Краткая история почти всего на свете

Поскольку вода есть повсюду, мы склонны не замечать, какое это необычное вещество. Из того, что мы о ней знаем, почти ничто не дает возможности достоверно предсказывать свойства других жидкостей, и наоборот. Если бы вы ничего не знали о воде и строили свои предположения исходя из свойств химически наиболее близких к ней соединений — особенно гидроселенида и гидросульфида, — то можно было бы ожидать, что она закипит при минус 93 °C и будет газом при комнатной температуре.

Большинство жидкостей при охлаждении сжимается примерно на 10 %. Вода тоже, но только до определенной температуры. Но подойдя вплотную к точке замерзания, она начинает — против всех правил, совершенно невероятным образом — расширяться. После затвердевания она становится почти на десятую часть объемнее, чем была прежде. Из-за этого расширения лед плавает на поверхности воды — «крайне странная причуда», по словам Джона Гриббина [255] . Не обладай он этим великолепным своенравием, лед тонул бы и озера с океанами начинали бы замерзать со дна. Не плавай лед на поверхности, тепло уходило бы из воды, делая ее еще холоднее и порождая еще больше льда. Скоро даже океаны замерзли бы, и почти наверняка очень надолго, если не навсегда, остались бы в таком состоянии, вряд ли благоприятном для того, чтобы взлелеять жизнь. К счастью для нас, вода, видимо, не подозревает о правилах химии и законах физики.

255

Джон Гриббин (John R. Gribbin) — астрофизик, научный писатель, автор более 30 книг, обозреватель журналов Nature и New Science.

Каждый знает, что химическая формула воды — Н₂0 — означает, что она состоит из одного довольно большого атома кислорода и прикрепленных к нему двух атомов поменьше — водорода. Атомы водорода цепко держатся за своего хозяина — атом кислорода, но, кроме того, время от времени сцепляются с другими молекулами воды. Молекулам воды по природе свойственно как бы вступать в танец друг с другом, ненадолго расходясь, а затем продолжая движение в бесконечной смене партнеров по кадрили, если воспользоваться изысканным сравнением Роберта Кунцига [256] . Стакан с водой, возможно, не выглядит очень оживленным местом, однако каждая молекула в нем меняет партнеров миллиарды раз в секунду. Вот почему молекулы воды держатся вместе, образуя водоемы вроде луж и озер, но в то же время легко расступаются, когда вы, например, ныряете в бассейн с водой. В каждый отдельный момент друг с другом соприкасаются всего лишь 15 % молекул.

256

Роберт Кунциг (Robert Kunzig) — британский научный журналист, сотрудник европейской редакции журнала Discover. Специализируется на исследованиях океанов. Лауреат британской премии «Авентис» за лучшую научно-популярную книгу 2000 г. — «Картирование глубин».

И все же в некотором смысле связь эта очень прочная — когда молекулы поднимаются вверх, качаемые насосом, или когда капли остаются на капоте автомашины, демонстрируя необыкновенную решимость держаться вместе с партнерами. По той же причине вода обладает поверхностным натяжением. Находящиеся на поверхности молекулы сильнее притягиваются к подобным себе молекулам под ними и рядом с ними, чем к молекулам воздуха над ними. Это ведет к образованию мембраны, достаточно прочной, чтобы вода выдерживала вес насекомых или прыгающих камешков. По той же причине бывает больно, если, ныряя, плюхнешься животом [257] .

257

Отскакивание камешка и удар при падении на поверхность воды не связаны с ее поверхностным натяжением. Они определяются ее гидродинамическими свойствами. Неразрывность потока жидкости в насосе обеспечивается внешним давлением, а не притяжением молекул воды.

Вряд ли стоит подчеркивать, что без воды мы бы пропали. Лишенный воды человеческий организм быстро разваливается. Как говорится в одном описании, в считанные дни губы исчезают, «будто их ампутировали, десны чернеют, нос наполовину усыхает, кожа вокруг глаз стягивается, препятствуя морганию». Из-за чрезвычайной важности воды для нашей жизни легко упустить из виду что вся вода на Земле за самым малым исключением ядовита для нас — смертельно ядовита — из-за растворенных в ней солей.

