Earthjuice

“Воді дана чарівна влада стати соком життя на Землі.” (Леонардо да Вінчі)

Львів 2007

Юний друже, Ти став призером Всеукраїнського інтерактивного природничого конкурсу “КОЛОСОК – 2006” і нагороджений сертифікатом “ЗОЛОТИЙ КОЛОСОК”. Вітаємо Тебе! Нехай ця книжечка нагадує про Твій успіх і про те, що вода – найцінніший та найзагадковіший мінерал на Землі.

ЗВИЧАЙНЕ ДИВО Н

© Біда Д. Д., 2007

ауковці вважають, що життя зародилося у воді, вода – колиска людства. Може, саме тому нас зачаровує морський прибій, ваблять хмари, що пропливають у небі, зворушує ранкова роса на пелюстках троянд? Важко уявити собі бодай один день, прожитий без води. Певно, по-справжньому пізнав ціну цієї “звичайної” речовини той, хто хоча б раз у житті відчував нестерпну спрагу. Не зазнавши страждань від спраги, годі збагнути, як багато важить для людей вода, – сказав англійський поет Байрон. Можливо, йому довелось потерпати від спраги? Важко сказати. А ось дітвора у Кап-Джубі, Сіснеросі, в Порт-Етьєні таких страждань зазнали не раз. Жебраючи, вони просять не монету – з консервною банкою в руках благають: – Дайте води … Можна сказати, що все живе складається з води й органічних речовин. Без води людина не змогла б прожити 6–8 днів, а без живильних речовин вона може обходитись упродовж декількох тижнів. Людська кров за складом основних мікроелементів близька до морської води. Під час блокади Ленінграда розчин морської води, що зберігався в одному з інститутів, використовували як замінник крові. Військові хірурги в умовах

нестачі донорської крові рятували життя поранених, переливаючи їм розбавлену морську воду. Життя завжди прив’язане до води і іноді створює найхимерніші способи її ”добування”. Живий організм здатний сам виробляти воду, розщеплюючи білки, жири та вуглеводи. Така вода називається метаболічною. Є тварини, які використовують тільки метаболічну воду, що утворюється усередині їх власного організму. Проте людям цієї води недостатньо, і ми змушені споживати її додатково. Згідно з рекомендаціями лікарів – не менше 2-х літрів щодня. Вода – синонім молодості. Адже у людському ембріоні 97 % води, у новорожденного – 88 %, а до п’ятидесятирічного ювілею залишається приблизно 60 %. Найбільше води міститься в головному мозку людини – системі, яка керує всім організмом і в якій відбуваються найшвидші реакції. Не забувайте про ранковий чай! До речі, випиваючи чашку чаю, ми поглинаємо 0,0001 г скла. Це тому, що вода – чудовий розчинник. У морській воді міститься близько 70 хімічних елементів. А якби виділити розчинене в океані золото, то кожній людині на Землі дістанеться 3 кг. Якщо ділити порівну. Отож, грецький бог морів Посейдон – вельми заможний дідусь! Культ води існував не тільки у греків. Більшість стародавніх прикмет і обрядів пов’язані з водою. У слов’ян – хрещення після народження, звичай купатися в Чистий четвер, ворожіння водою на Трійцю, купання в ополонці на Богоявлення. На великодній понеділок хлопці обливали дівчат водою, на Пасху шкарлупу від крашанок збирали і кидали у воду, на Івана Купала у воду кидали вінки, щоб вона розказала дівочу долю. У ХХ столітті з’явились нові прикмети: зустріч із жінкою, що несе відра, повні води, – успіх і щастя, і, навпаки, порожні відра, – сподівайся невдачі. Дощ напередодні весілля – довге життя в любові і злагоді. Сніг узимку – затори на дорогах... Вода – не просто джерело життя, вона – саме життя. Вона скрізь: у весняному дощі, у візерунках на зимовому склі, в атомному реакторі, у бризках, якими вас ненароком облила машина, у квітах, що їх дарують близьким людям, вона – в нас самих. Відомий латинський вислів повністю звучить так: «In vino veritas, in aqua sanitas», тобто “Істина в вині, здоров’я – у воді”.

НАЙКОШТОВНIШИЙ МIНЕРАЛ НА ЗЕМЛI Земля – скарбниця багатьох корисних

копалин. Якби мінерали з’ясовували, хто з них найважливіший для людей, ми почули б запеклу суперечку. Щось на зразок такої. Алмаз: Я найтвердіший, я рішучий, я ріжу все! Графіт: А я – твій близький родич, алмазе, не зазнавайся. Я м’який, без мене не було б олівців у школі! Осмій: А я – найважчий! Залізо: Я – колишній мінерал війни, а зараз із мене кують борони до плугів. Уран: Я необхідний у атомній бомбі й на атомній електростанції. Мене шанують та й бояться мене… І все ж, мінерал, найцінніший для людей, можна назвати безпомилково – вода. Не дивуйтесь, вода – справді мінерал. Академік В.І. Вернадський у монографії “Історія мінералів земної кори” присвятив воді багато сторінок – більше, ніж будь-якому іншому мінералу. Саме вода – найбільш вартісна з корисних копалин Землі. Ви не заперечуєте, що найбільш вартісна? Але сумніваєтеся, що – копалина? Згадайте, як за допомогою колодязів і свердловин добувають підземну воду. Воду шукають частіше, ніж будь-який інший мінерал. І не лише в спекотних пустелях і степах. Немає такого району, де б не проводилися пошуки води. Мінерал зі скромною формулою H2O – найнеобхідніший, найважливіший, найкоштовніший на Землі. І найзагадковіший з усіх відомих мінералів, бо природу води вчені ще не розгадали. На перший погляд вода здається дуже простою. Довгий час уважали, що вона складається з атомів. Лише 1766 року Г. Кавендиш (Англія), а згодом 1783 року А. Лавуазьє (Франція) довели, що вода – не простий хімічний елемент, а сполука водню з киснем у певній пропорції. Після цього відкриття хімічний елемент, що позначається символом H, назвали “Гідроген” (Hydrohen – гр. hydro genes), що можна перекласти як “той, що народжує воду”. Подальші дослідження показали, що за простенькою хімічною формулою H2O ховається речовина з унікальною структурою і не менш унікальними властивостями. Понад два століття дослідники намагалися розгадати таємниці води і часто потрапляли в глухий кут. І сьогодні вчені розуміють, що вода – непростий об’єкт для досліджень, її властивості досі не завжди можна передбачити. Однак це не перешкоджає використовувати воду для різноманітних вимірювань.

ЩО МОЖНА ВИМІРЯТИ ВОДОЮ”? Х імічно чиста вода має однакові властиво-

сті, не залежно від того, коли, де і яким способом її добуто: сполученням водню з киснем, перегонкою води з Дніпра або Міссісіпі чи виморожуванням води Льодовитого океану (так іноді добувають воду помори). З огляду на це фізики зробили чисту воду природним стандартом для цілої низки найважливіших фізичних величин і вимірювань.

• Умовний нуль температури за шкалою Цельсія – температура замерзання чистої води при атмосферному тиску.

• Одиниця температури – градус. Сота частина проміжку між температурою кипіння і замерзання чистої води при атмосферному тиску, за шкалою Цельсія.

• Одиниця маси – грам . Маса 1 кубічного сантиметра чистої води при + 4 ⁰С.

• Одиниця кількості теплоти – калорія.

1 калорія – це кількість теплоти, яку необхідно затратити, щоб нагріти 1 г чистої води на 1 ⁰С при незмінному зовнішньому атмосферному тискові величиною в 1 атм.

Незважаючи на те, що воду використовують для вимірювань, а отже, і для встановлення різноманітних законів, сама вона – порушниця законів, які “написані” природою. Спробуймо переконатись у цьому.

залежність і відповідно до неї розмістив у таблиці відомі на той час елементи. Кожному елементові – своя комірка-квартирка. Проте не всі комірки виявилися “заселеними”. Менделєєв був переконаний: мешканці цих квартир конче знайдуться, просто їх іще не відкрито. Великий хімік передбачив існування 21 елемента, які згодом справді були виявлені в земній корі, на Сонці, а деякі – добуті в лабораторії. Періодичний закон допомагає передбачити властивості не лише елементів, але й окремих сполук. Елементи, що мають подібні хімічні властивості, стоять у вертикальних групах один під одним. Зверху вниз, від легших до важчих поступово змінюються властивості елементів даної групи. Так само поступово й закономірно змінюються властивості хімічних сполук, до яких входять елементи однієї і тієї ж групи, в тому числі й гідридів – сполук водню з іншими елементами. Вода – одна з таких водневих сполук, гідрид кисню. Погляньмо на періодичну систему елементів Менделєєва. Оксисен – елемент шостої групи. Нижче, в цій же групі, бачимо сірку, селен, телур, полоній. Будова молекул їх гідридів така сама, як у води, – H2S, H2Se, H2Te, H2Po. Властивості цих гідридів добре вивчені. Температура кипіння, наприклад, рівномірно змінюється від сірки до полонію. Виходячи з цієї закономірності, неважко встановити, що вода, як найлегший гідрид шостої групи періодичної таблиці Менделєєва, повинна б закипати при температурі близько… мінус 80 градусів. Але ж ми добре знаємо, що вода закипає при 100 градусах вище за нуль! Може, це поодинокий випадок, коли вода не підкоряється загальним правилам, яких одностайно дотримуються її сусіди – гідриди шостої групи? Простежимо далі. Відомо, що вода замерзає при нулеві градусів. А згідно з періодичною системою вона повинна б перетворюватись у лід аж при стоградусному морозі! У чому ж річ? Довідаємося згодом. А поки що – повірте: якби вода поводилася “чемно”, як того вимагає періодична система, вона не існувала б на Землі в трьох агрегатних станах – рідкому, твердому й газоподібному. А це означає, що на нашій планеті не було б життя. На щастя, природа наділила воду дивними примхами, або як їх ще називають, чудесними аномаліями.

ПОРУШНИЦЯ ЗАКОНУ 1869

року російський учений Дмитро Іванович Менделєєв відкрив один із основних законів природи і сформулював його так: “Властивості простих тіл, а також форми і властивості сполук елементів перебувають у періодичній залежності від величини атомної ваги елементів”. Простіше кажучи, вчений знайшов

ПРИМХИ, АБО ЧУДЕСНІ АНОМАЛІЇ ВОДИ В

ода – дивовижний природний мінерал, зразки якого не експонуються в жодному геологічному музеї світу. Майже всі властивості води – винятки у природі.

Три стани води

Вода – єдина речовина на Землі, яка при температурах, придатних для життя людей, може перебувати одночасно у трьох агрегатних станах: рідкому, твердому та газоподібному. Ця “простенька” примха води забезпечує кругообіг води у природі. До речі, ти можеш його відтворити вдома! (див. мал. 1)

1

2

3

Мал. 1. Модель кругообігу води 1 – шматки льоду – твердий стан 2 – рідина, яка утворилася з льоду, – рідкий стан 3 – пара, що утворилася з води, - газоподібний стан

Незвичайне замерзання

Більшість речовини при твердненні стискаються. А вода, навпаки, – розширюється. І яку силу при цьому демонструє! Замерзаючи у закритій посудині, вода тисне так, наче на кожен квадратний сантиметр стінок посудини поставили гирю масою 2,5 тонни. Тому не дивно, що в морози вода розриває неглибоко закопані водопровідні труби, наче вони не залізні, а паперові. Не кажучи вже про пляшки, бочки, відра. Замерзаючи в щілинах гірських порід, вода руйнує камінь, спричиняє обвали в горах. Найтвердіші скельні породи поступово розпадаються на дрібні частинки. Зруйновані водою, а потім розпорошені закам’янілі породи повертаються у життєвий цикл, а на полях промерзання поверхневого шару землі з органічними компонентами сприяє утворенню родючого ґрунту.

Ми вдячні природі, що вона наділила воду цією особливістю. Якби вода при замерзанні стискалась – крига була б важчою за воду і потонула б. Озера, річки, моря й океани промерзли б до самого дна. Суцільна крига виморозила б усе живе і не встигала б розтанути за теплі літні місяці. В атмосферу випаровувалось би мало води, не утворювались би хмари, влітку не випадали б дощі, а взимку – сніг. Хмари разом з дощем не переносили б у середні широти тепла з тропічних районів. Полярний холод поступово насувався б на тропіки. Земля перетворилась би на мертву крижану пустелю. То що це – руйнівна властивість замерзаючої води чи рятівний захід природи для збереження життя на планеті? Природа про все подбала. Вона навіть урахувала, що річки, озера та ставки – мілководні, а моря та океани – глибокі.

Дивна залежність густини води від температури

Під час охолодження густина води, так само як інших речовин, збільшується. Але прісна, річкова вода густішає при зниженні температури лише до +3,98 ⁰С, а далі – густина води зменшується, вода стає легшою. Ця “ненормальна” поведінка води багато значить у природі. Восени, коли різко понижується температура повітря, охолоджується і вода в водоймах. Охолодження починається зверху, вода опускається доти, доки температура всього водоймища не понизиться до + 3,98 ⁰С . При такій температурі цілком можливе життя. При подальшому охолодженні густина води зменшується і вона вже не опускається, а залишається на поверхні, охолоджується до нуля і замерзає, перетворюючись у кригу. Плаваючи на поверхні води, крига перекриває доступ холоду в нижні шари, оберігаючи їх від промерзання. Ось який дивний механізм подарувала прісній воді природа, зберігаючи планету від промерзання. Зовсім по-іншому поводиться морська вода. Вона не має, як прісна, температурного порога і, охолоджуючись, весь час опускається, аж доки зверху її скує мороз. Шари води з нульовою і навіть нижчою температурою (морська вода замерзає при температурі –1,9 ⁰С) досягають великих глибин. Навіть у тропіках

води океанів на великих глибинах мають температуру близько нуля градусів. Арктичні холодні води розтікаються по дну Світового океану. Крига в морях і океанах значно товща, ніж у прісних водоймах. Але що таке товщина криги у кілька метрів чи навіть кілька десятків метрів проти кілометрових океанічних глибин? Скувати морські води до самого дна земні морози не здатні навіть на полюсах. Особливості поведінки солоної води дуже важливі для життя в морях і океанах. Так само, як у людському організмі кров розносить кисень, холодна вода, опускаючись на дно, несе кисень із поверхні для глибоководних мешканців морів та океанів. Збагачена киснем холодна арктична вода розтікається по океанічному дну. Там її підігріває земне тепло, і вона піднімається вгору, щедро роздаючи принесений із поверхні кисень. Якби не ця властивість морської води – океан був би мертвий.

Висока питома теплоємність

Вода має надзвичайно високу теплоємність: щоб нагріти певну її кількість на один градус, необхідно затратити більше енергії, ніж при нагріванні переважної більшості інших рідин, – щонайменше вдвоє, якщо порівнювати з простими речовинами. З цією властивістю пов’язана унікальна здатність води зберігати тепло. Вода – єдина речовина (окрім ртуті), для якої залежність питомої теплоємності від температури має мінімум. При нагріванні води від 0 до 37 ⁰С її питома теплоємність, на відміну від “нормальних” рідин, поступово зменшується, а потім знову зростає. Ця аномалія має дуже важливі екологічні наслідки. Відомо, що кров, яка розносить поживні речовини всім органам, на 79 % складається з води. Лімфа – транспортер живильних речовин від кишківника до органів – містить 96 % води. При цьому нормальна температура людського тіла, яке на дві третини складається з води, перебуває в діапазоні температур від 36 ⁰С (зовнішні органи) до 38 ⁰С (внутрішні органи). Температура інших теплокровних ссавців (32–39 ⁰С) теж добре співвідноситься з температурним мінімумом питомої теплоємності води. Навмисно чи ні, але природа “влаштувала” так, щоб саме в цьому діапазоні температур процеси в організмі людини та й інших ссавців були стійкими при найменших затратах енергії. У здорової людини нормальна температура тіла підтримується постійною і в спеку, і в холод. Це тому, що тіло людини майже на 70 % складається з води, теплоємність якої у 5–30 разів більша, ніж в інших речовин. Саме тому вода довго зберігає тепло. Іноді про добру людину кажуть: “Та це ж золота людина!” А що, якби людина насправді складалася з золота, а отже, питома теплоємність тіла була такою ж, як

10

у золота? Тоді від склянки гарячого чаю температура нашого тіла підвищувалась би на 12 ⁰С, а ми відчуваємо себе хворими при підвищенні температури тіла навіть на кілька десятих градуса. Вода нагрівається вп’ятеро повільніше, ніж пісок на пляжі, але у стільки ж разів довше зберігає тепло. Завдяки цьому вода чудово пом’якшує клімат. Весною і влітку вона повільно нагрівається, охолоджуючи повітря, восени – поступово охолоджується, зігріваючи його. Вода переносить значну кількість тепла з тропічних морів у полярні. Англія, Норвегія, Мурманське узбережжя порівняно теплим кліматом зобов’язані тільки цій аномальній властивості води. Без неї клімат Землі був би не такий сприятливий для життя, незрівнянно суворішими були б зими й спекотнішими – літні періоди року. Середня температура вод Світового океану (до глибини 4 000 м) в Південній, більш океанічній півкулі, на 2 ⁰С нижча, ніж у Північній. Тому маса льоду в Південній півкулі у 9 разів більша, ніж у Північній. Товщина льоду на Антарктичному континенті досягає понад 4 км, тут природа “запасла” 76% усього льоду, що є на планеті. Вода – велетенське махове колесо природи й клімату.

