Аномалии физических свойств воды указание конкретно какие

Аномальные свойства воды, определяющие, в том числе, и наличие жизни на Земле — её переменная плотность, высокая теплоемкость и большое поверхностное натяжение, объясняются двумя типами структур, в которые самоорганизуются молекулы жидкости, уверены авторы нового исследования.

Ученым давно были известны 66 необъяснимых свойств воды, отличающих её от большинства других химических веществ, встречающихся в жидком состоянии. Так, в отличие от всех известных жидкостей, плотность которых монотонно увеличивается с понижением температуры, плотность воды максимальна при 4 градусах Цельсия, а при дальнейшем понижении температуры вновь начинает убывать. Это уникальное свойство воды делает возможной жизнь в реках и озерах — в противном случае эти относительно мелкие водоемы неизбежно промерзали бы до дна в зимний период и были бы лишены всех живых организмов, за исключением, может быть, простейших бактерий экстремофилов.

Вода обладает огромной теплоемкостью — благодаря этому теплые океанические течения согревают многие северные регионы планеты, принося тепло из южных широт.

Аномально высокое поверхностное натяжение жидкой воды не только позволяет некоторым насекомым спокойно ходить по её поверхности, но и благодаря капиллярным силам обеспечивает поступление питательных веществ к кронам гигантских деревьев, достигающих нескольких десятков метров в высоту.

Объяснить эти свойства на основании лишь строения и химических параметров молекул воды ученые до последнего времени не могли. Секрет крылся в структуре, в которую самоорганизуются молекулы жидкой воды. Он долгое время оставался неразгаданным, так как изучить эту структуру теми же методами, что применяются для изучения строения твердых тел, практически невозможно.
Команда Андерса Нильсона (Anders Nilsson), ведущего специалиста Стенфордского центра синхротронного излучения (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource), сумела преодолеть эти трудности благодаря новейшим методам изучения строения жидкостей с использованием мощного рентгеновского излучения, получаемого с помощью больших ускорителей элементарных частиц, называемых синхротронами. Один из использованных в работе синхротронов находится в Японии, а второй в США.
Ученые выяснили, что существовавшие до сих пор представления о молекулярной структуре воды были неверными — оказалось, что её молекулы формируют не одну структуру, а одновременно два типа структур, сосуществующих в жидкости вне зависимости от температуры. Один тип структуры формируется в виде сгустков примерно по 100 молекул, структура которых напоминает структуру льда. Второй тип структуры, окружающей сгустки, гораздо менее упорядочен.
Увеличение температуры вплоть до точки кипения воды приводит к некоторому искажению структуры сгустков и уменьшению их количества и доминированию разупорядоченной структуры.
«Этот процесс можно представить как танцевальный клуб, где часть людей сидит за столиками, отражая упорядоченную компоненту воды, а часть находясь в толпе, непрерывно перемещается в танце, отражая разупорядоченную. Увеличение температуры воды в этом случае можно сравнить с всеобщим поднятием настроения и ускорением музыки, когда люди начинают вставать из-за столов и присоединяться к танцующим, а часть пустующих столов и вовсе убирается для высвобождения места. Охлаждение — обратный процесс, когда танцпол заполняется столами, и за них присаживаются утомленные танцами гости клуба. При этом при одной и той же «температуре» танцующие и сидящие люди постоянно меняются местами — некоторые присаживаются отдохнуть а некоторые наоборот идут танцевать, тогда как общее соотношение танцующих и сидящих остается прежним» — пояснил результаты работы Нильсон, слова которого приводит пресс-служба Стенфордского центра линейных ускорителей в США.

Для всех веществ с увеличением температуры нагрева растёт удельная теплоёмкость. У воды с 0 до 37ºС удельная теплоёмкость уменьшается, а с 37ºС – растёт. Совпадение температуры перелома графика изменения удельной теплоёмкости воды с нормальной температурой человеческого тела наводит на мысль о том, что вода помогает терморегулированию человека: при переохлаждении организма она замедляет дальнейшую отдачу тепла, а при перегреве – наоборот ускоряет.

Трём требованиям к «жизненному» растворителю: амфотерности, химической активности без изменения природы растворяемого вещества и высокой диэлектрической проницаемости – удовлетворяет только вода, поэтому аммиачная, фтористоводородная и прочие формы жизни невероятны. По некоторым оценкам, 90% своей истории органические формы жизни на планете формировались и существовали в воде и только последние 400 млн. лет стали осваивать сушу поэтому все типы животных сформировались в докембрии (т.е. в гидросфере), после выхода жизни на сушу в фанерозое не сформировалось ни одного нового типа животных.