Для жизни соль нам нужна, но только в очень небольших количествах, а морская вода содержит значительно — примерно в 70 раз — больше соли, чем мы можем без вреда усвоить. В литре обычной морской воды содержится всего 2,5 чайной ложки обыкновенной соли — той, которой мы подсаливаем еду — но значительно большее количество других элементов, соединений и растворенных твердых веществ, которые в собирательном смысле известны как соли. Количественное соотношение этих солей и минералов в наших тканях необыкновенно схоже с составом морской воды — мы потеем и плачем, как заметили Маргулис и Саган [258] , морской водой, — но удивительно, что не переносим принимать ее внутрь. Стоит употребить большое количество соли, и скоро обмен веществ будет критически нарушен. Из каждой клетки, как добровольные пожарные, поспешат молекулы воды, чтобы растворить и вывести наружу внезапный выброс соли. Это опасно, поскольку лишает клетки необходимого для их нормального функционирования количества воды. Словом, они обезвоживаются. В экстремальных ситуациях обезвоживание приведет к потере сознания и повреждению головного мозга. А тем временем перегруженные клетки крови переносят соль в почки, которые в конце концов переполняются и перестают работать. Если отказывают почки, мы погибаем. Вот почему мы не пьем морскую воду.

258

Линн Маргулис (Lynn Margulis) — профессор факультета наук о Земле Университета штата Массачусетс в Эмхерсте, член американской Национальной академии наук и Российской академии естественных наук. Наибольшую известность ей принесли работы по эндосимбиотической теории происхождения органелл эукариотических клеток. Линн Маргулис была первой женой астронома и популяризатора науки Карла Сагана. Пять из более чем десятка ее научно-популярных книг написаны в соавторстве с сыном Дорионом Саганом (Dorion Sagan).

На Земле 1,3 млрд км³ воды, и это все, что у нас есть на будущее. Система замкнута: в сущности говоря, ничего нельзя добавить или отнять. Вода, которую вы пьете, находится здесь, делая свое дело, с младенчества Земли. Океаны достигли нынешних объемов 3,8 млрд лет назад (по крайней мере, приблизительно).

Царство воды, называемое гидросферой, почти целиком океаническое. 97 % всей имеющейся на Земле воды находится в океанах и морях, по большей части в Тихом океане, который один больше всей суши, вместе взятой. Тихий океан в целом содержит чуть больше половины морской воды (51,6 %); Атлантический — 23,6 % и Индийский — 21,2 %, оставляя всем остальным 3,6 %. Средняя глубина океанов составляет 3,86 км, причем Тихий океан в среднем на 300 метров глубже Атлантического и Индийского. 60 % поверхности планеты покрыты океанскими водами глубиной более 1,6 км. По замечанию Филипа Болла, нашу планету лучше называть не Землей, а Водой.

Из 3 % земной воды, которая является пресной, большая часть существует в виде ледников. Лишь самое незначительное количество — 0,36 % — находится в озерах, реках и водоемах, и еще меньшая часть — всего 0,001 % — существует в виде облаков или испарений. Почти 90 % льда планеты находится в Антарктике, а большая часть остального — в Гренландии. Поезжайте на Южный полюс, и там вы будете стоять более чем на 3 км льда, на Северном полюсе его всего лишь метров пять. В одной Антарктике находится 24 млн км³ льда — если весь его растопить, этого хватит, чтобы поднять уровень океана на 75 м. А если вся находящаяся в атмосфере вода равномерно выпадет дождем, то океаны станут глубже лишь на пару сантиметров.

Между прочим, уровень моря — почти целиком номинальное понятие. Океаны и моря вовсе не находятся на одном уровне. Приливы и отливы, ветры, эффект Кориолиса и другие воздействия значительно изменяют уровень воды от океана к океану и даже в пределах океанов. Уровень Тихого океана вдоль западного края примерно на полметра выше вследствие центробежной силы, создаваемой вращением Земли. Так же как вода откатывается в другой конец, словно не желая идти к вам, когда вы тянете на себя таз с водой, вращение Земли в восточном направлении поднимает воду к западному краю океана [259] .

259

Это некорректное объяснение. Само по себе вращение Земли не приводит к подъему уровня воды у западного берега океана. Это происходит лишь в сочетании с морскими течениями и атмосферными процессами.