Висока питома теплота плавлення льоду

Що означає “висока питома теплота плавлення льоду”? Воду дуже важко заморозити, а лід – розплавити. Щоб розплавити грам заліза, необхідно затратити 70 калорій тепла, грам золота – 16, олова – 14, свинцю – 5. А щоб розплавити грам льоду, потрібно аж 80 калорій тепла. Якби у льоду була менша питома теплота плавлення, скажімо, така ж, яку має олово, золото чи свинець, сніг розтанув би за декілька годин, і катастрофічні повені були б такими ж закономірними, як пори року. Ґрунт не встигав би увібрати достатню кількість вологи на літо. Та й самі пори року поділялись би лише на літо і зиму, бо що то за весна, коли сніг розтає впродовж дня! Замерзаючи, кожен грам води також виділяє 80 калорій теплоти. Тому з настанням зими, коли утворюється крига і випадає сніг, вода віддає тепло, нагріваючи повітря й землю. Відбувається поступовий перехід від теплих весняних днів до тріскучих морозів. Отже, значною мірою завдяки цій чудовій “ненормальності” води у нас бувають осінь і весна. У масштабах усієї планети ця аномальна властивість льоду забезпечує стійкість кліматичних умов на Землі. Саме тому, що велику кількість води важко швидко заморозити, а величезні льодовики тануть дуже повільно, наша планета застрахована від наслідків різких перепадів температур.

11

Найбільша питома теплота пароутворення

Вода володіє чудовою здатністю вбирати тепло. Справді, щоб грам води перетворити на пару за температури сто градусів, потрібно 540 калорій теплоти. Порівняйте: для грама ртуті вистачить 70 калорій, ефіру – 83, бензолу – 94, етилового спирту – 202 і т.д. У процесі конденсації грам пари віддає навколишньому середовищу теж 540 калорій. Якби вода мала таку теплоту паротворення як, наприклад, ефір, то вона випаровувалася б майже в 6 разів швидше. Упродовж денної важкої фізичної праці людина втрачає майже 10 літрів поту, який, випаровуючись, охолоджує організм. А якби основою поту була «ефіроподібна» вода, то під час важкої роботи в організмі людини повинно було б виділитися в 6 разів більше поту, і людині довелося б випити у стільки ж разів більше рідини. Оскільки вода до кожної клітини приноситься з кров’ю, то серцю за той самий час довелося б перепомпувати в 6 разів більше крові. Уявіть, як повинні були би збільшитись розміри серця людини і тварини (і не тільки серця – всіх органів). Якби змінилася хоч одна характеристика води – світ став би зовсім іншим. Вода повільно нагрівається, але й, віддаючи тепло, повільно охолоджується. Завдяки цьому вона бере участь у розподілі тепла на Землі й пом’якшенні клімату. У тропіках життя не гине від спеки, а в полярних районах – від холоду. Якби вода не мала теплових аномалій, то в середніх широтах удень вона б закипала, а вночі – замерзала. Під час випаровування вода поступово охолоджується, бо молекули води, що покидають своє водне середовище, забирають зі собою дещицю тепла. Якби цього не відбувалось, то щосекунди з квадратного сантиметра водної поверхні випаровувалось би аж 253 міліграми води! Вам це здається дрібницею? Насправді це було б катастрофою! Озера і деякі моря висохли б за лічені дні, а випаровування океану було б справою декількох тижнів. Насправді ж моря в тропіках випаровуються два метри за рік, а в помірному кліматі – лише півметра. Не лякайтесь, моря й океани не зникнуть з поверхні Землі, адже рівень води у морях зростає за рахунок атмосферних опадів.

Найсильніший розчинник

Досить глянути на таблицю хімічного складу морської води, щоб переконатись у тому, що вода – прекрасний розчинник. Майже 70 елементів таблиці Менделєєва можна виявити у морській воді. А деякі вчені вважають, що у воді є всі без винятку елементи, поширені на Землі.

12

З водою коріння рослин вбирають розчинені в ній поживні речовини, вона є основою рослинних соків, що розносять ці речовини по корінню і гілках рослин. Нарешті, вода – основна частина тваринних організмів. Завдяки чудовій властивості води – розчиняти – у великий кругообіг живої природи втягуються і тверді речовини. Вода, у якій розчинились часточки твердих речовин, – живильне середовище і постачальник мікроелементів, необхідних для життя рослин, тварин і людини. Якщо воді дати достатньо часу, вона може розчинити практично будь-яку тверду речовину. Саме через цю унікальну властивість води нікому досі не вдалось отримати хімічно чисту воду – вона завжди містить розчинений матеріал посудини. Вода необхідна для всіх важливих систем життєзабезпечення людини.

Бездоганно чистий

Лід майже завжди хімічно чистий, він практично не містить домішок, які під час замерзання залишаються у воді. Саме тому сніжинки завжди білі, а лід на поверхні брудної калюжі практично прозорий. Відверто кажучи, усі кристали під час росту намагаються створити ідеальну кристалічну решітку і витіснити сторонні домішки. Але в масштабах планети ця чудова властивість саме льоду відіграє роль гігантського очищувального процесу – вода на Землі постійно очищує сама себе! Знаючи фізичні властивості води і льоду, людина давно використовує їх у практичній діяльності. Наприклад, інколи “голі” (без ізоляції) електричні провідники прокладають безпосередньо в льоді. Це пов’язано з тим, що сухий лід і сніг є дуже поганими провідниками електричного струму. Різноманітні домішки можуть значно вплинути на електричну провідність води, але практично не змінюють провідності льоду. Електропровідність прісної води може бути у 1000 разів менша, ніж морської, бо у воді морів і океанів розчинено більше солей, ніж у річковій.

„Шкірка” на поверхні води

Молекули на поверхні води намагаються втягнутися в середину рідини. Це явище, характерне для всіх рідин, отримало назву поверхневого натягу рідини. “Шкірку” на поверхні мають усі рідини, але у води вона особливо міцна. Серед існуючих у природі рідин при кімнатній температурі тільки ртуть має більший поверхневий натяг, ніж вода. Поверхневим натягом пояснюється сильна змочувальна дія води (здатність “прилипати” до поверхні багатьох твердих тіл). З цією властивістю води ми стикаємось, коли вмиваємось або перемо білизну. Холодна і гаряча вода мають різну

13

здатність до змочування. Холодна вода не змиває жиру з качачого пір’я, не змиває вона його і з білизни. Руки, забруднені машинним маслом або жиром, у холодній воді не відмиваються. А от пісок і глина, на відміну від жиру, відмиваються добре. Це тому, що ці частинки добре змочуються водою: вода їх обволікує, здіймає з насиджених місць – далі справа лише за виполіскуванням. Народна приказка говорить: “Бруд – не сало: потер – відстало”. Але можна дуже довго полоскати білизну у холодній воді, терти її, викручувати – жир і бруд не відстануть від тканини. У казці П.П.Єршова “Горбоконик” ”варену”, тобто дуже гарячу воду, пропонували цареві як молодильну. Ну, омолоджування – справа казкова, а як щодо прання? Виконайте дослід. Поставте впритул одну до одної дві однакові склянки, одну з них наповніть холодною, другу – гарячою водою. Вузьку смужку матерії зігніть навпіл і посадіть верхи на краї склянок, що дотикаються. Смужка тканини у гарячій воді потоне набагато швидше, ніж у холодній. Це тому, що гаряча вода краще змочує тканину і швидше проникає у неї. Люди вже давно здогадалися: краще митись і прати у гарячій воді. Щоправда, білизну можна прокип’ятити, але ж розумна людина в окріп не полізе, як це зробив Іван-Дурник. Щоб поліпшити змочувальні властивості води, здавна використовували різні способи: особливі сорти глини, настої з коріння і плодів рослин. Корисним винаходом виявилось мило: вода з милом змочує набагато краще, вона “пролізає” під частинки жиру, обволікаючи їх. У XX столітті винайшли пральні порошки, пасти, рідини, що виготовляються з нафтопродуктів. Скорочено їх називають СМЗ – синтетичні мийні засоби. Щоб перевірити їх змочувальну дію, проведіть дослід із двома склянками, але до другої склянки налийте теж холодну воду і додайте декілька краплин СМЗ.

14

Інший прояв поверхневого натягу вам також добре відомий. Опустіть листок промокального паперу в чорнило. Чорнило поволі поповзе вгору, розпливеться, розгалузиться. Як йому вдається подолати дію сили тяжіння? Щоб зрозуміти, у чому річ, придивіться до поверхні води, налитої в чисту склянку. Біля стінок склянки поверхня води загинається вгору. Здається, що вода хоче повзти по стінках склянки вгору. Але не може. Їй удається піднятися лише трошечки, зробити маленький крок. І раз цей крок зроблено, значить існує сила, яка тягне воду вгору. Тільки ця сила мала, а води у склянці багато. А якби склянка була вужча? Якщо скористатись вузькою (капілярною) трубкою, то рівень води у ній буде вищий, ніж у склянці приблизно на два міліметри, а це вже немало! Чи є такі трубочкикапіляри у промокальному папері? Так, є. Це крихітні проміжки між окремими волокнами паперу. Здатність рідин підніматись по тоненьких, як волосок, трубочках-капілярах називається волосністю або капілярністю від латинського слова “капілярис” – волосяний.

Висока критична температура

Вода має високу критичну температуру – 374 ⁰С. Що це означає? Ми знаємо: якщо воду нагріти до кипіння, вона почне інтенсивно перетворюватись на пару. Коли ж пару стиснути, вона знову стає рідиною. Але чи завжди можливі такі перетворення? Виявляється, ні. Якщо воду нагріти до 374 ⁰С, вона вже ніколи не повернеться у рідкий стан стисканням. Уявіть собі, якби критична температура води була нижчою! Тоді на нашій планеті запасів цієї живильної рідини було б значно менше. А так вода є навіть глибоко в Землі, де панують високі температури.

Інші „фокуси” води

За певних обставин (відсутність центрів кристалізації, повна нерухомість) воду можна охолодити до -70 ⁰С і вона не замерзає. Але якщо тільки порушуються ці умови, температура води миттєво підвищується до 0 ⁰С і вона перетво-

15

рюється в лід. При таких самих ідеальних умовах воду можна нагріти до 150 ⁰С і вона не закипить. Але й у цьому випадку досить однієї бульбашки повітря, щоб температура води понизилась до 100 ⁰С і вона миттєво закипіла.

Якщо тиск більший за атмосферний

Ми розповіли про дивну залежність густини води від температури за нормального атмосферного тиску. При зростанні тиску вода продовжує капризувати. Наприклад, при збільшенні тиску до 2 200 атмосфер температура замерзання води не збільшується, як у більшості рідин, а зменшується: при тиску 500 атмосфер вода замерзає при - 4 ⁰С, а при 2200 атмосфер при -22 ⁰С. Ця аномалія рятує життя багатьом істотам морських глибин.У водах Північного льодовитого океану, наприклад, на глибині 4 290 м (430 атм), вода не замерзає при -3 ⁰С. В океанічних котлованах навколо Антарктиди природа передбачила охолодження без замерзання до температур -5 ⁰С.

Звичайної води не буває

Кожен знає, що вода – це сполука атомів Гідрогену і Оксигену. Про складові молекули води відомо багато, але далеко не все. Хіміки відносять Гідроген одночасно до двох груп: 7-ї і 1-ї, враховуючи його схожість і з галогенами, і з лужними металами. У природі виявлено три ізотопи Гідрогену: протій 1Н, дейтерій 2Н (позначається символом D), тритій 3Н (позначається символом T) і три ізотопи Оксигену: 16О, 17О, 18О. У прискорювачах і реакторах фізики зуміли створити ще п’ять ізотопів Оксигену і працюють над створенням двох ізотопів Гідрогену, теоретично вже передбачених. То що ж таке звичайна вода? Такої води немає. Вона вся незвичайна. Її склад весь час змінюється і залежить від історії води – від того, що з нею відбувалось у нескінченному різноманітті круговороту в природі. Випаровуючись, вода збагачується протієм, тому дощова вода відрізняється від води в озері. Вода річок не подібна на морську воду. У закритих озерах вода містить більше дейтерію, ніж вода гірських струмків. Кожне джерело має свій ізотопний склад води. Коли взимку замерзає вода в озері, ви, ковзаючись на ковзанах, навіть не здогадуєтесь, що ізотопний склад льоду змінився: зменшилась кількість важкого ізотопу Гідрогену, але збільшилась – важкого ізотопу Оксигену. Вода, що утворилась під час танення льоду, відрізняється від тієї, з якої утворився лід. Навіть сніг, який випав у різні дні, відрізняється за ізотопним складом. Ця відмінність дуже незначна – лише 1–2 г на тонну. Однак важко сказати – мало це чи багато. Якщо підрахувати всі можливі комбінації з’єднання ізотопів Оксигену і Гідрогену згідно з загальновідомою формулою води, то результат виявиться несподіваним: у світі може існувати 105 видів води!

Що таке легка вода?

Це саме та вода, формулу якої знають усі школярі – 1Н216О. Але такої води у природі немає. Поки що вона є у декількох найбільших лабораторіях світу, де вивчають властивості ізотопних з’єднань.

16

Що таке важка вода?

І такої води в природі не існує. В науці і ядерній техніці умовно називають важкою водою ту, до складу якої входить лише дейтерій і зовсім немає звичайного легкого ізотопу Гідрогену. У багатьох країнах світу працюють велетенські заводи, які переробляють мільйони тонн води, щоб добути з неї дейтерій і отримати у чистому вигляді важку воду.

У чому різниця між природною і важкою водою?

Відповідь на це запитання залежить від того, кого ви запитаєте. Якщо вам показати три склянки зі звичайною, легкою і важкою водою, ви переконаєтесь, що в усіх трьох посудинах просто чиста вода, однакового смак і без запаху. Хімік на це запитання відповість так само: між ними майже немає різниці, у всіх посудинах однаковий хімічний склад рідин. Це – вода. Фізик не згодиться. Він вкаже на відмінність фізичних властивостей: різні температури кипіння, замерзання, різні густини. Біолог виявиться у найважчій ситуації. Донедавна вважалось, що у важкій воді живі істоти не можуть жити. Проте виявилось, що якщо дуже повільно, обережно і поступово заміняти протій у воді, де живуть мікроорганізми, на дейтерій, то їх можна привчити до важкої води, вони в ній непогано почуватимуться, а звичайна вода для них буде шкідливою.

Навіщо потрібна важка вода?

З літра природної води можна добути більше енергії, ніж зі 4 кг високоякісного вугілля. Це здається фантастикою, але насправді може бути здійснено. Спочатку треба відділити важку воду від природної, і цю задачу науковці вже розв’язали. А далі – змусити провзаємодіяти між собою ядра важкого ізотопу Гідрогену. Така реакція називається термоядерною і розпочинається при температурі триста мільйонів градусів. Якщо ж реакція відбувається між дейтерієм і тритієм, для її протікання достатньо сорока мільйонів градусів. Фізики вже здійснили таку реакцію у вигляді термоядерного вибуху, де високі температури досягаються з допомогою атомного вибуху. Проте людям потрібна керована термоядерна реакція – джерело енергії для промисловості, для транспорту, інших потреб. Ми не сумніваємось, що цю задачу буде розв’язано науковцями. Енергії, яка прихована у воді, людству вистачить на мільярди років. Звичайно, якщо темпи споживання енергії у майбутньому не зростатимуть.

