Упомянутые в книге Хендерсона пять тепловых свойств воды играют ключевую роль в поддержании умеренного сбалансированного климата Земли.
Благодаря особым свойствам воды - большому латентному теплу и тепловой ёмкости - тела, состоящие из воды, нагреваются и охлаждаются медленнее земли. На земле разница в температурах в самых жарких и холодных местах составляет 140 °С. На море она находится всего лишь в пределах 15-20 °С. То же самое различие наблюдается между дневными и ночными температурами: на безводной земле разница температур составляет 20-30 °С, на море она не превышает нескольких градусов. Водные испарения в атмосфере выполняют также стабилизирующую роль. В результате в пустынях с очень малым количеством водных испарений разница дневных и ночных температур максимальна. В регионах с морским климатом разница намного меньше.
Вследствие уникальных тепловых свойств воды разница между дневными и ночными, летними и зимними температурами остаётся постоянной и в тех пределах, которые позволяют человеку и другим живым организмам выжить. Если бы в мире было меньше воды, большие территории планеты превратились бы в пустыню, температурный разброс был бы выше, и жизнь была бы либо совершенно невозможна, либо намного более сложна.
Поверхностное натяжение воды
Кроме тепловых особенностей, вода обладает рядом других свойств, идеально подобранных для поддержания жизни.
Одним из таких свойств является высокий уровень поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение определяется способностью поверхности жидкости растягиваться при напряжении подобно эластичной коже. Эти свойства воды обеспечиваются силой притяжения молекул поверхности жидкости. Сила поверхностного натяжения воды так велика, что вода не выльется из чашки, даже если её уровень чуть выше краёв, а если аккуратно положить металлическую иглу на гладкую поверхность воды, она не утонет.
Поверхностное натяжение воды намного выше, чем у всех известных жидкостей Кроме ртути. . Биологические последствия этого огромны, особенно в случае с растениями. Разве не удивительно, с какой большой глубины растения, подобно насосу, способны перекачивать воду в воздух? Ответ на эту загадку - поверхностное натяжение, которое используется в особым образом устроенных каналах корней и стеблей растений. Эти каналы сужаются кверху, что буквально вынуждает воду самостоятельно «ползти» вверх по ним. Если бы поверхностное натяжение воды было меньше, то такие большие растения, как деревья, не смогли бы выжить на засушливой почве.
Разрушение горных пород является ещё одним следствием этого свойства воды. Через мельчайшие трещины вода способна проникать глубоко в камень. Расширяясь при замерзании, она приводит в действие внутренние силы, которые разрушают горные породы и высвобождают заключённые в них минералы, тем самым способствуя формированию почвы.
Идеальная вязкость воды
Когда мы пытаемся представить себе, что такое жидкость, в нашем воображении возникает образ текучего вещества. Однако жидкости сильно различаются по степени вязкости. У дёгтя, глицерина, оливкового масла, серной кислоты совершенно разная вязкость. При сравнении с водой различия становятся особенно явными. Текучесть воды в 10 миллионов раз больше, чем у дёгтя, в 1000 раз больше, чем у глицерина, в 100 раз больше, чем у оливкового масла, и в 25 раз больше, чем у серной кислоты.
Это сравнение показывает, что вода обладает очень низкой степенью вязкости. Если оставить в стороне некоторые вещества, такие как эфир и жидкий водород, вода (кроме газов) имеет самую низкую вязкость в природе.