Учитывая извечное значение для нас океанов и морей, поразительно, что мир так долго не проявлял к ним научного интереса. Еще в начале XIX века большая часть знаний об океанах основывалась на том, что выбрасывалось на берег или приносилось рыболовными сетями, и почти все написанное строилось скорее на слухах и догадках, чем на материальных свидетельствах. В 1830-х годах английский естествоиспытатель Эдвард Форбс [260] обследовал дно Атлантического океана и Средиземного моря и заявил, что на глубине больше 600 метров в море нет никакой жизни. Это предположение представлялось разумным. На такой глубине нет света, а потому нет растительности, к тому же было известно, что давление воды на такой глубине очень велико. Так что когда в 1860 году с глубины более 3 км подняли для ремонта один из первых трансатлантических телеграфных кабелей и обнаружили, что он густо оброс кораллами, моллюсками и другой живностью, это было нечто вроде сюрприза.

260

Эдвард Форбс (Edward Forbes, 1815–1854) — вел исследования в области геологии, минералогии, анатомии, ботаники, зоологии, в том числе морской, практиковал как хирург. В конце жизни стал президентом Лондонского Геологического общества.

Первое по-настоящему организованное исследование морей было предпринято лишь в 1872 году, когда Британский музей, Королевское общество и Британское правительство направили из Портсмута на бывшем военном судне «Челленджер» совместную экспедицию. Она странствовала по миру три с половиной года, забирая пробы воды, отлавливая сетями рыбу и черпая драгой осадочные породы. Работа, очевидно, была страшно скучной и утомительной. Из штатного состава в 240 ученых и членов экипажа каждый четвертый сбежал с корабля, а восемь человек скончались или сошли с ума — по словам историка Саманты Вайнберг [261] , «доведенные до отчаяния годами отупляющей, монотонной работы». Однако они покрыли почти 70 тысяч морских миль, собрали более 4700 образцов новых морских организмов, набрали достаточно сведений для пятидесятитомного доклада (на составление которого ушло 19 лет) и дали миру название новой научной дисциплины — океанографии. Они также обнаружили, посредством измерения глубин, что посреди Атлантического океана, по-видимому, имеются подводные горы, подтолкнув некоторых обозревателей к возбужденным спекуляциям относительно открытия пропавшего материка Атлантиды.

261

Саманта Вайнберг (Samantha Weinberg) — британская писательница, в частности, автор научно-популярной книги «Рыба, пойманная во времени: в поисках латимерии».

Из-за того, что официальный научный мир по большей части обходил вниманием океаны и моря, рассказать нам о том, что там, внизу, досталось преданным делу — и очень редким — энтузиастам-любителям. Современные глубоководные исследования начинаются в 1930 году с Чарлза Уильяма Биба и Отиса Бартона. Хотя они были равными партнерами, благодаря более яркой личности Биб всегда удостаивался значительно большего внимания в печати. Биб родился в 1877 году в состоятельной нью-йоркской семье, изучал зоологию в Колумбийском университете, потом поступил на работу птицеводом в Нью-Йоркском зоологическом обществе. Когда надоело, решил вести жизнь искателя приключений, и следующие четверть века много странствовал по Азии и Южной Америке в сопровождении привлекательных особ женского пола, которых он изобретательно представлял как «историков и техников» или «помощниц по ихтиологии». Свои старания он подкреплял чередой популярных книжек вроде «Край джунглей» и «Дни в джунглях», правда, помимо них он издал несколько неплохих книг по живой природе и орнитологии.

В середине 1920-х годов во время поездки на Галапагосские острова Биб открыл «прелести зависания в воде», как он называл глубоководное ныряние с аквалангом. Вскоре он объединился с Бартоном, происходившим из еще более состоятельной семьи, также учившимся в Колумбийском университете и также обожавшим приключения. Хотя почти всегда заслуги приписывают Бибу на самом деле первую батисферу (от греческого «глубокий») сконструировал Бартон и вложил в ее постройку 12 тысяч долларов. Это была очень маленькая и по необходимости прочная чугунная камера со стенками толщиной 4 сантиметра с двумя небольшими кварцевыми иллюминаторами толщиной почти 8 сантиметров. Она вмещала двух человек, если те были способны очень тесно уживаться друг с другом. Даже по критериям того времени аппаратура была технически простой. Шар не обладал маневренностью — он просто висел на длинном тросе; система, обеспечивающая дыхание, была самой примитивной: для нейтрализации выдыхаемого углекислого газа они установили открытые жестяные банки с натровой известью, а для поглощения влаги открыли небольшой бочонок с хлоридом кальция, над которым для поддержания химической реакции время от времени помахивали пальмовыми ветвями.