Тайна рождения воды

Уже в глубокой древности люди отводили воде одно из главных мест. В древнеегипетских папирусах прохладная вода рассматривается как первооснова всего на Земле.

Индийские мудрецы Джабали, Бхагури, Пурандра 5000 лет назад считали, что все в мире состоит из четырех элементов: воды, огня, воздуха и земли.

Прошли тысячелетия, и один из крупнейших древнегреческих философов Фалес (624 — 547 годы н. э.) развил дальше учение египтян о воде. Он провозгласил: «Все возникает из воды и все в нее превращается».

Древние народы были уверены, что мир, в котором они живут, вечен и дан им богами. Греческие философы школы Фа-леса пришли к выводу, что «в беспредельном заключается всяческая причина всеобщего возникновения и уничтожения». В этих процессах возникновения миров они главную роль отводили воде.

Более сложной была система древнегреческого философа Гераклита, который считал, что «вода живет воздуха смертью, а земля смертью воды».

Эти ростки материалистических представлений в средние века были подавлены церковниками, которые проповедовали, что Земля, свет, вода, суша и все живое — творение бога.

Откуда же появилась на Земле вода? Где источник колоссальных количеств ее, покрывших 2/3 поверхности планеты? Человек уже в глубокой древности задавал себе эти вопросы. Ясно одно, что вода появилась на Земле давно, значительно раньше возникновения первой жизни. Ее рождение связано с ранним детством планеты. Поэтому трудно отделить поставленные вопросы от главной фундаментальной проблемы: как образовались Солнечная система и Земля? Можно предполагать, что первые шаги нашей планеты, затерянной в бесконечном космическом пространстве, сопровождались появлением каких-то форм воды. Однако свидетелей нет, и на нашу долю остаются лишь предположения (гипотезы).

Быстрое развитие науки отбросило церковные догмы и фантастические представления. Первая научная гипотеза о происхождении Земли появилась в XVIII веке. Ученые Кант и Лаплас на основе накопившихся к тому времени фактов создали стройную систему взглядов, по которой наша планета, Солнце и вообще вся Солнечная система образовались в результате сгущения первичной раскаленной туманности. Формирование планет произошло в результате охлаждения и процессов взаимопритяжения и сгущения вещества в туманности. Церковь обрушилась на эту гипотезу и ее авторов. Все же наука победила, и гипотеза Канта и Лапласа более 100 лет безраздельно пользовалась признанием ученых.

Время шло, появлялись все новые и новые факты, противоречащие взглядам Канта и Лапласа. Возникли новые гипотезы.

Среди них особое место заняли представления академика О. Ю. Шмидта. Он полагал, что на пути Солнца встретилось холодное облако пыли и газов. При выходе из этого облака Солнце захватило большую массу пылевого материала. В результате гравитационных процессов и движения вокруг Солнца в ней постепенно сформировались планеты нашей системы. Однако и эта гипотеза многого не объясняет.

Вернемся к происхождению воды. Сейчас стало известно, что вода пользуется широким распространением в космосе. В галактике, в состав которой входит Солнечная система, обнаружены грандиозные скопления воды — обширные водяные облака. Поперечник подобных образований достигает многих сотен миллионов километров. Все чаще обнаруживается присутствие воды в составе планет, звезд и комет. Она оставила глубокие следы на поверхности Марса (рис. 5). Наконец, вода входит в состав многих пород, распространенных в космосе, и, в частности, обнаруженных на Луне.

В настоящее время наибольшим распространением пользуются следующие схемы возникновения на Земле современного водного покрова. Если принять за основу гипотезу Канта и Лапласа, то в самом начале Земля состояла из раскаленного вещества. На каком-то этапе ее охлаждения из водорода и кислорода начали образовываться молекулы воды. Выпадающие из расплавленной массы минералы частично включали ее в свой состав. Частично молекулы воды задерживались в конце кристаллизации под давлением в виде растворов.

Рис. 5. Разве это не следы реки на Марсе? (Фото космической станции «Маринер»)

Возьмем кусок гранита и попробуем нагреть его до температуры 1050° С. Сразу обнаружится, что при этом выделятся газы, объем которых во много раз превосходит объем взятого камня. Большая часть выделившихся газов будет представлять собой водяные пары. Это наглядно подтверждает сказанное. Но пойдем далее.

Одновременно с этими процессами над твердой оболочкой начала формироваться атмосфера. Над поверхностью носились багряные тучи, содержащие массу паров воды. По мере охлаждения наступило перенасыщение ими атмосферы, и образовавшаяся из них вода устремилась бесконечными потоками вниз. Сначала падающие на земную поверхность воды моментально испарялись, а затем постепенно стали накапливаться, образуя поверхностный океан. Вода была горячей и местами даже вскипала. Этот «всемирный потоп» длился долго — миллионы лет.