17

ЧОМУ ВОДА КАПРИЗУЄ, АБО ЯК ПОЯСНЮЮТЬСЯ АНОМАЛІЇ ВОДИ? Найменша трьохатомна молекула

Д

ивні, але життєво необхідні властивості води, можна було б перелічувати й далі. Майже всі вони пояснюються будовою молекули води – особливою молекулою у природі. Що ж виняткового в будові молекули води? Перш за все, молекула води – найменша серед усіх подібних трьохатомних молекул – H2S, H2Se, H2Te, H2Po і т. ін. Вказані молекули при звичайних умовах утворюють гази, а молекули води – рідину. Чому? Розгляньмо, яка ж вона – найменша серед усіх трьохатомних молекул.

Водяний пакетик – тетраедр

Молекула води складається з двох атомів Гідрогену і одного атома Оксигену. Вона має симетричну V-подібну форму: два невеличких атоми Гідрогену розташовані у ній по другу сторону від атома Оксигену (мал. 2). Три ядра в молекулі утворюють рівнобедрений трикутник, в основі якого ядра атомів Гідрогену, а у вершині – Оксиген. Електрони рухаються так, що утворюють чотири полюси електричних зарядів: два позитивні й два негативні. Розміщені вони у вершинах тетраедра, центр якого збігається з центром атома Оксигену (мал 3). Тетраедр легко уявити, адже ви часто бачите його вдома чи в магазині: в паперових пакетикахтетраедрах продають кетчуп, молоко, кефір. Кут H-O-H може змінюватися. Така будова докорінно відрізняє молекулу води від подібних до неї за формулою молекул водневої гру-

18

пи, наприклад, лінійної молекули H2Вe, у якої всі атоми розташовані ланцюжком. Саме це незвичне розташування атомів у молекулі води призводить до її незвичайних властивостей, адже молекула води має внутрішні “запаси простору” – порожнини й дірки. При певній упаковці молекул ці порожнини то збільшуються, то зменшуються. Це й призводить до змін об’ємної щільності води. Наприклад, збільшення густини води в інтервалі температур 0 – 4 ⁰С пояснюється збільшенням сторони тетраедра при збільшенні температури. При цьому усередині тетраедра може поміститися ще одна молекула! Зрозуміло, що упаковка молекул стає щільнішою, а отже, густина води у цьому інтервалі температур зростає.

Чудеса в краплині води

Коли ви почуєте, що хтось назвав воду рідким кристалом, – не дивуйтесь і не поспішайте заперечувати, бо в цьому є частка правди. От якби ми могли заглянути в краплину звичайної води! Ми побачили б там цікавий, несподіваний світ. Передусім звернули б увагу на те, що молекули води люблять товариство – групуються по декілька штук, по кілька десятків, а то й понад сотню, утворюючи своєрідні групи, що нагадують бджолині рої. Учені називають ці групи молекул кластерами. Поруч із кластерами гордо плавають і поодинокі молекули. Одні кластери, проіснувавши десятимільярдну частку секунди, розпадаються, інші – народжуються. За сучасними даними, при кімнатній температурі кластер об’єднує 3 – 6 молекул води. А це значить, що формула води не просто H2O, а щось середнє між H6O3 та H12O6. Вода – це складна рідина, “побудована” з груп, що повторюються. До складу цих груп входить від трьох до шести поодиноких молекул води. Саме тому вода має аномальне значення температури замерзання й кипіння. Якби при випаровуванні вода залишалася у вигляді H6O3 , H12O6 , H12O6, водяна пара була б набагато важча за повітря. У цьому випадку поверхня всієї Землі вкрилась би вічним шаром туману. Уявити собі життя на такій планеті неможливо. Людям пощастило: кластери води при випаровуванні розпадаються і вода перетворюється на простий газ із хімічною формулою H2O. Щоправда, водяна пара у невеликій кількості містить групи, що складаються з двох зв’язаних молекул. Густина водяної пари менша за густину повітря, тому вода насичує своїми молекулами атмосферу, створюючи комфортні для людини погодні умови.

Маленький силач

Хто ж так мудро керує молекулами? Яким силам вони підкоряються? Молекули води розміщені не безладно, а в певному порядку. Атом Гідрогену при цьому відіграє “цементуючу роль”: він з’єднаний з атомом Оксигену своєї молекули, а крім того, підтримує зв’язок з атомом Оксигену сусідньої, “чужої” молекули. Розміри атома Гідрогену маленькі – у нього лише один електрон. Тому сусідня молекула може підійти близько до атома Гідрогену, не зазнаючи сильного відштовхування. Молекули води, хоча слабо, але тримаються одна одної. Завдяки цьому вони добре впорядковані і це робить воду схожою на тверде тіло. Водневі зв’язки води приблизно вдесятеро сильніші, ніж молекулярні зв’язки багатьох інших рідин. Тому для нагрівання й випаровування води потрібно затратити значно більше

19

енергії, ніж для інших рідин. Цим і пояснюється висока температура кипіння, замерзання води, теплота плавлення й випаровування, питома теплоємність води. З підвищенням температури водневі зв’язки розриваються, однак певна кількість їх зберігається навіть при 100 ⁰С. Водневими зв’язками вчені пояснюють і незвичайну силу зчеплення води, яка проявляється у її поверхневому натягу, а також у здатності прилипати до різних речовин – змочувати їх. На Землі немає більше речовин, які перебували б у рідкому стані при температурах існування людини і при цьому утворювали газ, легший за повітря, здатний повертатися до її поверхні у вигляді опадів.

ТАЛА ВОДА – ЖИВА ВОДА Т

Вода пам’ятає?

ала вода утворюється під час танення льоду і зберігає температуру 0 ⁰С, доки весь лід не розтане. На відміну від звичайної води, у ній є величезна кількість кластерів, які впродовж деякого часу зберігають структуру льоду. Тала вода ніби пам’ятає, що була льодом! Коли лід розтане, температура води зростає, водневі зв’язки в середині кластерів уже не можуть протидіяти тепловим коливанням атома. Змінюються розміри кластерів, а разом з ними – і властивості талої води. Впродовж доби біологічна активність талої води спадає, вона поступово “забуває” своє крижане минуле.

Як приготувати талу воду

Дослід 1. Приготування талої води шляхом заморожування. Можна приготувати талу воду в домашніх умовах. Влітку – в морозильній камері холодильника, взимку – на балконі. Для цього треба взяти алюмінієві каструлі об’ємом 3 л, наповнити їх водою з-під крана або з криниці і закип’ятити. Потім виставити на мороз (в камеру холодильника, попередньо вистудивши її). В першу чергу вода починає замерзати біля стінок каструлі, виштовхуючи всі домішки до середини. Коли товщина крижаного кільця досягне приблизно чверті діаметра каструлі, відразу ж вийміть це кільце, вилийте весь іще не замерзлий росіл, відколіть з допомогою ножика або розтопіть гарячим струменем дно кільця, і у вас у руках виявиться справжнісінький кристал, подібний на великий плоский бублик. Цей кристал покладіть у велику каструлю, накрийте покришкою і розтопіть на повільному вогні або залиште на ніч – він сам розтане. Талу, дуже м’яку воду використовуйте не лише для миття, але й для приготування їжі. Здавна відомо, що тала вода регулює вміст холестерину в крові і в печінці, сприяє розчиненню каменів у нирках і сечовому міхурі, швидко загоює рани, встановлює нормальний кров’яний тиск, нормалізує сон. Тала вода – дуже корисна і благотворна. Але ви скажете – як клопітно її добувати! Дослід 2. Приготування “талої“ води для лінивих. Воду з-під крану можна пом’якшити, додавши в посудину до неї чайну ложку питної соди або нашатирного спирту. Вода стане м’якою, очиститься. Для полоскання волосся жінки люблять пом’якшувати воду оцтом або настоєм ромашки.

ТАЄМНИЦЯ МОЛЕКУЛИ ВОДИ І ЄГИПЕТСЬКИХ ПІРАМІД

Біологічна активність талої води

Люди здавна знайомі з дивовижною силою талої води. Поблизу танучих струмків рослинність альпійських лук завжди розкішніша, на краю танучого льоду в арктичних морях процвітає життя. Поливання талою водою збільшує врожайність сільськогосподарських культур, прискорює проростання насіння. Вживання талої води призводить до збільшення ваги тварин, прискорює розвиток курчат. Відомо, як жадібно весною тварини п’ють талу воду, а птахи – просто-таки купаються в перших калюжах снігу, що починає злегка танути. Тала вода, на відміну від звичайної, дуже подібна на рідину, що міститься в клітинах рослин і живих організмів. Саме тому людині більше підходить “льодяна” структура талої води, молекули якої об’єднані в ажурні кластери. Ця унікальна властивість талої води сприяє її легкому засвоєнню, вона біологічно активна. Ось чому так корисно вживати овочі і фрукти – вони постачають в організм воду з аналогічною структурою.

20

В

Секрет гармонії і краси

ін сконструював перший парашут, винайшов підводний човен, водолазний скафандр, ласти. За 220 років до Ньютона сформулював закон, який ми сьогодні називаємо законом інерції, створив теорію будівництва арок, сконструював пристрій для вимірювання сили вітру – анемометр, друкарський верстат з автоматичною подачею паперу, першим дослідив і описав клапан правого шлунка серця,

21

по скам’янілих рештках тварин установив, що гори Італії колись були морським дном ... А в кінці життя запитував себе: “Скажи, чи ти зробив хоча би щось хоча б коли-небудь?” Так запитував себе Леонардо да Вінчі. А в переліку його доробків ще не згадано про геніальні полотна і понад сім тисяч сторінок рукописів. Вивчаючи принципи гармонії людського тіла й архітектурних споруд, Леонардо вперше назвав відоме з давніх часів співвідношення пропорцій предметів, яке робить їх гармонійними і приємними для ока, математичним терміном – “золота пропорція” або “золотий переріз”. Поняття золотого перерізу виникає при розв’язку шкільної геометричної задачі. На відрізку АВ треба знайти таку точку С, щоб виникало співвідношення: АС : CB = AB : AC Розв’язком задачі є відношення АС : ВC = AB : AC = 1, 618, яке називають золотим, а процес поділу відрізка у такому відношенні – золотим перерізом. Якщо прийняти довжину відрізка за одиницю, то АС = 0,618033…, і СВ = 0,381966…. Або наближено АС : CD = 62:38. Гармонійно виглядає людина, в якій можна знайти пропорції золотого перерізу а : b = c : d (мал. 4).

Розгляньте мал. 5. Зліва – спіраль, у якій простежується гармонійне поєднання відрізків ОА : ОВ = ОВ:ОС = ОС : ОД тощо. Справа – спіралеподібна раковина древнього молюска, побудована відповідно до золотого перерізу. Придивіться уважно до придорожньої трави – цикорію (мал. 6) – і ви теж знайдете золоту пропорцію.

А

С

B

Мал. 6. Цикорій

11

4

3

18

a c d

b

Мал. 7. Ящірка живородяча b

a

Мал. 8. Яйце пташки

У ящірці з першого погляду вловлюється приємні для нашого ока пропорції (мал. 7)– довжина її хвоста відноситься до довжини решти тіла як 62 до 38. Золота пропорція простежується і в геометрії пташиного яйця (мал. 8).

Священні числа єгиптян

Мал. 4. Золоті пропорції в тілі людини Найчастіше під золотим перерізом розуміють гармонійне відношення висоти до ширини або відношення послідовних відрізків, розташованих на одній прямій. Споруди, в якій відношення висоти до ширини або відношення між висотами окремих поверхів вкладається в золотий ряд, виглядають гармонійно. Природа часто “будує” спіралі відповідно до золотого перерізу: листки на деревах закручуються гвинтоподібно, спіраль можна побачити в розташуванні зернят соняшника, у шишках сосни, ананасах, кактусах. Павук плете павутину спіраллю, спіраллю закручується вихор, а молекула ДНК утворює подвійну спіраль.

22

Стародавні єгиптяни використовували геометрію і для розмітки полів, і для створення архітектурних шедеврів. Найпопулярнішою теоремою єгиптян можна вважати теорему про прямокутний трикутник зі сторонами, що відносяться як 3 : 4 : 5. Числа 3, 4, 5 єгиптяни вважали священними. І не тільки тому, що в сумі вони дають число 12 – найсвященніше число всіх часів і народів. Ці числа і кут 53⁰08’ були стандартами Стародавнього Єгипту під час проектування різноманітних споруд, пірамід, під час розмічування полів. Кожний, хто знайомий з теоремою Піфагора, легко розгадає єгипетський трикутник: З2 + 42 = 52 або 9 + 16 = 25. Єгипетський трикутник (мал. 9) – унікальний. Спробуйте підібрати послідовний ряд з інших трьох цілих чисел так,

23

щоб вони утворювали прямокутний трикутник. Марна справа – вам не вдасться! Хто ж придумав цей геометричний шедевр – людина чи природа? А ще єгипетський трикутник пов’язаний з золотим перерізом. І молекулою води. Але як? І чи знали про це єгиптяни? Щоб це зрозуміти, доведеться поринути в числа.

Золотий ряд Фібоначі

Хоч термін “золотий переріз” запровадив у XV ст. Леонардо да Вінчі, проте золотий переріз був відомий ще у 1202 році. Вперше про нього написав у “Книзі про лічбу” італійський математик Леонардо Пізанський, на прізвисько Фібоначі. А ще за дві тисячі років раніше про золотий переріз знали Піфагор і його учні. Щоправда, називали вони його “ділення у середньому і крайньому відношенні”. А про єгипетський трикутник і зв’язок із золотим перерізом знали ще в ті далекі часи, коли в Єгипті будували піраміди. Розпочнімо з простого: 3 + 5 = 8, число 4 – половина від 8. Числа 3, 5, 8… нагадують щось знайоме! Вони пов’язаны з золотим перерізом і утворюють відомий у математиці “золотий ряд” Фібоначі: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89… У цьому ряді кожний наступний член рівний сумі двох попередніх: 1 + 1 = 2, 1 + 2 = 3, 2 + 3 = 5, 3 + 5 = 8 і т.д. У ряді чисел Фібоначі чудесним способом захований золотий переріз. Щоб це зрозуміти, досить узяти калькулятор і порахувати: 8 : 5 1,6000 13 : 8 = 1,6250 21:13 1,6150 34 : 21 1,6191 55 : 34 1,6176 89 : 55 1,6182 144 : 89 1,6180 Не полінуйтесь перевірити властивості ряду Фібоначі, і ви переконаєтеся, що відношення наступного члена цього ряду до порпереднього коливається навколо “золотого числа” 1, 618.

Єгипетський трикутник і золотий переріз

Єгиптяни понад усе цінували геометрію – навіть арифметиці вони навчали своїх дітей з допомогою геометричних фігур. Задачу про знаходження золотого відношення вони розв’язували з допомогою циркуля і лінійки. Спробуйте, ви теж легко упораєтесь з цією задачею. Для цього у точці В поставте перпендикуляр В О = АВ (мал. 10). Точку О з’єднайте з точкою А. На отриманій лінії відкладіть циркулем відрізок ОС = ОВ, а відрізок АС перенесіть циркулем на пряму АВ. Точка К ділить відрізок АВ у відношенні золотої пропорції. Проте на практиці в Єгипті застосовували простіший і дуже близький до золотого перерізу спосіб поділу відрізка АВ (мал.). Якщо для зручності взяти відрізок АВ = 8, то шукана точка Е ділить відрізок АВ у відношенні 5 : 3. У даному випадку АК= 5, ВЕ = 3, АВ : АЕ=8 : 5 1,6, АК : ВК = 5 : 3 1,666. Цим способом єгиптяни виражали закономірності золотого перерізу з допомогою цілих чисел ”єгипетського”

24

прямокутного трикутника зі співвідношенням сторін 3 : 4 : 5, що було дуже зручно на практиці. При поділі відрізка “єгипетським способом” утворювались відношення ОВ : АВ = 1:2, ОВ:ЕФ = 2 : 3, ВЕ : ОВ : ОЕ = 3 : 4 :5 і кути 26⁰34’ і 53⁰08’, які закладалися під час проектних і будівельних робіт у конструкцію пірамід та інших споруд. Рівнобедрений трикутник ОЕФ – переріз піраміди, проведений через середини двох протилежних граней. Така піраміда задовільняла вимоги єгипетського трикутника і була дуже близька до золотого перерізу. Кут 26⁰34’, рівний половині від кута 53⁰08’, використовували в основному під час будівництва похилих галерей, сходів, коридорів. Саме такий нахил має, наприклад, коридор піраміди Хеопса. Якщо єгипетський трикутник “подвоїти” (див. мал. 11), то отримаємо два рівнобедрених трикутники, з яких можна отримати відношення чисел, що входять до золотого ряду: ВС : АД = 4:6 = 2 : 3, ВС : АВ = ВС : ВД = 4 : 5, АС : ВЕ = 3:8. Числа 3 і 8 також з золотого ряду, хоча стоять не посусідству. Виявляється, це не є перешкодою для створення гармонічної пропорції. Навіть більше, саме рівнобедрений трикутник, у якому АС : ВЕ = 3 : 8, на думку деяких дослідників золотого перерізу, у природі дає “чудесну гармонію”.