Имеет ли это свойство воды какое-нибудь значение для нас? Был бы мир иным, если бы вода была чуть более или чуть менее вязкой? Майкл Дентон Майкл Джон Дентон (родился 25 августа 1943) является англо-австралийским писателем и биохимиком. Он - старший научный сотрудник Центра института открытия в области науки и культуры. Наиболее известна книга Дентона, «Эволюция: Теория в кризисе, вдохновленный разумным замыслом сторонников Филиппа Джонсона и Майкла Бихи (перевод с https://en.wikipedia.org/wiki/Michael_Denton). отвечает на этот вопрос так:
«Соответствие воды потребностям жизни не было бы столь идеальным, будь её вязкость намного ниже. Если бы вода обладала такой же низкой вязкостью, как жидкий водород, движение жидкости в системах живых организмов под действием сил сопротивления оказалось бы губительным для них. Если бы вязкость воды была намного ниже, тонкие структуры легко разрушились бы и вода была бы не в состоянии поддерживать жизнедеятельность любых сложных микроскопических структур. Клетка с её 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. Остановилось бы развитие более высоких форм жизни, зависящих исключительно от способности клетки передвигаться в процессе генезиса эмбриона».
Животные размером тела в четверть миллиметра имеют централизованную систему циркуляции. Причина состоит в том, что за пределами этих размеров распределение питания и кислорода в организме осуществляться не может, т.е. эти вещества не могут попадать непосредственно в клетку, а продукты жизнедеятельности - выводиться из неё. К многочисленным клеткам нашего тела необходимый кислород и энергия доставляются через своеобразные «трубы», другие «каналы» служат для выведения продуктов жизнедеятельности из организма.
Трубы - это вены и артерии системы циркуляции жидкости, сердце - мотор, поддерживающий систему в действии, а жидкость, идущая по трубам, - кровь, которая в основном состоит из воды (95 % плазмы крови - вещества, остающегося после удаления из крови кровяных телец, белков и гормонов, - вода). Существующая вязкость воды обеспечивает эффективную работу всей системы циркуляции жидкости в организме. При условии, что вода была бы такой же вязкой, как смола, живое сердце не могло бы качать её. Если бы вода обладала вязкостью оливкового масла, которое в 100 миллионов раз текучее смолы, сердце, возможно, и способно было бы перекачивать её, но это было бы сопряжено с большими трудностями, и в миллиарды капилляров нашего тела кровь не смогла бы поступать.
Давайте внимательно посмотрим на капилляры. Их цель - нести кислород, питание, гормоны и так далее, т.е. всё то, что необходимо для жизни каждой клетки нашего тела. Для того чтобы клетка могла воспользоваться «услугами» капиллярного сосуда, расстояние между ними должно составлять не более 50 микрон (т.е. одной тысячной доле миллиметра). На расстоянии более 50 микрон от капилляра клетки обречены на голодную смерть. Именно поэтому человеческое тело создано таким образом, что сеть капилляров охватывает его целиком. Нормальное человеческое тело имеет 5 миллиардов капилляров, общая длина которых, если их вытянуть в одну линию, составит 950 километров. У некоторых млекопитающих только в одном сантиметре мышечной ткани насчитывается до 3 000 капилляров. Если бы мы решили соединить десять тысяч тончайших капилляров человеческого тела в одно целое, то у нас получился бы пучок толщиной всего лишь с грифель карандаша. Диаметр капилляров составляет от трех до пяти микрон, т.е. от трех до пяти тысячных доли миллиметра.
Чтобы кровь могла проходить по таким узким каналам, не блокируя их и не замедляя движения, она должна обладать высоким уровнем текучести, и благодаря низкой вязкости она обладает ею. Именно это имеет в виду Майкл Дентон, когда говорит, что, если бы вязкость воды была немного больше, кровеносная система была бы полностью бесполезна:
«Система капилляров будет работать только в том случае, если перекачиваемая по ним жидкость обладает низкой вязкостью. Это качество очень важно, поскольку скорость потока жидкости обратно пропорциональна её вязкости. Отсюда нетрудно увидеть, что, если бы вязкость воды была 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».
Другими словами, и вязкость воды, и все остальные её свойства специально скроены для того, чтобы жизнь была возможна. При огромных различиях показателей вязкости жидкостей только одна из них была сотворена точно такой, какой она должна быть. Это - вода.
Плотность
Что такое плотность воды?
