2.1. Аномалии физических свойств воды и их экологические последствия

В 1766 г. английский физик и химик Генри Кавендиш (1731-1810) впервые показал, что вода представляет собой не единый неделимый химический элемент, как ранее полагали многочисленные исследователи, а является соединением водорода с кислородом в определенных весовых соотношениях. Их величину установили несколько лет спустя в 1783 г. французские химик Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794) и математик Жан Батист Мари Шарль Мёнье (1754-1793). С тех пор один из химических элементов, входящих в состав воды, обозначаемый как «Н», получил название «водород» – «Hydrogen» (от греч. hydro genes – порождающий воду).

На протяжении последующих более чем двухсот лет вплоть до наших дней ученые, пытавшиеся раскрыть тайны воды, убедились в том, что- свойства и поведение воды и сегодня все еще «не всегда до конца прогнозируемы». «Практически все свойства воды аномальны, а многие из них не подчиняются логике тех законов физики, которые управляют другими веществами».

Как ни странно, но благодаря именно аномальности физических и химических свойств воды на нашей планете возникла и существует уже более 3.5 млрд лет жизнь.

***

I. В отличие от «нормальных» растворов, при нагревании воды от 0 до +35⁰С ее удельная теплоемкость не растет, а уменьшается (рис.2.6). Только после 37°С она начинает «нормально» расти. У воды минимум удельной теплоемкости достигается при температуре +37С.

Так как организм взрослого человека состоит на 80% из воды, то наличие этой её физической особенности определяет тот факт, что нормальная температура нашего тела - 36,6° и изменяется от 36 (наружные органы) до 38С (внутренние органы), оставаясь постоянной в этих пределах.

Рис.2.6. Зависимость удельной теплоемкости воды и окиси железа от температуры. -

В отличие от окиси железа, при нагревании воды от 0 до 36,6° С ее удельная теплоемкость уменьшается и только потом растет как у «нормальных» жидкостей.

У других теплокровных млекопитающих пределы нормальных температур несколько шире - от 32 до 39С. Именно при температуре тела 36,6°С человек и другие млекопитающие оказываются в состояние гомеостаза (равновесия) – могут совершать максимум работы при минимальных затратах энергии.

II. Теплоемкость воды в 5-30 раз выше, чем у других веществ (кроме водорода и аммиака).

Благодаря этой аномалии:

• Нормальная температура тела человека, при отсутствии в организме воспалительных процессов, остается постоянной и в палящий зной и в лютый холод.

• При одинаковом потоке солнечной энергии вода нагревается в 5 раз медленнее, чем песок на пляже, но при этом она во столько же раз дольше, чем песок, сохраняет тепло. По этой причине в природе возникают переменные суточные – бризовые, и межсезонные – муссонные, ветры между сушей и морем.

• Зимний климат Скандинавии и северо-западных районов Европейской территории России, несмотря на их близость к Северному полюсу, очень мягкий. Единственный незамерзающий порт России за Полярным Кругом – Мурманск. Среднемесячная температура января здесь составляет –10⁰С, а в Верхоянске, лежащем значительно южнее по широте, но удаленного от теплых вод Атлантики, она ниже на 39⁰С (!).

• .Среднегодовая температура поверхности всего Мирового океана составляет 17.82⁰С – на 3.6⁰ выше, чем средняя температура воздуха у поверхности Земли.

• Средняя температура толщи вод Мирового океана (до 4000 м) в южном, более океаническом, полушарии на 2С ниже, чем в северном, так как максимум солнечной радиации – «термический экватор», по причине ассиметричного расположения материков, проходит севернее географического экватора (рис.2.7).

Рис.2.7. Термический экватор Земли расположен севернее географического экватора по причине преобладания материков в северном полушарии.

 Объем льда в южном полушарии примерно в 9 раз больше, чем в северном. Его

толщина на Антарктическом континенте достигает 3.7 км, а запас (26.7 млн. км³)

составляет 76% от общего объема льда на нашей планете (35 млн. км³).

III). У воды высокая (80 кал/г) скрытая удельная теплота плавления. Благодаря такой физической особенности воды наша планета застрахована от климатических катастроф – затопления или замерзания после резких кратковременных (30-50 лет) потеплений и похолоданий, так как большой объем воды трудно быстро заморозить, а огромные ледники тают достаточно медленно (фото.2.1).