26° '

A

°08'

,9

B

,0 6

B

A

B

°08'

C

A

°08'

C

E

Чудесна гармонія молекули води

Що спільного між молекулою води і золотою пропорцією? Щоб відповісти на це запитання, розгляньмо відносне розташування атомів Гідрогену та Оксигену. В молекулі води вони утворюють рівнобедрений трикутник, довжина сторін якого і кут між ними змінюється при зміні зовнішніх умов (див. мал. 12, а, б, в).

1 ангстрем (1 Å) = 10 -8 см* Наприклад, у рівноважному газоподібному стані довжина кожної бічної сторони рівна 0,96 Å, точніше – 0,9584 Å. Кут між цими сторонами рівний 104⁰ 27’ , а довжина основи – 1,515Å (мал. 12, а). Лід – це один зі станів води, не забуваймо * А.Й. Ангстрем (Angstrem A.J.), 1814-1874 – швецький фізик та астроном, один із засновників методу спектрального аналізу. Відкрив Гідроген у сонячнвй атмосферы.

25

про нього. Для молекули льоду бічні сторони рівнобедреного трикутника рівні в середньому 0,99 Å, кут між ними – 109⁰30’, а довжина основи – 1,62 Å (мал. 12 г).

0 2-

H+

З

Про що цей закон?

акон Архімеда відомий з античних часів: на тіло, занурене в нерухому рідину або газ, діє виштовхувальна сила, спрямована вгору і рівна вазі рідини в об’ємі зануреної частини тіла. Щоб оцінити значення цього відкриття, розгляньмо приклади прояву і використання закону Архімеда в природі.

109°30'

0 2-

H+

106°16'

0 2-

H+

10 °0 '

0 2-

10 °27'

H+

ПЛАВАННЯ ТІЛ І ЗАКОН АРХІМЕДА

Виникнення морських течій та їх рух

H+

Мал. 12

а

H+

б

H+

в

H+

г

а – газоподібний стан, б – рідина, в – перехід “вода – лід”, г – лід Десь поміж геометричних моделей води і льоду “заховані” єгипетський трикутник і золота пропорція. Розділімо навпіл кут, утворений рівними сторонами трикутників, зображених на малюнку 12 а, б, г. Отримаємо: 104⁰27’ : 2 52⁰13’, 105⁰03’ : 2 52⁰31’, 109,5⁰ : 2 54⁰32’. Кут із єгипетського трикутника – посередині знайдених значень – 53⁰08’ (мал. 12, в). Поблизу переходу “вода – лід”, коли структура води наближається до кристалічної, захована “золота пропорція” молекули води. Можна сказати, що геометрія молекули води утворена двома єгипетськими прямокутними трикутниками зі спільним катетом, кратним 3. Істиним творцем молекули води, а отже, і єгипетського трикутника, є сама природа. Саме вона заклала в молекулу води чарівну гармонію золотої пропорції, якою не володіє жодна інша трьохатомна молекула. Тож недарма стародавні єгиптяни обожнювали числа 3, 4, 5, а трикутник із таким співвідношенням сторін намагались закласти в різноманітні споруди, піраміди, розмітку полів і вважали його священним. Нічого дивного! Адже він “змальований” із молекули води – найважливішої молекули у природі.

26

У південних морях вода солоніша і має більшу густину, ніж вода арктичного басейну. Тому в Арктиці трапляються випадки, коли води теплих течій опускаються під холодні води північних широт. Наприклад, північніше Шпіцбергена тепла південна течія Гольфстрім опускається під холодні води Льодовитого океану. Тепла течія Жаннетти, виходячи з протоки Берінга, проходить під водами Арктики і виринає на поверхню поблизу берегів Північної Америки. Різна солоність води має велике значення для виникнення течій і в південних широтах. У Мармуровому морі вода солоніша і швидше випаровується, ніж у Чорному. Тому у придонних шарах через Босфор вода протікає з Мармурового моря в Чорне, в поверхнева течія має протилежний напрямок.

Прісна вода у відкритому морі

Підземні річки можуть мати вихід і до земної поверхні, і до морського дна. Легша річкова вода в неглибокому морі піднімається до поверхні, майже не змішуючись із солоною водою. Такий вихід прісної води у відкритому морі є поблизу Марокканського побережжя Атлантичного океану (біля м. Агадір) і в затоці Корінфа Іонічного моря (Греція).

Як рухаються морські жителі?

Оскільки середня густина тіла риб близька до густини води, то у воді риба зависає в ній без особливих зусил (сили, що діють на рибу, майже зрівноважені). Завдяки ритмічній роботі м’язів риба може відштовхуватися від води і переміщатися. При цьому вздовж тіла від голови до хвоста із зростаючою амплітудою пробігає плоска або гвинтоподібна пружна хвиля. Швидкість розповсюдження цієї хвилі перевищує швидкість переміщення риби. Риба пливе за рахунок ритмічного відштовхування від води при розповсюдженні вздовж тіла пружної хвилі. Плавники риби застосовують для підтримки рівноваги і при повільних переміщеннях. Тіла мешканців морів і річок мають у своєму складі багато води. Тому тиск в організмі цих тварин і в навколишньому середовищі легко вирівнюється. У риб із плавальним міхуром таке вирівнювання відбувається лише у сфері їх постій-

27

ної життєдіяльності. Під час швидкого підйому з великих глибин на поверхню водоймища плавальний міхур риб під дією високого внутрішнього тиску видавлюється назовні, і риба гине. Восьминоги, каракатиці, молюски сальпа при переміщенні використовують принцип реактивного руху – вони втягують воду в спеціальні м’язисті мішечки свого тіла, а потім виштовхують її назовні. Завдяки цьому тварини переміщуються в напрямі, протилежному струменеві, що викидається. А черепахи плавають, відштовхуючись від води ногами. Чому дрібні рибки зазвичай рухаються зграями? Виявляється, при збільшенні швидкості руху близько розташованих тіл згідно із законом Бернуллі знижується тиск у просторі між ними. Тиск між кожними двома сусідніми рибками в косяці буде менший, ніж у середовищі, не збуреному рухом риб’ячої зграї. В косяці рибки зазнають дії незначної сили, що притискує їх одну до одної. Якби рибки в косяці не підкорялися дії гідродинамічних сил, вони витрачали б більше енергії для свого переміщення. Отакі закони природи і рибки їх “знають”! Поблизу берегів Єгипту в Середземному морі водиться дивовижна риба фагак. Відчуваючи небезпеку, фагак швидко ковтає воду. В стравоході риби відбувається бурхливе розкладання продуктів харчування з виділенням значної кількості газів. Гази заповнюють стравохід і сліпий відросток при ньому, тому тіло фагака сильно роздувається і, відповідно до закону Архімеда, він швидко спливає на поверхню водоймища. Тут він плаває, виснучи вгору черевом, доки всі гази не вийдуть, а потім під дією сили тяжіння опускається на дно водоймища, де переховується серед придонних водоростей. Молюск, що живе в тропічних морях – наутилус – може швидко спливати і знову опускатися на дно. Наутилус живе в раковині, закрученій спіраллю. Коли

28

йому потрібно піднятися або опуститися, він змінює об’єм внутрішніх порожнин у своєму організмі. У розповсюдженого в Європі водяного павука, що водиться в стоячих або повільних проточних водах, поверхня черевця не змочується водою. Опускаючись на глибину, він захоплює з собою бульбашку повітря, що прилипла до черевця –“поплавець”, який допомагає павукові повернутись на поверхню. Водяний горіх (чилім), що росте в дельті Волги поблизу Астрахані, після цвітіння дає під водою такі важкі плоди, що вони можуть затягнути на дно всю рослину. Однак саме в цей час у чиліма, що росте в глибокій воді, на черешках листків утворюється здуття, яке збільшує підіймальну силу, і він не тоне.

Як використовують закон Архімеда підводники?

Якщо підводний човен пливе на межі шарів води з різною температурою, баласт підбирають так, щоб забезпечити невелике перевантаження для теплого шару і недовантаження для холодного. У цьому випадку човен лежить на холодному шарі, утримуючи рівновагу без спеціальних заходів. Для батискафа шар щільнішої холодної води може відігравати роль «рідкого ґрунту». Під час переходу підводного човна з морських глибин у гирло річки, підводники за допомогою приладів ретельно стежать за відстанню між човном і дном, оскільки в прісній воді виштовхувальна сила менша, ніж у морській, човен може сісти на мулистий ґрунт річкового гирла – “прилипнути” до дна.

Чому найбільші тварини планети живуть у воді?

Відомо, що найбільші за розмірами тварини нашої планети живуть у воді. Закон Архімеда сприяє тому, щоб вони не були розчавлені вагою свого тіла. У наш час найбільшою твариною є синій кит, довжина його може сягати 30 м. У мезозої жили найбільші тварини в історії Землі – динозаври, і серед них – атлантозавр, довжина тіла якого була приблизно 60 м.

29

Море, у якому не можна потонути

Це море з’явилось порівняно недавно внаслідок гігантських розломів земної кори, які простяглись на південь крізь Червоне море і озера Східної Африки. Поглянь на карту – і ти побачиш цю “щілину”, вздовж якої Аравія і Африка в далекому майбутньому розійдуться, утворивши новий океан. Мертве море, про яке йде мова, – наче зародок цього майбутнього океану. Бурхливі геологічні процеси, які відбувались у цьому районі, відображені на сторінках Біблії. Загибель Содома і Гомори, перетворення дружини праведника Лота у соляний стовп, морські хвилі, що розступились перед пророком Мойсеєм, – усе це відголоски потужних зрушень земної кори, що відбулися на очах у людей 5 000 – 6000 років тому. У Мертвому морі в Палестині за рахунок великої кількості розчинених солей (понад 27 % за вагою) густина води досягає 1,16 г/см3. У цьому озері не живе жодна жива істота, крім бактерій. Спекотний, майже без дощів клімат Палестини, призводить до сильного випаровування води з поверхні озера, а розчинені в воді солі залишаються в озері. Купаючись у цьому морі, людина майже не занурюється в воду, оскільки середня густина тіла людини менша за густину води в морі. Щороку до Мертвого моря приїздять мільйони туристів, щоб зануритись у його цілющі води, сповнені різноманітними корисними для людини мінералами.

Людина – не амфібія …

Люди не пристосовані до життя під водою. На глибині 20 м під впливом зовнішнього тиску можуть лопнути барабанні перетинки. Опуститися ж на глибину понад 70 м без спеціального костюма людині вкрай небезпечно. Спеціально треновані плавці ненадовго опускаються під воду на глибину до 50 м, а рекордна глибина занурення, занесане у книгу рекордів Гіннесса становить 137 м (на 2006 рік). У порожнині живота людини тиск незначно перевищує атмосферний, а в порожнині грудей – дещо менший за атмосферний. Перебуваючи під водою на глибині менше, ніж метр, людина недовго може дихати через вузьку трубочку (тростинку або соломинку). Додатковий тиск на організм стовпа води в 1 м і більше призводить до повного припинення дихання і кровообігу. При цьому кров переповнює серце, а черевна порожнина й ноги – навпаки, знекровлюються. У процесі пірнання життєдіяльність людини не порушується, оскільки в цьому випадку в легені набирається додаткова кількість повітря, яка допомагає зрівноважувати тиск води на організм. Відомий російський адмірал М. П.Лазарєв неодноразово показував матросам під час плавань цікавий дослід із пляшкою, що є демонстрацією дії тиску води на великих глибинах. За допомогою свинцевого вантажу порожню закупорену пляшку матроси опускали під воду на глибину до 430 м. Після її підняття на палубу вони зі здивуванням переконувалися, що під тиском води корок “заганяється” в пляшку, вона наповнилась водою і знову щільно закривається тим самим корком! Спробуйти пояснити, чому дослід Лазарєва дозволяє краще зрозуміти дію тиску води і на людський організм.

30

Крижані гори, що плавають

Багатьом, напевно, не раз доводилося спостерігати льодохід на річках. Ще більш захоплюючим видовищем є айсберги – «крижані гори» великих розмірів. Айсберги – це уламки материкового льоду, що відірвалися від льодовика або льодового бар’єру і плавають у полярних морях та прилеглих до них акваторіях. Середня висота надводної частини айсберга сягає 50–70 м, максимальне її значення наближається до 450 м. Найбільша довжина підводної частини може становити 130 км. Об’єм надводної частини айсберга складає невелику частину його повного об’єму. Потрапляючи в тепліші води, айсберг підтаює знизу, внаслідок чого центр тяжіння його переміщується вище від точки прикладання виштовхувальної сили з боку води. Такий айсберг втрачає рівновагу і з шумом перевертається. У спокійному морі при відсутності вітру айсберг із танучою нижньою частиною розгойдується і перебуває у стані нестійкої рівноваги. В цей час навіть робота двигуна корабля, що пропливає поблизу, може дати поштовх до перевертання – такий айсберг дуже небезпечний. Танення айсбергів у південній частині північних морів призводить до пониження солоності води. У цьому ж районі в процесі танення айсберги скидають на дно морів захоплені ними частини морени, а іноді й досить великих уламків скель. Саме таким способом гладенька галька потрапляє на дно арктичного басейну: примерзаючи до криги поблизу берегів, галька разом з крижинами потрапляє в океан і опускається на дно після того, як лід розтане.

Чому річка вийшла з берегів?

У деяких річках із дуже швидкою течією за рахунок інтенсивного перемішування води окремі ділянки дна переохолоджуються і покриваються льодом. Іноді такий придонний лід займає значну частину перерізу річки, річка виходить з берегів, можлива повінь. Оскільки підйомна сила льоду пропорційна його об’ємові, а сила зчеплення з дном річки – пропорційна поверхні, то при утворенні на дні великих брил льоду він може подолати зчеплення з дном і спливає на поверхню. Губчата маса придонного льоду, що піднялася на поверхню, зазвичай містить усяку всячину: каміння, пісок, а іноді й затонулі якорі разом з якірними ланцюгами. Придонний лід може виникати не тільки на річках, але й у неглибоких місцях морів та озер (поблизу берегів), де переохолоджується дно водоймища. Такий лід піднімає на поверхню придонні водорості.

31

Що робити, якщо води негусто?

ВОДА З ПОВІТРЯ З а різних умов повітря містить різну

кількість водяної пари. Якщо вітер переносить вологе повітря з поверхні морів і річок у кам’янисту пустелю, водяна пара конденсується – утворюється роса. Ця конденсаційна волога з повітря відіграє дуже важливу роль у природі. Роса випадає на всіх поверхнях, але за однакових умов на поверхнях, пронизаних виходами дрібних пор – капілярів, – роси випадає більше, ніж на гладкій поверхні тієї ж площі.