Плотность воды определяется массой единичного объёма в килограммах на метр кубический (кг/м3).
Если вода химически чистая, без соли и каких-либо добавок, то её плотность во многом зависит от температуры.
Повышение давления и насыщение воды минералами также приводит к увеличению её плотности. Изменения плотности воды, хоть и незначительные, происходящие в результате воздействия всех трёх факторов играют немалую роль, а можно даже сказать одну из самых важных ролей при динамике воды в естественных водоёмах, в непосредственном формировании качества воды и экосистемы в целом. Всем известен тот факт, что повышение температуры вещества вызывает увеличение его объёма и понижение плотности. Вода, в принципе, обладает таким же свойством, но только в интервале температур от 0 до 4 С. При возрастании температуры объём воды не повышается, а сокращается. Вода по сути уникальное вещество, не похожее на другие. Максимальная плотность воды может быть только при температуре 4 С.
В водоёме плотность воды зависит от таких вещей как: минерализация, температура, количество растворенных солей в воде, ну и, конечно же, от давления высших слоёв воды. Отсюда можно сделать вывод, что для воды зависимость объема и температуры двузначна. А как изменится объем воды при понижении температуры? Выяснилось, что при t ниже 0 °С он будет продолжать увеличиваться, при условии переохлаждения. Но переохлаждение всегда требует сложных условий: неподвижность воды, отсутствия мест кристаллизации льда.
Если вода лишена растворённых в ней газов, то её можно переохладить до минус 70 °С и при этом она не превратится в лед. Но если её встряхнуть или добавить небольшое количества льда, то она мгновенно покроется льдом и температура её подскочит до 0 °С (на 70°). Можно так же довести воду до температуры 150 °С без закипания, однако если в неё ввести пузырек воздуха, то вода моментально вскипит и температура её понизится до 100 °С.
Вода, при замерзании, внезапно увеличивается в объеме на 11 %, так же внезапно и уменьшается при таянии. Это увеличение объёма играет огромную роль, как в природе, так и в жизни людей. При замерзании воды и её дальнейшем увеличении объёма, происходит расширение, в результате чего возникает сильное давление, равное 2500 кгс/см2. Именно поэтому замерзающая вода обладает разрушительной силой в замкнутых пустотах, трещинах гор. Именно это объясняет то, как замерзающая вода разрушает многолетние глыбы, превращая их в мелкие осколки или же, как происходят взрывы крупных наледей. Точно так же, при замерзании воды в трубопроводе, происходит расширение труб, а в дальнейшем и их взрывы. Стоит так же сказать, что все эти процессы происходят при абсолютном давлении равном 1 атм.
Важно так же то, что максимальная плотность воды отмечается при 4 °С, лёд оказывается легче жидкости и находится на поверхности. Если бы лёд находился внизу водоёмов, то они промерзали бы с самого дна, создавая глобальную катастрофу для всех тех, кто обитает в этих водоёмах.
Память воды
Учёные обнаружили удивительный факт, что вода имеет память. С самых древних времен человечество приписывало удивительные свойства воде. Но только в последнее время подошли научно. Ряд учёных из США, России, Японии и Болгарии исследовали свойства воды. Первые исследования, связанные с «памятью» воды, были произведены Дерягиным и Чураевым [5] в 1971 году. «Вопрос о «памяти» воды является чрезвычайно интересным. Едва ли без этого её свойства можно объяснить зарождение живой материи, - было доказано, что вода имеет огромный потенциал памяти. Она имеет необычные физические и химические свойства. Результаты экспериментов, проведённые во многих странах, показали, что вода воспринимает и запоминает любое воздействие, которое происходит вокруг неё. Исключительно «активной» является размороженная вода. Весной наблюдается увеличение амплитуды в спектре воды. Весной птицы и животные пьют воду из размороженного льда. Растения также растут быстрее. Размороженная вода обладает стимулирующим эффектом и с успехом используется при восстановлении больных после операций.