Несколько другая картина представляется, если взять за основу гипотезу О. Ю. Шмидта, считавшего, что Земля — результат сгущения холодного газово-пылевого облака. Установлено, что падающие на Землю каменные метеориты содержат до 1% воды. Вначале Земля не имела никакой атмосферы. Последняя появилась путем выделения газов из недр уплотняющего пылево-газового сгустка. Постоянный подогрев его, вызванный уплотнением и выделением тепла при распаде радиоактивных элементов, привел около 5 млрд. лет назад к расплавлению твердых частиц. При этом стало выделяться много газов и паров воды. Они поднимались вверх, образуя атмосферу и первозданный океан. Последний образовал почти сплошное водное покрытие Земли. Под действием глубинного тепла он испарялся, и появились густые облака, похожие на облачный покров современной Венеры. Если первая «глубинная вода», выделявшаяся из пород, была соленая, то выпадавшие дожди дали начало пресной воде. Вначале воды было значительно меньше, не более 10 — 15% современного количества, но впоследствии оно непрерывно росло.

Какая же схема образования воды верна? Пока трудно сказать. Интересную работу выполнил В. И. Феронский, исследовавший содержание изотопа кислорода ¹⁸О в океанских водах и в древнейших породах Земли: гранитах и базальтах. Можно полагать, если вода образовалась, по гипотезе О. Ю. Шмидта, из холодного пылевого облака, то содержания этого изотопа в океанских водах и гранитах должны быть близкими. Проведенные эксперименты, однако, показали, что породы содержат значительно большие количества¹⁸O. Это позволило В. И. Фе-ронскому сделать вывод, что «вода не могла образоваться за счет выхода ее из глубоких недр Земли».

Спор продолжается. Будем надеяться, что наука разрешит эту вековечную загадку рождения Земли и воды.

Вода и жизнь

...По раскаленному песку еле движется человек. Он часто останавливается, пытаясь проглотить слюну. Но рот сухой, губы потрескались, горло схватывают спазмы. Человек опять пытается идти, но ноги его не держат. Тогда, упав, он все же пытается подняться и хотя бы на четвереньках, но движется вперед — туда, где в дымке видно озеро, плещется вода — мираж пустыни. Наконец, хрипло вскрикнув, падает и лежит недвижимый. Три дня человек не пил воды. В его умирающем мозгу проносятся галлюцинации. Вот брызжет фонтан, плещутся воды реки. Но кругом песок, песок и жестокое палящее солнце, человек погибает. Никто еще не смог прожить без воды в пустыне более трех дней... Люди могут голодать неделями, но без воды они не проживут двух-трех дней...

Животные и растения в значительной мере состоят из воды. Она является важнейшей составной частью живой клетки. Содержание воды в растениях и животных колеблется от 50 до 99% (рис. 6).

Блестящим примером роли воды в организме может служить сам человек. В младенческом возрасте ее количество в нашем теле достигает 86%. По мере роста организма содержание воды все более уменьшается. У взрослого оно не превосходит 60%. Как видно, одним из элементов старения человека является обезвоживание его тканей. Особенно много воды в крови — 90%, а стекловидное тело глаза содержит ее даже 96 — 99%.

Рис. 6. Слон, медведь, тигр и другие млекопитающие содержат около 60% воды

При водном голодании вначале возникает чувство сильной жажды, а затем люди впадают в полуобморочное состояние. Дальнейшее уменьшение содержания воды на 11 — 12% от массы тела (потеря примерно 6 — 8 л) ведет к катастрофической гибели клеток, нарушению обмена веществ, замедлению окислительных процессов и неминуемой смерти.

Несколько меньше воды в растениях. В семенах ее не более 10 — 15%, а в лиственных деревьях — клене, березе, тополе — от 40 до 75%- В водорослях содержание воды достигает 99%.

«Вода — это жизнь». Это изречение можно услышать и в Средней Азии, и у народов Аравии, Северной Африки. Действительно, пустыня безжизненна, но достаточно появиться воде, как жизнь расцветает во всем своем великолепии, и вот вместо пустыни — зеленый оазис.

Многие века в пустыне идет борьба за воду. Иногда она становится кровавой и жестокой. Сейчас пустыни наступают, территории, занятые ими, растут с каждым годом.

В Советском Союзе после победы Октябрьской революции началась планомерная борьба с пустынями. Исчезла с лица земли Голодная степь, превратившаяся в цветущий оазис, построен Каракумский канал, давший жизнь десяткам новых оазисов.

Ученые уже давно пришли к выводу, что все многообразие жизни на Земле стало возможным только благодаря появлению чудесного дара природы — воды.

Палеонтология — наука об истории развития живого и растительного мира — сумела установить, что первые живые существа на нашей планете зародились и развились в морях и океанах. К. Э. Циолковский высказал мнение, что вода способствовала развитию и сохранению от повреждения первых организмов.