Волосяний гігрометр

На поверхні людської волосини є численні мікроскопічні пори. Якщо волосину знежирити, в порах може конденсуватися водяна пара. Що більша вологість повітря, то більше пори заповнюються вологою, збільшується об’єм пор і волосина видовжується. Коли вологість повітря зменшується, волога випаровується з поверхні менісків, і волосина скорочується. Ця властивість людського волосся використовується у пристрої для вимірювання вологості – волосяному гігрометрі. Ти можеш легко виготовити такий пристрій. Спочатку прочитай, як це зробили учні 5-го класу Петро Мішин та Іван Дьомін. Петро Мішин: Гігрометр – це прилад для вимірювання вологості провітря. Для виготовлення гігрометра знадобляться такі предмети: прямокутний кусок пінопласту, два шурупи, кусок скотчу, людська волосина і кусок тонкого дроту. В пінопласт ми загвинтили на певній відстані шурупи. Пінопласт поставили вертикально. До нижнього шурупа прикрутили дротину, але не дуже міцно, щоб вона могла рухатись. До верхнього шурупа прикріпили кінець волосини, протягли її через дротину і закріпили другий кінець волосини на верхньому шурупі. Прилад готовий! Іван Дьомін: Подивіться, як він виглядає (мал. 13).

32

Атмосферні опади дуже нерівномірно розподіляються по планеті. У пустелях Атакама (Чілі), Наміб, Сахара (Африка) впродовж багатьох років не випадає жодної краплини дощу. Навпаки, в інших частинах світу дощі влаштовують справжнісінькі потопи. На Землі є місця, де атмосферних опадів випадає дуже мало, але ці райони не можна назвати пустелями. Необхідну вологу рослинам і людям доводиться отримувати з туману і роси, безпосередньо з повітря. У Швейцарії за рахунок роси ґрунт отримує в середньому на 10% більше вологи, ніж за рахунок дощу, оскільки роса випадає тут частіше і на більшій території, ніж дощ. У Каліфорнії з червня по вересень, коли немає дощів, ґрунт отримує вологу тільки за рахунок роси. У районі Гібралтара конденсаційна волога збирається і стікає в особливі резервуари – «ставки роси». Такі ж ставки є і в деяких районах Англії. Поблизу Феодосії в Криму до 1912 року діяла нескладна установка для добування води з повітря. Вона складалася з декількох куп каміння (об’єм кожної з них – близько 290 м3), розташованих на водонепроникній скельній основі. Вода, що утворювалася в камінні за рахунок капілярної конденсації, відводилась гончарними трубами до Феодосії, де живила невеликі фонтани. Установка давала до 350 літрів питної води за добу. Пристосування для отримання вологи з повітря знайдені також у Цукрі, в гірських районах Італії, в Тувинській республіці, в Каракумах і на східному побережжі Каспію.

1934 року К.Е. Ціолковський запропонував найбільш раціональний проект отримання вологи в пустелі шляхом пропускання теплого і вологого повітря крізь прохолодну підземну галерею, заповнену грубим і дрібним камінням. Цим методом можна отримати значно більше вологи, ніж за допомогою конденсаційних установок інших типів. На східному побережжі Каспію прісну воду раніше отримували з допомогою невеликих ямок, викопаних у ґрунті або в піску, в яких відбувалася капілярна конденсація. Тепер цей спосіб удосконалений. Для отримання вологи на дно виритої в землі конусоподібної ями завглибшки 50–70 см і діаметром близько метра встановлюють казанок для води, потім яма покривається прозорою синтетичною плівкою. На краях ями плівку закріплюють, підсипаючи землі, а зверху на неї кладеться такий камінь, щоб після прогинання плівка не досягала дна. Прозора плівка майже не поглинає сонячного тепла і нагрівається на сонці значно менше, ніж ґрунт. Тому водяна пара з ґрунту при зіткненні з плівкою конденсуватиметься, краплі води стікатимуть по плівці в казанок. Досвід показує, що волога починає конденсуватися приблизно за годину після “запуску” установки. За добу в такий спосіб можна отримати понад 0,5 л води.

33

СПОРУДИ З ЛЬОДУ Житло і замки з льоду

Предки сучасних ескімосів, що насе-

ляли арктичне побережжя Північної Америки в районі затоки Коронації і Мідної річки, ще в другій половині першого тисячоліття нашої ери навчилися будувати житло з льоду. Як правило, це були невеликі куполоподібні хатини – «іглу», розраховані на сім’ю з чотирьох осіб. Але були й суспільні споруди ескімосів для ігор і свят, які вміщували до 100 людей. Куполоподібна форма підвищує міцність і зводить до мінімуму теплові втрати через зовнішню поверхню. Для споруди хатини заготовляють близько 60 сніжних цеглин розміром 60х60х20 (см3). При кладці цегла скріпляється водою. Вхід до хатини орієнтується під кутом 90° до напряму переважаючих вітрів. Коли горять жирові світильники, температура в хатині підтримується приблизно 2 ⁰C. Якщо ж у хатині розвести вогнище і стіни покрити шкурами тварин або тентом, температура в ній на висоті 1,5 м над підлогою може піднятися до 25 ⁰C. У Якутії для створення «крижаних хатин» дерев’яні житлові будови обливають на морозі водою. Товста кірка льоду, що утворюється після замерзання води, зберігає тепло в приміщеннях. В Японії будують маленькі будиночки зі снігу з опаленням та освітленням. Проте ніхто в цих будиночках не живе, крім … дітей. Батьки можуть сюди завітати лише для того, щоб принести подарунки. А ось у Фінляндії снігові споруди – справжнісінькі замки – будують дорослі і серйозні люди. В одному з них узимку 1997 року розмістили християнський храм, який віруючі відвідували аж до весни. Вважають, що започаткували будівництво замків з льоду китайці на початку 60-х років ХХ ст., а згодом це захоплення підхопили інші країни. Однак до нас дійшли згадки про льодовий палац Анни Іоанівни 1734 року. З часом, коли прозорими замками і фігурками з льоду уже важко було когось здивувати, китайці за-

34

провадили нові традиції. Наприклад, відливали льодові акваріуми і заморожували в них справжніх золотих рибок або миттєво заморожували рідким азотом живі квіти і ставили їх у льодяні вази. Шкода рибок, та й квіти більше радують нас у полі чи на луці. Лід – досить крихкий матеріал. Під дією постійних навантажень (навіть невеликих) відбувається його пластична деформація, лід поволі «тече».

Витвори природи

Конструкції з льоду можуть виникнути і без участі людини. Великі уламки скель у вигляді кам’яних плит, падають із гірських схилів на поверхню льодовиків. Лід, що знаходиться під ними, не тане, адже він захований від прямої дії сонячних променів. Через деякий час кам’яна плита, наче шапка грибка, стоїть на крижаній ніжці на поверхні льодовика. Тепле повітря нагріває ніжку, вона тане, а плита перевалюється на поверхню льодовика. Далі процес може повторюватися. Невеликі камінці на поверхні льодовика, навпаки, сильно нагріваються від сонця, розтоплюють під собою лід і заглиблюються в нього. У результаті в льодовику утворюються «крижані скляночки» з камінням на дні. Подібні явища спостерігаються і в Арктиці. Через два роки після того, як персонал станції СП-2 покинув крижину, виявилося, що намети наукової станції опинились на високих крижаних стовпах. Це сталось тому, що лід навколо наметів танув під впливом сонячного тепла, а під наметами танення було сповільнене: підлога в наметах була вкрита оленячими шкірами і брезентом.

Льодяні смуги аеродромів

Після створення в Арктиці та Антарктиці перших дослідницьких станцій посадка літаків на лід стала звичайним явищем (літаки сідають на лід завтовшки 1,5–2 м). Найбільше навантаження на лід виникає не в момент зіткнення літака з льодом, а під час гальмування. Посадка на лід надійніша при низьких температурах, коли лід товстіший і міцніший. Морський лід не такий міцний, як прісноводний, зате він гнучкіший і добре витримує посадку літаків.

Крижаний корабель

1942 року в Англії вирішили створити дешевий авіаносець – з айсберга, що плавав. Такій суцільній брилі льоду не страшні торпеди і бомби. Спільними зусиллями Англії і Канади крижаний корабель водовантажністю 2 млн. тонн було побудовано. Він мав форму паралелепіпеда з товщиною стінок 9 м і височів над водою на 15 м. У верхній частині його розташо-

35

вувалася злітно-посадкова смуга розміром 600 х 500 м2. На кораблі змонтували 16 холодильних установок, які підтримували температуру стін – 15 ⁰C. Завдяки роботі 20 тисяч моторів айсберг міг переміщатися зі швидкістю 7 вузлів на годину. Усі надбудови на ньому зводилися з суміші льоду з деревною тирсою: цей матеріал у 4 рази міцніший за лід, володіє ковкістю і чинить приблизно такий самий опір вибухові, як бетон. На той час, коли закінчилось будівництво цього авіаносця, гітлерівська Німеччина зазнала поразки у війні. З’явилася нова техніка – літаки, здатні здійснювати рейси з віддалених аеродромів. Використання крижаних плавучих авіабаз утратило сенс. Перший у світі айсберг-авіаносець не був випробуваний.

ЯК ТВАРИНИ ЗАОЩАДЖУЮТЬ ВОДУ П

рирода наділила сухопутних тварин надзвичайно ефективними механізмами заощаджувати воду. Щоб зрозуміти ці механізми, розгляньмо, звідки тварини беруть воду і на що її витрачають.

Міцно, дешево, надійно

Взимку на півночі за допомогою льоду укріплюють полотно зимових автотранспортних магістралей («зимових доріг»). Доводиться зважати, що під час ковзання по льоду він плавиться за рахунок виникнення тертя. При русі ковзанів або лиж у результаті тертя об поверхню льоду чи снігу виділяється значна кількість тепла, яке йде на плавлення льоду й утворення “мастила”. Натирання лиж спеціальними мазями поліпшує ковзання, оскільки мазі відштовхують воду (не змочуються нею) і зменшують зчеплення води і лиж. При низьких температурах повітря тепла, яке виділяється внаслідок тертя, недостатньо для гарного ковзання. У процесі танення морського льоду спочатку плавиться соляний прошарок, а потім лід. Це зумовлює більшу силу тертя при переміщенні по морському льоду в порівнянні з льодом прісноводим. На півночі будівельники іноді використовують льодобетон – лід із домішками гальки. Льодобетон такий міцний, що об нього ламаються навіть сталеві зуби екскаваторів. Лід із домішками деревної пульпи («льодопласт») витримує тиск до 50 кг/см2 і використовується як замінник цементу під час будівництва дамб на річках Заполяр’я. Армування льоду волокнистим матеріалом збільшує його міцність. При використанні бавовняних і деревних волокон міцність збільшується в 2–3 рази, скловолокна – у 8 разів. Деревна тирса і подрібнений торф, змочені водою і нанесені на поверхню льоду, добре оберігають від танення складські приміщення з льоду і крижані причали. Лід є міцним, дешевим і легкодоступним природним матеріалом.

36

Витрачання води:

Прибування води:

Випаровування Сеча Випорожнення

Пиття Вода, що міститься в їжі Метаболічна вода (виробляється організмом)

Птахи

Літаючі птахи мають невелику масу – як правило, не більше 16 кг. Бігаючі птахи (наприклад, великі страуси) значно важчі. Їх маса сягає до 100 кг. А от доісторичні, викопні нелітаючі птахи мали набагато більшу масу – 300–400 кг. Про що це свідчить? Якщо хочеш літати – треба бути легким! Вода – досить важка речовина, люди вимушені враховувати це, коли відправляються у мандрівку в космос. З тієї ж причини літаючі птахи теж не можуть запасати багато води. Але ж за час перельоту над морськими просторами птахи долають до 3 500 км, а інколи – до 10 000 км, часто-густо перельоти відбуваються без “проміжних аеродромів”. Впродовж таких перельотів топливом слугує запасений птахом жир. Деякі птахи, що здійснюють тривалі перельоти, створюють запас жиру, який дорівнює 50% від маси тіла. Щоб спалити таку кількість пального, необхідно води в чотири рази більше, ніж важить птаха! Дослідження підтверджують, що птахи витрачають весь запас жиру, але їх тіло не знезводнюється. Чому? Тому що їм удається охолоджуватись без випаровування води з поверхні тіла. У птахів “працює” не водяне, а повітряне охолодження тіла, бо

37

в них вища, ніж у ссавців, температура тіла (40–42 ⁰С). Це полегшує віддачу тепла в навколишнє середовище (особливо на висоті) без випаровування. Тому можна вважати, що за рахунок високої температури тіла птахи мають меншу “перелітну” вагу й економлять витрату води. Ссавці у процесі еволюції зберегли водяне охолодження, однак розміри їх тіла змінюються у великому діапазоні. Тому в них виробились дві різні стратегії: одна – для малих тварин, друга – для великих.

Дрібні ссавці

В пустелі людина втрачає на потовиділення до 1 л води на годину. Ссавці масою у 100 г витрачають 15, а при масі тіла 10 г – понад 3 г води. Однак у людини ці втрати складають 1,4 % маси тіла, а в десятиграмової тваринки – понад 30 %.Тому маленькі тварини не можуть провадити денний спосіб життя. Вдень вони змушені переховуватися в норах, рятуючись від перегрівання й надмірної втрати води. Але нічний спосіб життя не може забезпечити їм виживання в умовах пустелі, бо маленькі тварини навіть уночі не можуть долати великі відстані в пошуках води. І це змушує їх узагалі обходитись без питної води! Наприклад, землерийка-білозубка в лабораторних умовах навіть не реагує на відсутність води і повністю задовольняє потребу в ній за рахунок води, що міститься в їжі. Це й не дивно, адже в тілі різноманітних безхребетних міститься більш як 70% води. Значно важче обходитись без води тим тваринам, які харчуються повітряно-сухим кормом. І все ж такі тварини є. У пустелях Північної Америки живуть кенгурові щури, які впродовж багатьох тижнів можуть живитися кормом на кшталт наших вівсяних пластівців “Геркулес” і не виявляти жодного інтересу до води. До того ж, впродовж експерименту вага їх збільшувалася, що свідчило про їх повне благополуччя – тільки тому, що вони вміють ретельно заощаджувати воду. У природних умовах кенгурові щури – нічні тваринки, вони не витрачають води на терморегуляцію. Такий спосіб життя призвів до того, що вони не мають потових залоз, а тому не можуть витрачати воду за рахунок випаровування з поверхні тіла. Незначна кількість води випаровується у поцесі дихання. Втрачається вода і при утворенні сечі. Але остання – дуже концентрована і вміст солей у ній удвоє більший, ніж у морській воді. А це означає, що на утворення сечі витрачається менше води, ніж в інших ссавців. І ще ось що. У кенгурових щурів виділяється з екскрементами у 5 разів менше води, ніж, наприклад, у білих щурів. Отака жорстка економія води! Дуже своєрідно забезпечують повернення втраченої за рахунок дихання вологи гризуни, що водяться в Сахарі. Вночі на поверхні землі вони збирають сухі зерна і перетягують їх до нір. Водяна пара, що міститься в повітрі нори, конденсується на зернинах і за рахунок цього вода потрапляє в організм тваринок.

Кораблі пустелі – верблюди

Верблюд добре переносить спеку і довго може обходитись без води. Спостерігаючи, як за раз верблюд випиває до 80 л води, можна подумати, що він має спеціальний резервуар, у якому зберігається вода. Спочатку вважали, що таким

38

резервуаром слугує його горб, потім – шлунок. Однак горб верблюда заповнений жиром, а в шлунку верблюда, який щойно пив, стільки ж води, як у того, що не пив 10 днів (стільки часу верблюди можуть обходитись без води). Відомо, що жир використовується організмом для утворення метаболічної води. Однак, науковці довели, що для перетворення жиру в воду необхідна така кількість кисню, що верблюдові довелось би робити додаткову вентиляцію легенів. Це призвело б до того, що в процесі дихання верблюд втрачав би більше води, ніж утворювалось у процесі окислення жиру. Незрозуміло – навіщо верблюд накопичує таку кількість жиру в одному місці? Горб верблюда виявився справжньою загадкою і джерелом різноманітних версій щодо його доцільності. Можна допустити, що підшкірний жир у верблюда накопичується у місці, яке зазвичай найбільше нагрівається. Це перешкоджає надходженню тепла ззовні й одночасно полегшує тепловіддачу. Температура тіла одногорбого верблюда (дромедара) сильно змінюється (від 34,5 до 40,5 ⁰С). І ось чому це дуже важливо для підтримки водного балансу. По-перше, впродовж спекотного дня температура тіла піднімається і вода, що за інших обставин витрачалась на тепловіддачу, залишається в організмі. Тепло, накопичене вдень, розсіюється вночі – ось вам подвійна економія: води і тепла. По-друге, при зростанні температури тіла приплив тепла ззовні зменшується, а це призводить до зменшення витрати води, яка б випарувалась, щоб запобігти подальшому росту температури. Отже, якби жир рівномірно розподілявся під шкірою, то теплообмін між організмом верблюда і навколишнім середовищем відбувався б значно гірше.

