Исключительно большим поверхностным натяжением воды объясняется ее ещё одна замечательная особенностью — течь вверх. Это происходит всегда и повсеместно. Поднимаясь вверх в почве, вода смачивает всю толщу земли от уровня фунтовых вод. Поднимаясь вверх по капиллярным сосудам дерева, помогает растению доставлять растворённые питательные вещества на большую высоту — от глубоко скрытых в земле кор-| к'И к листьям й плодам. Вода сама движется вверх по ткани полотенца при вытирании им. В очень тонких трубочках — в капиллярах — вода может подняться на высоту нескольких метров. Молекулы воды на её поверхности испытывают действие сил межмолекулярного притяжения только с одной стороны, а у воды это взаимодействие аномально велико. Поэтому каждая молекула на её поверхности втягивается внутрь жидкости. В результате возникает сила, стягивающая поверхность жидкости. У воды она особенно велика. Эта сила и придаёт мыльному пузырю, падающей капле и любому количеству жидкости в условиях невесомости форму шара. Она поддерживает бегающих по поверхности пруда жучков, лапки которых водой не омачиваются. Она поднимает воду в почве и деревьях, стенки тонких пори отверстий которых наоборот, смачиваются водой великолепно. Вряд ли вообще возможно было бы Земледелие, если бы вода не обладала этой исключительной особенностью.
Аномалия теплоемкости. Среди существующих в природе жидкостей вода обладает наибольшей теплоемкостью. Это ее качество оказывает существенное влияние на климат. Основным терморегулятором климата являются воды океанов и морей: накапливая тепло летом, они отдают его зимой. Отсутствие водоемов на местности обычно приводит к образованию резко континентального климата. Благодаря влиянию океанов на значительной части земного шара обеспечивается перевес осадков на суше над испарением, и организмы растений и животных получают нужное им для жизни количество воды. Тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоёмкостью, имеет большое значение в жизни природы. По этой причине в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету также медленно нагревается, являясь, таким образом, регулятором температуры на земном шаре. Вода — лучший теплоноситель. Ничто не может сравниться с ней. Ничто не может лучше работать в паровых турбинах электростанций, в цилиндрах паровых двигателей. Вода — гигантский двигатель и в природе. Нет ни одного вещества, у которого скрытая теплота испарения была бы больше, чем у воды. Каждый грамм водяного пара уносит с собой 537 калорий энергии. На большой высоте, где давление мало, воздух расширяется, его температура сильно понижается, и водяной пар конденсируется, снова превращаясь в воду, её мельчайшие капельки образуют облака.
Энергия Солнца, поднятая с водяным паром наверх, неминуемо должна выделиться обратно, когда он превращается в облака. Эта энергия переходит в тепловую, нагревая воздух. Каждую минуту водяной пар отдаёт атмосфере Земли необычайно огромное количество энергии. Это та энергия, за счёт которой дуют ветры, возникают бури, рождаются ураганы и штормы. Нагретая Солнцем под экватором, вода переносит тепло в Мировом океане гигантскими потоками морских течений в далёкие полярные области, где жизнь возможна только благодаря этой удивительной особенности воды.
Аномальное состояние льда
При температуре ниже 0 "С вода превращается в твердое состояние — лед, обладающий также необычайными свойствами. Он твёрдый, но течёт как жидкость, и существуют огромные ледяные реки, медленно текущие с высоких гор. Лёд изменчив, он непрерывно исчезает и образуется вновь. Лёд необычайно прочен и долговечен — десятки тысячелетий хранит он в себе тела мамонтов, случайно погибших в ледяных трещинах. Льдом покрыты целые материки на Земле.
Теплоемкость и теплота плавления льда уменьшаются с температурой, теплопроводность же почти не зависит от температуры. Когда толщина льда на поверхности водоема достигает 15 см, он становится надежным теплоизолятором между водой и воздухом. Морская вода замерзает при температуре -1,91 °С. При дальнейшем понижении температуры до —8,2 °С начинается оседание сернокислого натрия, и только при температуре —23 "С из раствора выпадает хлористый натрий. Так как часть рассола при кристаллизации уходит изо льда, соленость его становится меньше солености морской воды. Многолетний морской лед настолько опресняется, что из него можно получать питьевую воду. Теплоемкость морской воды стоит на третьем месте после теплоемкости водорода и жидкого аммиака. Иногда вода замерзает и при плюсовой температуре. За счет влияния белковых молекул температура замерзания воды в почвенных капиллярах может возрасти до | -1,4 "С. При замерзании чистая вода расширяется почти на
Фоба — основа жирш на JCMJU Ш 9
10%. морская — на меньшую величину. Для того, чтобы растопить лед, требуется гораздо больше тепла, чем для плавления такого же количества любого другого вещества. Исключительно большое значение скрытой теплоты плавления — 80 калорий на грамм льда — также аномальное свойство воды. При замерзании воды такое же количество тепла снова выделяется. Когда наступает зима, образуется лёд, выпадает снег и воды отдаёт обратно тепло, подогревая землю и воздух. Они противостоят холоду и смягчают переход к суровой зиме, к жестоким морозам. Именно благодаря ЭТОМУ замечательному свойству воды на нашей планете существуют осень и весна.