Прошли многие сотни миллионов лет до того момента, когда первые обитатели моря, пугливо озираясь, выбрались на сушу. Много, очень много времени потребовалось, чтобы они смогли приспособиться к жизни на материках.

Это было связано с тем, что благоприятные условия для живых организмов на континентах возникли на миллиард лет позже, чем в океанах и морях. До сих пор население суши носит следы связи его с морскими просторами. Венец создания природы — человек — имеет в организме ряд черт, присущих морским животным. В первые месяцы внутриутробного развития у него даже появляются жабры.

Таким образом, жизнь и вода теснейшим образом связаны друг с другом. Жизнь на Земле стала возможной только потому, что на нашей планете появилось изумительное неповторимое вещество — вода во всем ее многообразии форм и видов.

Вода и цивилизация

Блестящий город Фивы, грандиозные пирамиды, высокая культура — это могучее древнеегипетское государство. Его отделяет от нашего времени 3 — 5 тысячелетий. Почему именно здесь возникла невиданная по тем временам цивилизация?

Главной причиной является могучий Нил и образованная им плодородная долина. Жаркий климат, соединенный с водой, сделал чудеса.

Изумительные города с удивительными дворцами, храмами, дорогами, с неповторимой библиотекой Ашурбанинала — все это зародилось 3000 — 5000 лет назад в другой колыбели цивилизации — в междуречье Тигра и Ефрата. Многие ученые считают, что шумеры, а затем ассирийцы и вавилоняне создали древнейшие цивилизации на нашей планете. Здесь снова многоводные реки и созданные ими плодородные долины.

Древнейшая индийская цивилизация — Мохенжо-Даро — возникла 5000 лет назад в долире р. Инд. А когда река изменила русло и воцарилась пустыня, эта цивилизация погибла.

Теперь давайте посмотрим на карту мира. Практически все столицы -государств и крупные города расположены либо на берегу моря или океана, либо у реки или озера. Действительно: Москва стоит на реке Москве, Париж на реке Сене, Лондон — на реке Темзе и т. д.

Рис. 7. Количество воды, приходящееся в городах на одного жителя в год (в литрах)

Конечно, это не случайно. Люди стремились селиться там, где прежде всего была вода. Она им необходима не только для бытовых нужд, но и как защита от нападения неприятеля (даже крепости окружались рвами, заполненными водой) и, наконец, как удобный путь для сообщения и торговли с соседями.

Однако, если повнимательнее вглядеться в карту, то обнаружатся тысячи средних и малых населенных пунктов и даже крупных городов (например, Ашхабад), около которых нет ни озер, ни рек, ни морей. Правда, к Ашхабаду за последнее время подвели Каракумский канал.

Все эти города и селения получают необходимую им воду из подземных источников. Более того, многие города, стоящие на берегу рек (например, Москва, Харьков и др.) также частично берут питьевую воду из-под земли.

Вряд ли развилась бы современная цивилизация без воды. Действительно, возросло потребление (особенно в городах) воды для бытовых и производственных нужд. В настоящее время суточный расход на душу населения в крупных центрах приближается к 500 л. Городу с населением в 1 млн. человек требуется до 0,5 млрд. литров в день пресной воды (рис. 7).

Создание крупных производств стало возможным только за счет использования больших количеств воды. Так, для получения одной тонны стали требуется 30 т воды, для выработки одной тонны синтетического волокна необходимо затратить 5000 т воды. Еще больше ее требуется для выделки тонны хлопка (8000 т).

Рис. 8. Потребность в воде на Украине в 1980 году (в км³)

Города и села стали крупными потребителями электроэнергии. Значительную часть ее получают путем использования водных потоков. Крупнейшая в мире Красноярская гидроэлектростанция дает б млн. кВт, а скоро войдет в строй еще более мощная Саяно-Шушенская ГЭС. Почти четверть всей электроэнергии в нашей стране дает вода.

Много воды требует сельское хозяйство. Без достаточного полива огородных и садовых культур, плоды которых состоят на 80 — 95% из воды, нельзя вырастить хорошего урожая. Это особенно хорошо знают любители садово-огородных участков.

Много воды потребляют лиственные растения: береза, клен, ива и др. Толщина слоя воды, необходимой для их произрастания в течение года, достигает 1,5 — 1,6 м.

Многие едят хлеб, не подозревая, что выращивание одного килограмма пшеничного зерна требует 800 кг воды.

Немало воды потребляется в животноводстве. Например, для одной коровы в сутки требуется 10 — 12 ведер воды.

Вода необходима для сотен других нужд: наполнения гребных каналов, спортивных бассейнов, охлаждения механизмов, заливки в радиаторы автомашин, стирки белья, мойки улиц и многих других целей.

На рис. 8 показано, сколько воды потребуется для одной только УССР в 1980 году.

Можно утверждать, что современная цивилизация не может существовать без достаточных количеств воды.