Африканські газелі і антилопи

Температура внутрішніх органів цих тварин може сягати понад 46 ⁰С. Стійкість до високих температур дозволяє антилопі безе (маса понад 100 кг) перебувати на палючому сонці впродовж всього дня. Це неймовірно, бо головний мозок ссавців за таких умов не може переносити такі високі температури. Мозок ссавців в основному забезпечується кров’ю з допомогою зовнішних сонних артерій. На шляху до сонної ар-

39

терії розташований кавернозний синус (велике розширення), який заповнюється венозною кров’ю. В цьому синусі сонна артерія розпадається на сотні дрібних артерій, у які кров надходить зі судин носової порожнини, де охолоджується завдяки випаровуванню зі стінок слизистої. Через те, що венозна й артеріальна кров мають різну температуру, тепло від артеріальної крові передається до венозної. Тому в головний мозок надходить кров із нижчою температурою, ніж в інші органи тіла. Мозок не тільки зберігає здатність нормально працювати, але й економить воду. Виявляється, мозок тварини отримує “неправильну” інформацію і тому не дає команди на інтенсивне потовиділення. Ось у чому полягає цей хитрий механім, подарований газелі природою.

ВОДА У ВСЕСВІТІ М ільярди років тому холодна газо-

пилова хмара згустилась і стала Землею. Дослідження Всесвіту підтверджують, що до складу цієї хмари входила вода, ймовірно, у вигляді льодяного пилу. Складові молекули води – Гідроген та Оксиген – належать до шести найрозповсюдженіших елементів космосу. Скупчення води знайшли й за межами Сонячної системи. В сузір’ях Кассіопеї та Оріону знайдено газові хмари, що складаються з молекул води. Розміри цих хмар велетенські – вони простягаються на відстані, у 40 разів більші, ніж відстань від Сонця до Землі. Інколи на Землю падають залишки кометних ядер – “посланці” далеких світів. Найчастіше це – гігантські брили льоду, замерзлого метану, аміаку та мінеральних частинок. Маса таких брил може сягати сотень кілограмів. На заході штату Техас у 1998 році впав метеорит, у якому вчені виявили воду позаземного походження. У лабораторії метеорит розрізали і знайшли всередині фіолетові кристали кам’яної солі. У крихітних “кишенях” кристалів була вода. На думку вчених, це доказ того, що на космічному тілі, з якого утворився метеорит, колись була вода. Поряд із цим у техаському метеориті знайдено найдревніші компоненти раннього періоду формування Сонячної системи. Отже, вік води у техаському метеориті – 4,5 млрд. років!

40

Як шукали воду на Місяці

1994 року промінь радара з американського військового супутника “Клементина”, запущеного на навколомісячну орбіту, виявив на дні западини на Південному полюсі Місяця (її ще називають басейном Ейткена) щось на зразок замерзлого ставу. Радіовідлуння, отримане радаром, дуже нагадувало сигнал, відбитий від льодових полів Арктики. Втім, для науковців це не було несподіванкою. Гіпотезу про існування льоду на Місяці висунули американські дослідники К.Уотсон, В. Мюррей і Х.Браун понад 30 років раніше – ще до початку активних космічних досліджень нашого супутника. Небесні тіла, що містять воду, стикаються з Місяцем, вода “захоплюється” Місяцем, а згодом конденсується в холодних приполярних районах. На фото, яке складене з 1 500 мозаїчних елементів (мал. 14), добре видно затінену ділянку біля південного полюса Місяця. Обширні ділянки поблизу місячних полюсів, де Сонце не піднімається високо і не може освітити дно глибоких кратерів, – справжня холодна пастка для води кометного походження у вигляді льоду. Науковці встановили, що площа таких постійно затінених ділянок на Місяці становить на півночі – 1030 квадратних кілометрів, а на півдні – 2550 квадратних кілометрів. На жаль, дані з “Клементини” не підтвердились дослідженнями за допомогою радіотелескопу в Аресібо. Схожий радіосигнал отримали і від екваторіальних районів Місяця, де існування льоду неможливе. Тому повідомлення про виявлення води на Місяці не потрапило до преси. І все ж докази існування льоду на Місяці є! Їх отримав інший американський космічний апарат “ЛунарПроспектор”, запущений у січні 1998 року. Виявилося, що на полюсах Місяця немає суцільного льодяного покрову, але є вода у вигляді дрібних кристалів льоду у місячному ґрунті. Маса місячної води оцінюється у 3 млрд. тонн на кожному полюсі. Перевірити гіпотезу існування води на Місяці вирішили оригінальним способом. 31 липня 1999 року “Лунар–Проспектор” (довжина – 1,2 м, маса – 295 кг ) врізався в глибокий кратер поблизу південного полюса Місяця. Космічний аппарат рухався назустріч Місяцю зі швидкістю 1,7 км на секунду. Дослідники сподівалися виявити водяну пару після зіткнення у хмарі пилу (мал. 15), що здійнялась. Неозброєним оком побачити цей космічний таран неможливо, тому експерименти проводилися з допомогою потужних телескопів. На жаль, нічого виявити не вдалось. Та це й не дивно –

41

розміри хмари всього 20 км у діаметрі, а в космічних масштабах це мікроскопічна величина.

Вода на Енцеладі, спутникові Сатурна

Енцелад (мал. 16) – невеликий (діаметром 500 км) супутник Сатурна. Відкритий у 1789 році В.Гершелем, Енцелад не привертав особливої уваги, доки міжпланетний апарат “Кассіні” не виявив, що на його поверхні вивергаються водяні гейзери. Середня густина Енцеладу (1,1 г/см3) вказувала науковцям на переважно водний склад його надр. Проте ніхто не сподівався, що на поверхні супутника б’ють фонтани! Донедавна астрономи знали лише про три тіла у Сонячній системі, де спостерігається вулканічна діяльність. Це – Іо (супутник Юпітера), Земля і Тритон (супутник Нептуна). Новим членом “закритого клубу” став Енцилад із його водно-льодяними вулканами. Струмені, про які йде мова, були відкриті на чітких зображеннях, переданих на Землю автоматичним міжпланетним апаратом «Кассіні», що обертався навколо Сатурна і час від часу наближався до супутників планети, яких зараз відомо понад 45. Під час останнього прольоту “Кассіні” повз Енцелада надійшла команда подивитись назад, у напрямку Сонця. На фото ви бачите Енцелад з нічного боку (мал. 17) і лише невелику частину його денної сторони у вигляді тонкого півмісяця.Чітко видно декілька струменів, вивержених з розломів поверхні, названих «тигровими смугами». Раніше, у липні 2005 року, «Кассіні» зафіксував потік частинок із цих ділянок, а тепер удалося сфотографувати «гейзери». Дослідники вважають, що на знімках виявилися дрібні частинки льоду, в який перетворилась вода, що вирвалася з-під поверхні супутника у вакуум космічного простору. Ймовірно, ці струмені викидаються “з кишень”, заповнених водою при температурі приблизно 0 ⁰С. Вода закипає Мал. 17. Нічна сторона Енцеладу і неве- при зменшенні тиску і паро-водяна суміш, лика частина денної сторони у вигляді тонкого півмісяця.

42

стрімко розширюючись, викидається назовні. Це – унікальне відкриття: знайдена вода у рідкому стані біля поверхні небесного тіла. Раніше у науковців були лише непрямі дані про існування океану під поверхнею Європи, супутника Юпітера, і ось на поверхні Енцеладу знайдено воду. Ще два роки раніше “Кассіні” прибула у систему Сатурна і виявила навколо планети атоми Оксигену. Учені не могли зрозуміти, звідки взявся Оксиген. І тільки тепер з’ясувалось: Енцилад викидає молекули Мал. 18. Струмені води у вигляді пари і льоду вилітають із поверхні Єнцеладу води, а сонячне ультрафіолетове випромі(яскравість – в умовних кольорах). нювання розщеплює їх на кисень і водень. Згідно з даними “Кассіні”, запаси рідкої води знаходяться на глибині декількох десятків метрів під поверхнею Енцелада. Струмені б’ють із резервуарів, (мал. 18) де температура води становить приблизно 0 ⁰С, хоча на поверхні Енцелада вона становить -200 ⁰С. Рідка вода на Енцеладі відкриває перспективи для пошуку позаземного життя: там, де є вода, можуть бути сприятливі умови для живих організмів. Учені шукають відповіді на запитання. Чому Енцелад такий активний і як довго триватимуть процеси виверження води? Чи є на його поверхні інші активні місця? Чи може під поверхнею супутника зародитись життя? Весною 2008 року астрономи матимуть іще одну нагоду подивитися на Енцелад. У цей час «Кассіні» пролетить від нього на відстані всього лише 350 км. На жаль, ресурс апарата буде практично вичерпаний. Але найважливіше ми тепер знаємо: Енцилад, як і Титан, стануть пріоритетними об’єктами досліджень і найпривабливішими небесними тілами для екзобіологів у Сонячній системі.

Де вода – там життя

Якщо сенсаційні відкриття на Енцеладі підтвердяться, то цей супутник стане вже третім небесним тілом, на якому лише у третьому тисячолітті оголосили про можливість позаземного життя. Марс – червона планета (мал.), навколо якої “обертається” багато легенд. 2004 року вчені повідомили, що аппарат Європейського космічного агентства Mars Express виявив ознаки органічного життя на Марсі – там знайшли залишки аміаку. Аміак не може довго існувати в атмосфері. Джерелом цього газу можуть бути два явища: активні вулкани і діяльність мікробів. Діючі вулкани на Марсі не виявлені. Тому вчені вважають, що на Марсі є мікроби, а, отже – життя. Мал. 19. Марс

43

Полярні шапки – білі плями на Марсі – можна помітити навіть із Землі. Вони змінюють свої обриси в залежності від пір року на Марсі – взимку збільшуються, навесні у південній півкулі майже щезають. І так з року в рік. Вчені вважають, що у формуванні льодових шапок Марса основну роль відіграє лід H2O. Дослідження Марса триває. Про те, що ми не одинокі у Всесвіті, заявили і 2002 року. Цього разу життя “знайшли” на Венері. Астрономи вважають, що Венера непридатна для життя – вона розташована надто близько до Сонця, атмосферний тиск на поверхні Венери у 10 разів більший, ніж на Землі, а температура – 460 ⁰С. Проте в липні 2002-го року вчені Техаського університету в Ель-Пасо повідомили, що в кислотних дощах Венери можливе життя. За їх підрахунками, на висоті 50 км температура падає до 70 градусів, тиск наближається до тиску на поверхні Землі, а отже, в хмарах планети є багато води. До того ж на Венері виявили газоподібний сульфід, який вважається ознакою існування живих організмів. Але частіше вчені знаходять придатні для життя планети поза Сонячною системою. Останній новий дім для людей виявили у січні 2006 року. Астрономи США заявили, що відшукали планету, дуже подібну до Землі. Щоправда, ця планета, яка названа OGLE-2005-BLG-390Lb, знаходиться далеченько від землян – приблизно за 200 тисяч світлових років у напрямку сузір’я Стрільця поблизу центральної частини Молочного Шляху.

ВОДІ ЗАГРОЖУЄ НЕБЕЗПЕКА У

Скільки прісної води на Землі?

чені порахували, що 97,5% усіх запасів води на планеті Земля припадають на солоні води морів та океанів. Іншими словами, прісна вода складає лише 2,5% світових запасів. Зважте, що 75% прісної води “заморожено” в гірських льодовиках і полярних шапках, ще 24% - знаходяться під землею у вигляді ґрунтових вод, а ще 0,5% “розсіяно” у вологому ґрунті. Отож, у найдоступніших і дешевих джерелах води – річках, озерах та наземних водоймах –знаходиться трохи більше як 0,01% світових запасів води.

44

Враховуючи те значення, яке вода має для життєдіяльності людини і всього живого на Землі, наведені цифри підтверджують істину: найцінніший мінерал на Землі – вода.

Чому забруднюється вода?

Ще древні греки говорили, що вода дорожча від золота і олімпійських перемог. Однак, про це, мабуть, не всі пам’ятають. Бо як можна пояснити варварське ставлення до води?! Грізною небезпекою нависло нині над людством забруднення річок, озер, морів, а останнім часом – і океанів. Ці забруднення називають одним словом – “антропогенні” (від грецького слова “антропос” – людина) і вони викликані діяльністю людини. Прямі забруднення виникають, коли до рік і водойм потрапляють стічні води. Стічні потоки можуть бути зумовлені природними процесами, наприклад, таненням льоду, дощем. Можуть бути спеціально зібрані і скинуті стічні води міст і селищ, окремих підприємств, тваринництва. Ці забруднення завдають значної шкоди воді. Але виявити їх буває досить важко. Зливні труби “організованих” стоків часто занурені у водойми далеко від міст. Непрямі забруднення помітніші. Наприклад, вирубування лісу вздовж берега річки призводить до того, що береги не можуть відігравати роль природних фільтрів і водорегуляторів. Порушується режим приплав річки, пересихають джерела, вітри приносять у водойми пил, сміття, а дощі породжують бурхливі потоки грязюки. Невпорядкована забудова берегів, витоптування рослинності призводять до руйнування ґрунту, виснаження і забруднення водойм. Забруднюється вода і побутовими відходами, навіть якщо вони накопичуються вздовж берегів: дощі змивають їх у річку. Людина – теж джерело забруднення. Впродовж перших 10 хвилин купання зі шкіри людини змиваються мільйони бактерій, різноманітні шкірні виділення. Осушення боліт, вирівнювання русла річок можуть призвести до пересихання території або, навпаки, – до її заболочення. Природа віками відрегульовувала такі системи, а порушити їх можна дуже швидко. Традиційними джерелами забруднення природної води були і залишаються госпоОльга Костина, Козельський НВК

45

дарсько-побутові стоки. Це води каналізації, відходи життєдіяльності людини. Обсяг цих забруднень з року в рік зростає, змінюється їх склад. Сьогодні важко знайти господиню, яка під час прання використовує мило – його замінили спеціальні мийні засоби – синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР). Ці сполуки належать до “екологічно жорстких”: вони вкрай несприятливі для водного середовища. На їх окислення затрачається багато розчиненого кисню, у водоймах утворюється рясна і стійка піна, у якій накопичуються різноманітні забруднення і мікроорганізми, небезпечні для здоров’я. У риб СПАР викликають жаброву кровотечу, у теплокровних тварин – порушення хімічних процесів у клітинних мембранах.

Охорона боліт

Сьогодні виникла серйозна проблема охорони боліт, безжалісне осушення яких у багатьох місцях загрожує їх повним зникненням. Але ж на болотах водяться сотні видів птахів, цінні хутрові звірі (нутрії, ондатри). Деякі болота – чудові ягідні місця, де без затрат праці і добрив росте журавлина, морошка. Болота – єдине джерело і скарбниця неоціненного багатства – торфу. На торфі працюють електростанції. Торф – важлива хімічна сировина для отримання мінерально- аміачних добрив, спиртів, кислот, фарбників. Ліками, виготовленими з торфу, лікують очні хвороби, опіки, запальні процеси. Особливо цінними є так звані верхові болота. Вони, як величезна губка, нагромаджують надлишок вологи, який упродовж літа живить струмки і ріки, підтримує вологість повітря. Там, де верхові болота непродумано осушили, відразу спадає рівень ґрунтових вод, міліють ріки, перетворюються у безплідні солончаки луки. Круговорот води в болотах у десятки разів повільніший, ніж у ріках чи проточних озерах. Тому отруєння і загибель болота може статися швидко й безповоротно. Величний Дніпро зароджується в мохах невеличкого болота на півночі Смоленської губернії (Росія).

Модель болота

Наше болото буде мілке. Приготуй велику чотирилітрову банку з накривкою.

• •

На дно банки поклади шар камінців.

Далі виклади тонкий шар землі, змішаної з піском.

• Зверху виклади суміш торфу і гумусу (2 : 1) •

Сформуй основу так, щоб з одного боку утворилась заглибина.