Вернадский отнёс воду к царству минералов. Она имеет неповторимую, только ей присущую внутреннюю структуру и кристаллическую решётку, сохраняя свои свойства во всех состояниях и проявлениях, Благодаря высокой способности смачивания и поверхностного натяжения вода, наперекор силе тяжести, поднимается по тонким порам – капиллярам на 12м и обеспечивает растения почвенной влагой. Капиллярная вода отличается от обычной: в 15 раз большей вязкостью, максимальную плотность она приобретает при 10ºС и даже при -30ºС не замерзает.

Вода благодаря силам выталкивания поднимает тела вверх, делая их легче. Растения бы не могли расти без этой способности воды. Если бы вода не обладала уникальной способностью уменьшать свою плотность при льдообразовании (с 4 до 0ºС) за счёт увеличения объёма, то образовывающийся в водоёмах лёд осел бы на дно и вся гидросфера Земли очень быстро превратилась бы в сплошной лёд, что повлекло бы к катастрофе и необратимым изменениям на Земле. Очередное аномальное качество воды – понижение точки замерзания её при увеличении давления – не позволяет промерзать земной оболочке на сотни метров больше возможного при одинаковых внешних условиях (температуре и снежном покрове на поверхности). Вода расслаивается по плотности подо льдом так, что зимой в пресных водоёмах с глубиной становится теплее. Придонные, как правило, неподвижные слои воды передают тепло вышерасположенным и, а через них – ледяному слою исключительно путём молекулярной теплопроводности. Которая у воды в 4 раза меньше, чем у льда. Поэтому толща воды – это огромное термическое сопротивление. Ни естественной, ни вынужденной конвекции в такой толще воды нет, следовательно, нет и конвективной, разорительной для водных потоков Севера теплопередачи. Реки Крайнего Севера с сильным течением промерзают до глубины 5м, что вряд ли обусловлено жёсткими морозами. Вода в них не в состоянии расслоиться по температурам и плотностям. Вынужденная конвекция турбулентного движения вынуждает всю толщу воды соприкасаться с воздухом и отдавать тепло так интенсивно, как не отдаёт ни одна плавно текущая река, не говоря про озёра – на Оймяконском полюсе холода они промерзают на глубину не свыше 2м.

По скрытой теплоте испарения воде нет равных. Поэтому межсезонье (осень с весной) умеренных широт – это и время перестройки водной структуры. Для этого весной требуется много тепла и времени, т.к. приток тепла нарастает медленно, а снежные запасы на земной поверхности ещё велики. Осенью выделяемая скрытая теплота замерзания воды тормозит процесс наступления зимы. Редкое свойство служить резервуаром двуокиси углерода – инструмент поддерживания жизни планеты. Из-за возможности абсорбировать двуокись углерода увеличивается её способность растворять твёрдые вещества. Поэтому вода объединяет жизнь континентов и морских глубин во взаимозависимое единство. Оно выражено и в циркулировании воды в природе, одним из уникальных проявлений которого является способность воды избавляться от растворённых солей. Таким способом вода частично «утилизирует» загрязнения от хозяйственной деятельности человека.

Вода — это хранитель информации и при образовании особых условий будет выдавать соответствующую информацию. Как кровь разносит информацию по органам, так и вода, природным круговоротом через испарения и осадки проникает и охватывает мир информационными узами. И каждая частичка её структуры несёт информацию о себе самой, как фотография и о соседних частичках, как голограмма. Вода, стало быть, информационная базис биологической жизни Мироздания. Вязкость любых жидкостей с ростом давления растёт, а у воды наоборот, что обеспечивает её значительную подвижность в подземных глубинах планеты с огромным давлением. Водную молекулу весьма трудно разрушить и вода существует в обстановке разнообразных и мощных воздействий, даже в космосе и в недрах нашей планеты. Свойства воды изменяются до неузнаваемости с попаданием в дисперсные среды, когда она оказывается соединённой с другими веществами или рассредоточенной в маленьких объёмах. Её уникальные свойства становятся аномальными, отнюдь не все они изучены, и даже не обнаружены.