Вода — вещество, легко вступающее в химические реакции, поэтому абсолютно чистой воды в природе не существует, вода непременно содержит в своем составе те или иные химические соединения. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода.
Вода может быть также и катализатором. При отсутствии следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции; например, хлор не взаимодействует с металлами, фтороводород не разъедает стекло, натрий не окисляется в атмосфере воздуха.
Ионный состав природных вод
Происходящие в почвах процессы окисления органических веществ вызывают расход кислорода и выделение углекислоты, поэтому при прохождении воды через почву в ней возрастает содержание углекислоты, что приводит к обогащению природных вод карбонатами кальция, магния и железа, с образованием растворимых в воде кислых солей. Бикарбонаты присутствуют почти во всех водах в тех или иных количествах. Большую роль в формировании химического состава воды играют подстилающие почву грунты, с которыми вода вступает в соприкосновение, фильтруясь и растворяя некоторые минералы. Особенно интенсивно обогащают воды осадочные породы, такие, как известняки, доломиты, мергели, гипс, каменная соль и др. В свою очередь почва и породы обладают способностью выделять из природной воды некоторые ионы, замещая их таким же количеством других ионов. Подпочвенными водами легче всего растворяются хлориды и сульфаты натрия и магния, хлорид кальция. Силикатные и алюмосиликатные породы (граниты, кварцевые породы и т. д.) почти нерастворимы в воде. Наиболее распространенными в природных водах являются следующие ионы: ион хлора, сульфат-ион, ион натрия, ион кальция, ион магния, ионы водорода, Ион хлора присутствует почти во всех природных водоемах, причем его содержание меняется в очень широких пределах. Сульфат-ион также широко распространен. Основным источником растворенных в воде сульфатов является гипс. В подземных водах содержание сульфат-иона обычно выше, чем в воде рек и озер. Из ионов щелочных металлов в природных водоемах в наибольших количествах находится ион натрия, который является характерным ионом сильноминерализованных вод морей и океанов. Ионы кальция и магния в маломинерализованных водах занимают первое место. Основным источником ионов кальция является известняки, а магния — доломиты. Лучшая растворимость сульфатов и карбонатов магния позволяет присутствовать ионам магния в природных водах в больших концентрациях, чем ионов кальция. Ионы водорода в природной воде вызваны разложением угольной кислоты. Соединения азота в природной воде представлены ионами аммония, нитритными и нитратными ионами за счет разложения органических веществ животного и растительного происхождения. Ионы аммония, кроме того, попадают в,водоемы со сточными промышленными водами. Соединения железа очень часто встречаются в природных водах, причем переход железа в раствор может происходить под действием кислорода или кислот (угольной, органических). Так например, при окислении широко распространенного в породах пирита получается сернокислое железо, а при действии угольной кислоты — карбонат железа. Соединения кремния в природных водах могут быть в виде кремниевой кислоты. В природных водах присутствуют также и другие катионы. Кроме веществ ионного типа природные воды содержат также газы и органические и грубодиспер-сные взвеси. Наиболее распространенными в природных волах газами являются кислород и углекислый газ. Источником кислорода является углекислота из атмосферы и из глубинных слоев земной коры, получившаяся в результате биохимических процессов. Из органических веществ, попадающих извне — >то гуминовые вещества, вымываемые водой из гумусовых почв (торфяников, сапропелитов и др.). В самих водоемах органические вещества непрерывно поступают в воду в результате отмирания различных водных организмов. При )том часть из них остается взвешенной в воде, а другая опускается на дно, где происходит их распад. Грубодисперсные примеси, вызывающие мутность природных вод, представляют собой вещества минерального и органического происхождения, смываемые с верхнего покрова земли дождями или талыми водами во время весенних паводков.