•

Рівномірно розмісти рослини (мох, росичку, папороті тощо). Якщо ти посадиш росичку, обов’язково помісти в банку декілька живих мух.

46

• •

місце.

В заглибину налий води. Закрути банку і помісти її в затемнене

Очисні споруди не всесильні

У всіх великих містах каналізаційні води потрапляють до очисних споруд. Однак часто старі малопотужні споруди не справляються із зростаючим об’ємом стоків. У тих містах і селищах, де ще немає очисних споруд, забруднення водних артерій зростає. А головне, принцип роботи очисних споруд такий, що вода очищається лише частково – механічно позбавляється від грубих домішок і завислих частинок, не повністю руйнуються органічні домішки – продукти нашої життєдіяльності, знешкоджуються лише деякі види Дмитро Перепечкін, СЗШ №3, хвороботворних мікробів. м. Вільногірськ В очисних спорудах органічні сполуки розкладаються на прості, які містять азот і фосфор. Ці сполуки практично нешкідливі для людини, а для водних рослин є чудовим поживним середовищем. Їх так і називають – біогенні речовини. Але вони сприяють ростові синьо-зелених водоростей-бур’янів. Ці водорості швидко розростаються, погіршують властивості води і згубно впливають на вищу рослинність і на тварин у водоймищах. Сільськогосподарські стічні води і зливи – теж джерела забруднень. При цьому спостерігається гостра нестача очисних споруд сільгоспстоків і практично не очищаються зливні стоки. У містах і селищах із максимально асфальтованою і мощеною територією стоки не можуть просочуватись у ґрунт і повільно очищатися природним способом, перш ніж знову потрапити до водойм. Усі забруднення змиваються з асфальтованих територій дуже швидко, потрапляють до зливної каналізації, а відтак – до рік та озер. Але ж забруднення міст сьогодні не таке, як у ті часи, коли не було асфальту. На сучасне місто постійно осідає велика кількість промислових відходів.

Головна небезпека

Найбільша небезпека для рік і водойм – примислові стоки. Різноманітність цих забруднень важко перерахувати. Найпоширенішими і найнебезпечними є нафтопродукти, солі важких металів, ціаніди, сполуки сірки, феноли. Вони отруюють воду і все живе в ній.

Наталя Місько, Зорянський НВК

47

Більшість цих речовин є у природних водах. Наприклад, нафтові сполуки є наслідком природних розломів земної кори або продуктами життєдіяльності деяких мікроорганізмів. У водному середовищі є мікроорганізми, які живляться нафтопродуктами. Але для природної переробки нафтових забруднень треба багато води, щоб була відповідна концентрація мікроорганізмів і достатній вміст кисню для їх життєдіяльності. Іншими словами, треба дуже багато свіжої води для знешкодження нафтових стоків природним шляхом. Це стосується й багатьох інших шкідливих речовин, що потрапляють у водойми. Сьогодні у довкілля викидається приблизно 400 тисяч найменувань хімікатів, а природних забруднень налічується лише дві тисячі. На 1 т виробленої продукції припадає в середньому 999 т відходів, збільшується кількість і різновидність шкідливих домішок, що потрапляють у природні води. Для природного самоочищення потрібне значне розбавлення. Наприклад, стоки нафтової промисловості треба розбавляти у 30 тисяч разів, відходи газогенераторних станцій – у три мільйони разів. Такого надлишку чистої води на Землі немає… Відповідно до законодавства України жодне промислове підприємство не можна вводити в експлуатацію без очисних споруд.

І для для дітей, і для дорослих Дані з офіційного сайту Державного комітету України із водного господарства, опублiковані 16.04.2006 року Водні ресурси – це національне багатство країни. Міжнародними документами, прийнятими Всесвітнім Водним Форумом у Гаазі 2000 року та Міжнародною конференцією щодо прісної води у Бонні 2001 року, якість води визнано основним показником збалансованого розвитку суспільства, його безпеки й існування в цілому. У 2005 році 2/3 населення планети потерпало від нестачі води або її незадовільної якості. Сьогодні, за даними МООЗ (Міжнародної організація охорони здоров’я), лише в Європі понад 100 млн. людей не мають доступу до якісних водних ресурсів. Україна – найменш забезпечена водними ресурсами держава серед європейських країн: на одного жителя припадає 1700 м3 на рік. Порівняйте: у Франції цей показник складає 4570 м3, у Швейцарії − 7280 м3, в Австрії − 7700 м3, у Швеції − 24000 м3. Одночасно щодоби кожний міський мешканець України споживає 320 літрів води, тоді як у великих містах Європи – 100–200 л. Окрім того, під час транспортування (згідно з офіційними даними) втрачається приблизно 2 км3 води, що можна порівняти з річним стоком Південного Бугу. За даними Міністерства екології і природних ресурсів України, в 2000 році з природних джерел взято 17 400 км3 води, скинуто10 500 км3 стічних вод, з них 3 313 км3 − неочищених. Разом зі стічними водами до водойм потрапило 842 500т нафтопродуктів, 1 326 000 т сульфатів, 1 421000 т хлоридів, 136 000 т аміачного

48

азоту, 72 330 т нітратів, 1 330 т заліза, 30 т міді, 47,2 т цинку, 23,1 т нікелю, 14,8 т хрому, не кажучи вже про забруднення патогенними мікроорганізмами, фенолами та іншими речовиними. За даними компанії “Гобест Інтернешнл Україна”, водоспоживання 35 млн. жителів нашої країни “прив’язане” до річної системи Дніпра. На головній українській водній артерії розташовані 50 великих промислових центрів, 4 атомні електростанції, десятки тисяч промислових та сільськогосподарських підприємств – усі вони беруть воду з Дніпра, зливаючи в нього водночас промислові й каналізаційні відходи. Річка стала гігантським накопичувачем забрудненої води. Не дивно, що Україна займає останнє місце в Європі щодо запасів питної води і 70 місце у світі за її якістю (за даними МООЗ). Упродовж останніх років практично припинилося будівництво і введення в експлуатацію нових очисних споруд каналізацій, а потужності водогону збільшуються. Передбачуваний наслідок такої диспропорції – інтенсивне забруднення джерел водопостачання. В останнє десятиріччя можливості держави були обмежені глибокою соціально-економічною кризою. У 2001 році з’явились перші ознаки економічного росту. Якщо зростання виробництва відбуватиметься на старій технологічній базі, то у найближчому майбутньому є реальний ризик виникнення технологічних катастроф з катастрофічними наслідками на значній території України. Вирішення комплексу складних економічних та екологічних завдань потребує і величезних коштів, і формування чіткої державної стратегії у сфері охорони, і відновлення водних ресурсів.

ЯК УРЯТУВАТИ ВОДУ? Д

Допомогти озерам і малим рікам

ля охорони малих рік необхідно створити вздовж берегів водоохоронні зони, де заборонено застосовувати отрутохімікати, переорювати заплави, і використовувати схили під зернові культури. У цих зонах рекомендується вирощувати лише лугові трави. Інколи заростання річок очеретом, осокою – сприятливий екологічний фактор. Ці рослини – ефективний і безвідходний фільтр для шкідливих речовин. На-

49

приклад, на каналі Дніпро-Донбас передбачається створення спеціального біоплато з таких рослин.

Як утворюється джерело?

Якщо краплини дощу, що впали на землю, не випарувались і не потрапили до струмка, то вони підуть у землю, проникнуть крізь гальку й пісок, повільно просочаться крізь ґрунт, а якщо натраплять на глину – зупиняться. У такому місці вода накопичуватиметься і шукатиме вихід на поверхню. Там, де шар глини щезне – вода вирветься на волю. Ось і забило джерело! В Україні багато джерел із живильною прохолодною водою. Деякі з них дають початок струмкам, струмки – рікам, а ріки впадають в озера і в моря. Усе велике починається з малого. Тому потрібно оберігати маленькі джерела. Вони – важлива частина кругообігу води, а не просто вигода для людини, що споживає джерельну воду для пиття. Там, де є джерела, вирує життя, процвітають рослини і тварини. Щоб обладнати джерело за всіма правилами інженерного мистецтва, потрібні особливі матеріали, інструменти, і спеціалісти-дорослі. Одначе врятувати занедбане джерело можна зовсім просто.

Що ж можна зробити для збереження джерела?

Можна почистити від мулу, сміття, листя приймальну ямку або камеру (місце, куди надходить вода) і русло струмка, викласти дно невеликими камінцями, щоб запобігти подальшому замулюванню. Камінці легко знайти неподалік від джерела. Допоможе джерелу і прибирання навколишньої території від сміття. Якщо немає можливості віднести сміття на сміттєзвалище, на відстані 30–50 м від джерела викопайте ямку, укріпіть її стінки глиною і заповніть сміттям, а зверху присипте землею і опалим листям. З навколишнього сміття природного походження (гілки, листя) і харчових відходів можна зробити компостерну купу. Щоб обладнати джерело простим способом, вам знадобляться лопата і пластикова пляшка з відрізаним дном. Закопайте її з протилежного від джерела боку приймальної ямки (наче трубу для витоку води) на висоті 20–25 см від дна ямки (див.мал.) Не розкопуйте місце витоку води з землі, бо пошкодите джерело. Пам’ятайте, що пити воду з джерела можна лише в тому разі, якщо відомо, що це безпечно, і якщо є дозвіл санепідемстанції (про це треба запитати дорослих), а також відомо, що люди давно п’ють цю воду.

Очищення по-новому

Збирати стічні води в один потік і пропускати величезні маси розбавлених забруднень крізь очисні споруди у широких масштабах недоцільно. Краще не розсіювати забруднення у природному середовищі, а концентрувати їх і пере-

50

робляти на самому підприємстві. Підприємство скидає стоки, настільки очищені, щоб не зашкодити річці чи озеру, в яке вони потрапляють. Цікава очисна установка діє вже на декількох підприємствах з прокатними станами. На основі фізико-хімічних процесів флотації та електрофлотації зі стічних вод виловлюються дорогі масла, що використовувались у виробництві прокату – пальмове і коріандрове, які раніше забруднювали водойми. В Академії наук України розробляються і впроваджуються схеми очищення стоків з використанням адсорбентів і йоннообмінних смол. Ці схеми використовуються на хімічних і целюлозно-паперових виробництвах, де стічні води майже не піддаються біологічному очищенню.

Для сільського господарства – користь!

Можна не будувати очисні споруди на виробництві або будувати їх лише на окремих технологічних лініях. Основну ж масу відходів спрямовувати на зрошення сільськогосподарських культур. Поки що такі методи діють лише для стоків харчової промисловості, наприклад, для спиртзаводів. Адже ґрунт і земля – найкраща природна очисна система. Ви переконаєтесь у цьому, виготовивши модель фільтра (ст. 54). Вже випробувана ґрунтова очистка стоків текстильних фабрик, коксохімзаводів, нафтопереробних заводів тощо. Таке використання стоків – це і зрошення землі, і її живлення, і очистка стоків. Водойми страждають від надлишку азотних і фосфорних сполук, що потрапляють з біологічно очищеними стоками, заростають примітивними водоростями та ціанобактеріями, а ґрунт такі сполуки засвоює повністю, бо при сучасному інтенсивному веденні сільського господарства у ґрунті завжди їх не вистачає. Цікавий метод очистки розробили вчені за програмою РЕВ (на сьогоднішній день Рада економічної взаємодопомоги не існує, проте метод – залишився). Він полягає в тому, що стоки очищають і знешкоджують одночасно, вирощуючи на них водорость хлореллу. У процесі росту хлорелла очищує стоки від органічних і мінеральних домішок. Одночасно хлорелла виробляє бактерицидні речовини, які знищують у стоках бактерії. Окрім очистки стоків, пресована хлорелла використовується у тваринництві як живильний і біостимулюючий концентрат.

Опріснення стічних вод

Сучасні очисні споруди в оборотному циклі видаляють із води сировину, залишкові продукти, забруднення. А ось солі залишаються і накопичуються. Їх не вдається знищити ні механічним, ні біологічним очищенням, ані адсорбцією. Методи опріснення широко використовуються в багатьох країнах. Але, як правило, це установки для отримання прісної води. Їх будують у приморських районах, і відпрацьований росіл зливають у море. В Україні актуальною є проблема переробки солоних шахтових вод і добування з них солей, мікроелементів, а також знесоленої води, придатної для промислового використання і зрошування земель.

51

ПИТИ ЧИ НЕ ПИТИ А

Звичайно, пити!

коли – ваш організм сам подасть сигнал. Його водний баланс залежить від двох чинників: вмісту солі і води. Коли рідини в організмі недостатньо, під впливом солі всі клітини нашого організму віддають у кров воду, головний мозок виробляє особливий гормон, який потрапляє в нирки і “наказує” затримати воду. Ми відчуваємо спрагу. Якщо ж у крові надлишок води, відбувається зворотний процес – нирки працюють на повну потужність, а бажання пити змінюється на протилежне. У здорової людини описана система працює надзвичайно ефективно. Тому, якщо у вас нема проблем зі здоров’ям, варто слухати свою спрагу і вона найкраще підкаже, коли треба пити. Щоправда, почуття спраги виникає тоді, коли організм уже зневоднений, і навіть коли ви нап’єтесь, то ще деякий час будете відчувати наслідки зневоднення: ослаблення уваги, дратівливість, утому, навіть головний біль. Нічого страшного в цьому нема, але ж і приємного – теж немає. Тому варто попити раніше та запобігти неприємним відчуттям.

Тому навіть якщо вам не хочеться пити, постарайтесь умовити себе. Найкраще пити звичайну воду. А чи всяку воду можна пити? Ще 20 років тому люди спокійно пили воду з-під крана, а сьогодні вже остерігаються навіть кип’яченої і надають перевагу купованій воді у пляшках. Часто це виправдано, бо в деяких містах водогінна вода непридатна для пиття. Проте простіше і дешевше придбати побутовий фільтр. Вода з-під крана має присмак хлору, який застосовують для знезараження води. Цю неприємність легко усунути: залиште відкриту посудину з водою на декілька годин або просто прокип’ятіть воду – і неприємний присмак щезне. Якщо у вас вдома встановлена стара свинцева сантехніка або ж ви берете воду з колодязя – не полінуйтесь викликати спеціалістів, які зроблять аналіз води, і при потребі поставте фільтр. Якщо ж не шкода грошей, для додаткової гарантії спокою – купляйте воду у пляшках.

МАЛИЙ ПРАКТИКУМ

Для тих, хто займається спортом і мандрує

Під час занять спортом організм зневоднюється. Якщо до того ж погода тепла і суха, то ви щогодини будете втрачати з потом понад літр води. Випередіть події. Перед тренуванням випийте півсклянки-склянку води, повторюйте цю процедуру щопівгодини. Під час спеки організм втрачає воду в результаті посиленого потовиділення. А чи здогадуєтесь ви, що в суху і холодну погоду також треба пити більше? Різниця лише в тому, що цього разу ви втрачаєте воду не через шкіру, а через легені (пригадуєте, як на морозі з рота виходять клуби пари?) Збираючись на прогулянку в морозний і сухий день, випийте склянку води або гарячого чаю. Така ж причина зневоднення організму і під час авіаперельотів: сухість повітря у салоні літака. Політ буде приємнішим, якщо ви вип’єте склянку води ще до того, як відчуєте спрагу.

№1. Модель ареометра

Солона вода має більшу густину, аніж прісна. Прилад, яким можна виміряти солоність води, ти можеш виготовити самостійно. Він називається ареометр.

Рідкі ліки

Якщо ви захворіли – доведеться переглянути водний режим. У більшості випадків лікарі одностайні: пити, і якомога більше. Згадайте, що каже вам лікар, коли ви застудились або хворієте на грип? “Якомога більше теплого пиття!” Це насправді дуже важливо. Адже при підвищеній температурі тіла зростає обмін речовин, а отже, і потреба організму в рідині.

• •

52

На пластиковій трубці щопівсантиметра зроби помітки, заліпи трубку з одного боку пластиліном і кинь до неї декілька сталевих кульок. На дві третини наповни банку водою з-під крана.

53

• • •

Занур трубку в воду, пластиліном донизу. Трубка повинна плавати. Відзнач рівень занурення трубки. Цей рівень відповідає прісній воді. Приготуй декілька різних розчинів солі. Виконай спостереження за тим, як зміниться рівень занурення трубки в залежності від концентрації солі в розчині.

