому способствует мощное поверхностное натяжение воды, проявление сил водородных связей в ее молекулах. Если бы эти связи оказались менее значительными, почва просохла бы на такую глубину, до которой не смогли бы дотянуться корни растений и деревьев. О возможных последствиях догадаться нетрудно.
Вода, космос и человек
Обладание водой не является счастливой привилегией нашей планеты. В падающих на Землю небесных камнях - метеоритах, как уже говорилось, ее содержится до 0,5 %. Ученые с достаточной убедительностью установили: вода в том или ином состоянии присутствует на кометах, астероидах, малых и больших планетах Солнечной системы.
А на самом Солнце? Температура на поверхности нашего дневного светила слишком велика, чтобы вода могла находиться там даже в парообразном состоянии. Однако составные части воды - водород и кислород - там в предостаточном количестве. Особенно много на Солнце водорода. Не будет преувеличением, если мы скажем, что фактически оно сложено из одного водорода. Как сейчас установлено, вся вселенная на 98 % состоит из водорода.
А кислород? На раскаленном светиле его тоже предостаточно. По количеству атомов он занимает там четвертое место после водорода, гелия и углерода.
Так что все дело в температуре. Окажись она на Солнце на несколько тысяч градусов ниже, и атмосфера его состояла бы из одних паров воды.
Примерно так же обстоит дело с водой и в иных звездных системах. Планеты далеких звезд пока недоступны нашим наблюдениям. Но что касается самих звезд, то химический состав их атмосфер уже не представляет секрета. Как показал спектральный анализ, он примерно такой же, как и химический состав Солнца, и весьма близок к химическому составу земной коры. Причем близость не только качественная, но и количественная (процентное соотношение по числу атомов). Если же количественные отклонения и имеются, то главным образом за счет водорода и гелия. Недра звезд, согласно сегодняшним представлениям, как и Солнце, состоят в основном из водорода.
А планеты, если таковые и окажутся у той или иной звезды, едва ли будут резко отличаться по химическому составу от планет Солнечной системы - они наверняка будут сложены из тех же кирпичиков, из которых сложено все Мироздание и основными среди которых являются водород и кислород.
Еще сравнительно недавно астрономы утверждали, что все звезды образовались почти одновременно десятки миллиардов лет назад, т. е. задолго до того как возникла Земля.
Появление современных средств наблюдения опровергло это метафизическое толкование. Теперь установлено: немало звезд вспыхнуло, когда на Земле уже существовал человек. Сегодня астрономы имеют возможность наблюдать звезды на ранних стадиях их эволюции: всего несколько тысяч лет назад в результате конденсации межзвездной газово-пылевой среды образовались сравнительно плотные сферические сгустки. Их назвали протозвездами.
Радиоастрономические наблюдения над протозвездами дали неожиданный результат. Оказалось, что это гигантские мазеры (газовые лазеры). На волне длиной 18 см они излучают необычайно яркую (как и положено мазеру) линию гидроксила. Напомним, что гидроксил имеет формулу ОН и представляет собой соединение одного атома водорода с одним атомом кислорода. Гидроксил - по сути, 'осколок' Н2О.
Далее последовал еще один сюрприз: на волне 1,35 см некоторые протозвезды дали еще более яркую линию... водяных паров. Согласно радиоспектру протозвезда состоит в основном из молекул Н2О!
Итак, возникновение звезды начинается с конденсации межзвездной воды (ОН тоже почти вода), с образованием из нее гигантских мазеров, первичных космических тел, будущих небесных светил. Уплотняясь и сжигая водород, протозвезды постепенно превратятся в термоядерные горнила, возвестив о своем рождении сначала темно-красным, а затем и ослепительно белым сиянием.
'Все начинается с воды', - утверждал Фалес из Милета. Великим провидцем оказался мудрец древней Эллады.