№4. Модель опріснення води - 2

№2. Модель фільтра Природна вода не завжди є достатньо чиста, щоб її можна було безпечно пити. Навіть чиста на вигляд вода може містити хімічні домішки, бактерії та інші мікроорганізми, які можуть становити загрозу для здоров’я людини. Промислове очищення води проходить у п’ять етапів.

1. Продування повітрям – насичення води киснем і усунення інших газів.

2. Коагуляція – хімічний процес “злипання” домішок.

3. Седиментація – осідання домішок на дно.

4. Фільтрація – пропускання рідини крізь пористий матеріал з метою відділення домішок.

5. Дизинфекція – знищення хвороботворних мікроорганізмів

• Розчини дві чайні ложки солі у склянці води.

• Приготуй велику тарілку, блюдце і прозору салатницю, трошки більшу, ніж блюдце.

• Постав блюдце на тарілку і налий до нього солону воду.

• Накрий блюдце перевернутою салатницею.

• Постав модель у найсонячніше місце. З часом на внутрішніх стінках салатниці з’являться краплини води. Як ти гадаєш, чому це відбувається?

• Досліди на солоність воду, яка по стінках салатниці стікає в тарілку.

№ 5. Використання сонячної енергії для отримання чистої води

№ 3. Модель опріснення води - 1 • Знайди дві дволітрових пластикових пляшки, одну з них помалюй чорною фарбою.

• Добре вимішай півсклянки солі (125 мл) і літр води.

• Солону воду налий до чорної пляшки.

• З’єднай пляшки трубкою. З’єднання трубки з чорною пляшкою ущільни.

• Вистав пляшки на яскраве сонце, чорну постав вище.

• Коли в прозорій пляшці збереться досить води, порівняй її густину з густиною солоної води в чорній пляшці з допомогою ареометра. Спробуй її на смак.

54

• Налий мутну, брудну воду в широку посудину шаром заввишки 5 см.

• Постав посудину на місце, де впродовж дня буде світити Сонце.

• Посередині посудини постав невелику склянку. Щоб вона не переверталась, кинь до неї 2–3 чистих камінці.

• Щільно прикрий миску чистою поліетиленовою плівкою.

• Посередині плівки поклади камінець.

• Плівка не повинна торкатися склянки.

• Спостерігай за тим, що відбувається.

• Запропонуй, як можна цей метод “дистиляції ” використати у більш широких масштабах.

55

Опріснення води вимагає великих затрат енергії. До речі, пам′ятаєте про велику питому теплоту пароутворення води? Сонячна енергія, на відміну від інших видів, є безкоштовною і доступною в усіх місцях. Через те, що опріснення вимагає великих енергетичних затрат, опріснена океанічна вода дуже дорога. У місцевостях, де запаси прісної води обмежені, люди платять за воду значно більше і використовують її економніше, ніж мешканці регіонів, де прісна вода доступна в необмеженій кількості.

• • •

Запали сірник і потримай його у верхній частині банки декілька секунд. Вкинь сірник у банку і відразу прикрий її мішечком з льодом. Уважно спостерігай, що відбувається у середині банки.

Кругообіг води

Скільки важить хмара ?

Вміст води в атмосфері порівняно невеликий – приблизно 0,001% від усієї маси на нашій планеті. Але водяна пара – незамінима ланка кругообігу води в природі. Вода випаровується з відкритих водойм, з вологого ґрунту, її випаровують рослини, вода потрапляє в атмосферу під час дихання живих істот. В атмосфері вода є у всіх трьох агрегатних станах. Конденсуючись, вона утворює хмари. Атмосферна волога, яка витрачається у вигляді опадів, поповнюється за рахунок постійного випаровування води. Оновлення складу води в атмосфері відбувається всього лише за 9–10 днів, тому атмосферна волога – найактивніша ланка кругообігу води в природі. Незважаючи на те, що хмари здаються легкими, майже невагомими, вони містять значну кількість води. 1 м3 хмари може містити від 0,1 до 10 г води. Оскільки об’єми хмар дуже великі (десятки кубічних кілометрів), то навіть одна хмара може утримувати у вигляді води і кристаликів льоду десятки і сотні тисяч і навіть мільйони тонн води.

№ 6. Хмара в банці

Хмара утворюється тоді, коли невидима водяна пара перетворюється на краплини води або кристали льоду. Для цього в повітрі мають бути дрібні частинки, пил, які стають центрами конденсації та кристалізації. Переконайтесь у цьому на досліді.

• Ти краще бачитимеш утворення хмари, якщо помістиш банку на тлі чорного паперу або обклеїш ним половину банки.

• Наповни банку (приблизно на третину) теплою водою. Що тепліша вода, то кращий буде ефект.

56

Вода перебуває у постійному русі. Випаровуючись із поверхні водойм, ґрунту, рослин, вода накопичується в атмосфері, опускається у вигляді опадів, поповнюючи запаси в океанах, ріках, озерах. Таким чином, кількість води на Землі не змінюється, вона тільки змінює свою форму – це і є кругообіг води в природі. 80% опадів потрапляє безпосередньо в океан. Решта, 20%, випадає на сушу і поповнює більшість джерел води, що використовується людиною. У води, яка випала на сушу, є два шляхи: 1) вона збирається в струмки та ріки і потрапляє в озера і водосховища – так звані відкриті (або поверхневі) джерела використання води; 2) вода, просочуючись крізь ґрунт і підґрунтові шари, поповнює запаси ґрунтових вод. Поверхневі і ґрунтові води – основні джерела водопостачання.

№ 7. Модель кругообігу води у природі

• Акуратно відріж верхню частину пластикової пляшки.

• Дно пляшки вистели дрібними камінцями шаром завтовшки приблизно 1,5 см.

• Зверху насип п′ятисантиметровий шар жирного чорнозему.

• Посади невеликі рослинки. Алое, товстянки, очитки, кактуси – невибагливі і житимуть у закритій пляшці дуже довго.

• Зволож землю (не сильно).

• Закріпи верхню частину пляшки клейкою стрічкою і закрути кришкою.

• Постав модель у добре освітленому місці, але не на пряме сонце. Якщо рослинки приймуться, кругообіг води можна буде спостерігати впродовж року. Простеж усі зміни, що відбулись у середині пляшки через 24 години.

57

ДОСЛІДИ– ФОКУСИ

повільно пройде крізь лід, а він залишиться цілим. Пояснення. Нитка тисне на лід і він плавиться, але над ниткою відразу ж замерзає. Це тому, що при високих тисках під ниткою понижується температура замерзання води, а над ниткою точка замерзання води залишається такою ж – 0 ⁰С.

№ 1. Хустинка, що не згорає

Намочи хустинку водою (але не кажи про це глядачам). На очах у всіх мокру хустинку облий спиртом, прикріпи до штатива і підпали. Коли полум’я згасне – хуска залишиться неушкодженою. Пояснення. Тепло, що виділиться під час згоряння спирту, йде на нагрівання води і її випаровування.

№ 2. „Заморожений” сірник

Наповни ванночки для приготування льоду або будь-яку невелику плоску посудину водою. Поклади на воду сірник, він не потоне. Постав ванночку у морозильну камеру, щоб вода замерзла. Як витягнути сірник, вморожений у лід, не очікуючи, поки вода розтане? Пояснення. Посип сірник сіллю. Впродовж 30 секунд поверхневий шар льоду розтане, і ти зможеш легко витягнути сірник. Річ у тім, що чиста вода замерзає при 0 ⁰С, а солона – при мінус 20 ⁰С. Тому взимку вулиці посипають сіллю. З цієї ж причини в охолоджуючу рідину, яку заливають у радіатори автомобіля, додають антифриз. Така суміш не завмерзає до – 30 ⁰С.

№ 3. Сірники, що бояться мила

Акуратно поклади сірники на поверхню води, налитої в широку посудину. У центр посудини занур кусочок цукру. Сірники зберуться у центрі. А тепер опусти у центр мило. Сірники розійдуться до стінок посудини. Пояснення. Цукор поглинає воду і виникає слабкий потік, який втягує сірники. Але коли ти опускаєш у центр мило, поверхневий натяг води у центрі зменшується і плівка води біля країв тазу, що сильніше натягнена, розсуває сірники в різні боки.

№ 4. Нитка, що „проникає” крізь лід

Як змусити нитку проникнути крізь лід? Прив’яжи ножики до кінців міцної нитки. Поклади кубик льоду на кришку банки, а зверху – нитку з ножами так, щоб нитка була натягнута, а ножики знаходились на одному рівні. Обережно постав цю конструкцію в холодильник. Нитка

58

№ 5. „Добування” води з кави

У склянці гарячої води розчини ложку кави. Візьми суху холодну ложку і потримай її над паруючою кавою. Через декілька секунд на ложці з’являться краплини. Зачекай, поки вони вистигнуть і спробуй на смак. Ти переконаєшся, що це – чиста вода, а не кава. Пояснення. Випаровується чиста вода. Пара, що торкається холодної ложки, перетворюється у краплини води. Спробуй повторити дослід із підсоленою або солодкою водою: на ложці знову буде чиста вода.

№ 6. „Добування” солі з води

Як добути сіль із водного розчину? Цей дослід-фокус продемонструй своїй молодшій сестричці або братчикові – він триватиме декілька днів. У гарячу воду досипай солі і розмішуй її до тих пір, поки сіль не перестане розчинятись. Отриманий розчин налий у дві склянки і з’єднай їх бавовняною ниткою так, щоб більша частина нитки звисала між склянками, а кінці ниток занурились у воду. Під ниткою постав блюдце. Через декілька днів на нитці і на блюдечку утвориться сіль. Пояснення. Розчин солоної води піднімається по нитці вверх (пам’ятаєш про капілярність?). Вода випаровується (і з блюдця також), залишається тільки сіль, яка утворює кристали.

№ 7. Що важче?

Покажи глядачам дві однакові склянки, до країв наповнені водою, в одній із яких плаває кусок дерева або льоду. Запитай, котра склянка переважить, якщо їх поставити на терези. Хтось скаже, що переважить склянка, в якій плаває дерево,

59

бо “крім води у відрі, є ще й дерево”, а хтось – навпаки, вважатиме, що переважить інша склянка, бо “вода тяжча за дерево”. Пояснення. Обидві склянки мають однакову вагу. Згідно з законном плавання, тіло, що плаває, витісняє зануреною частиною стільки рідини (за вагою), скільки воно важить само. Терези будуть у рівновазі.

№ 11. Паперова квітка, що розцвітає

Намалюй квітку, як показано на малюнку, розфарбуй її, виріж і склади листочки разом.

№ 8. Бездонний бокал

У бокал налий води по вінця. Він повний. Біля бокалу поклади шпильки. Запитай глядачів, чи знайдеться у бокалі місце для 1–2 голок? Як же усі будуть вражені, коли тобі вдасться втопити у бокалі сотню голок! Пояснення. Вода погано змочує вінця бокалу, на яких неминуче залишається жир від пальців. Не змочуючи країв, вода, що витіснилась голками, здулась і утворила опуклість. Це здуття незначне, але ж і голочки мають невеликий об’єм. Що ширший бокал, то більше голок у нього увійде.

№ 9. Голка і копійка, що не тонуть у воді

Почніть з легших предметів – голок. Покладіть на поверхню води шматок папіросного паперу, а зверху – суху сталеву голку. Іншою голкою обережно занурюй краї паперу у воду, поступово підбираючись до середини. Коли весь папірець намокне, він упаде на дно, а голка лежатиме на поверхні води. З допомогою магніту, піднесеного до стінок склянки на рівні води ти можеш керувати рухом плаваючої на воді голки. А тепер спробуй пустити у плавання копійку! Пояснення. Вода погано змочує метал, який ти тримав у руках, бо він покрився тонким шаром жиру. Поверхнева плівка води прогинається, і, намагаючись розпрямитись, тисне вверх на голку, підтримуючи її.

Коли ти покладеш квітку на воду, листки повільно розкриються – квітка “розцвіте”. Пояснення. Вода поступово піднімається по капілярах, папір намокає і листки розкриваються, як у справжньої квітки.

№12. Незвичний спосіб утримати воду

Чи намокає твій носовичок? Дивне питання! Звичайно, так… Намочи носову хустинку, налий у банку води. Щільно натягни хустинку на горловину банки і закріпи з допомогою нитки або гумки. Переверни банку вверх дном. Вода не витікає! Пояснення. Хустинка зіткана з волокон, між якими є малесенькі дірочки. Поверхневий натяг діє, наче шкірка і не дає воді виливатися крізь дірочки. Саме тому не пропускають воду парасольки. Заховаєшся під парасольку – згадай про поверхневий натяг.

№ 13. Вода, що тече вздовж мотузки

Вода, витікаючи з крана плавним струменем, утворює гладку трубку. Такої форми вода набуває внаслідок поверхневого натягу. Спробуй лити воду вздовж мотузки – і ти сам у цьому переконаєшся.

№ 10. Фарбовані квіти

Обріж щойно зрізану квітку (гвоздику, нарцис), залишивши приблизно 5 см стебла. У воду додай декілька краплин харчового барвника або чорнила, постав у неї квітку. Через декілька годин листки квітки почнуть забарвлюватись у колір води. Можна пофарбувати квітку у різні кольори, якщо розщепити стебло і кожну частину стебла опустити у “різну” воду. Пояснення. Квітка “всмоктує” забарвлену воду через вузькі судини – трубочки у стеблі. Цей дослід демонструє, як капілярні сили можуть подолати гравітацію.

60

Одним кінцем прив’яжи мотузку до ручки глечика, наповненого водою. Натягни мотузку через горлечко глечика, а другий кінець мотузки тримай над склянкою. Тримаючи глечик вище від склянки, повільно й обережно починай лити воду. Вода потече вздовж мотузки у склянку. Пояснення. Поверхневий натяг притискає воду до мотузки, тому вода тече вздовж неї.

61

ЗМІСТ

№ 14. Як зв’язати струмені в пучок?

Зроби цвяхом 5 однакових дірочок у пластмасовій банці на відстані 0,5 см. Постав посудину під кран. Ти побачиш 5 струменів, що витікають з банки. Пальцями збери струмені у пучок. Якщо рукою провести поперек дірок, пучок знову розділиться на окремі струмені.

Пояснення. Тобі вдалося це зробити завдяки силам поверхневого натягу.

3 5

ЗВИЧАЙНЕ ДИВО

6 6

ЩО МОЖНА “ВИМІРЯТИ ВОДОЮ”?

8

ПРИМХИ, АБО ЧУДЕСНІ АНОМАЛІЇ ВОДИ

НАЙКОШТОВНІШИЙ МІНЕРАЛ НА ЗЕМЛІ

ПОРУШНИЦЯ ЗАКОНУ

18

ЧОМУ ВОДА КАПРИЗУЄ, АБО ЯК ПОЯСНЮЮТЬСЯ АНОМАЛІЇ ВОДИ?

20

ТАЛА ВОДА – ЖИВА ВОДА

21

ТАЄМНИЦЯ МОЛЕКУЛИ ВОДИ І ЄГИПЕТСЬКИХ ПІРАМІД

27

ПЛАВАННЯ ТІЛ І ЗАКОН АРХІМЕДА

32

ВОДА З ПОВІТРЯ

34

СПОРУДИ З ЛЬОДУ

37

ЯК ТВАРИНИ ЗАОЩАДЖУЮТЬ ВОДУ?

40

ВОДА У ВСЕСВІТІ

44

ВОДІ ЗАГРОЖУЄ НЕБЕЗПЕКА

49

ЯК УРЯТУВАТИ ВОДУ?

52

ПИТИ ЧИ НЕ ПИТИ

53

МАЛИЙ ПРАКТИКУМ

58

ДОСЛІДИ–ФОКУСИ

Науково-популярне видання

Дарія Біда

СІК ЖИТТЯ

Наковий редактор Олександр Шевчук Літературний редактор Олександра Захарків Дизайн і верстання Василь Роган Художники Оксана Мазур, Остап Стеців Обкладинка Василь Роган

Підп. до друку 10.02.2007. Формат 70х100/16. Гарнітура Myriad Pro. Папір крейдований. Друк офсетний. Наклад 6 000 прим. Надруковано в друкарні ДП «Видавничий дім «УКРПОЛ» Львівська область, м. Стрий, вул. Новаківського, 7