artyom_ferrier (artyom_ferrier) wrote,
artyom_ferrier
artyom_ferrier

Category:

Ода Воде

Я уже говорил в своих заметках, что нам очень повезло с тем, что на Земле есть такой мощнейший парниковый газ, как дигидрогена монооксид. А по-профанному - «вода». Ибо без него — здесь резко ограничена была бы возможность придерживать солнечную энергию, чтобы чего-то из неё мастерить, типа жизни.

Но этим не ограничивается полезность воды. В действительности, это довольно уникальное вещество по очень многим параметрам.

Вот если говорить о серьёзных научных исследованиях (а не той псевдонаучной ахинее, которой занимается IPCC, провозглашая главным врагом человечества углекислый газ), то в нашей Корпоративной Школе действует такой проект - «Создай иную жизнь». То есть, пытливым отрокам предлагается создать вариант химически иной модели жизни, для которой критическими были бы иные вещества, не такие, как у нас.

А для нас критичны, в общем-то, три вещества.

Углерод, который умеет образовывать цепочки из самого себя, а это позволяет создавать реально сложные молекулы. Очень сложные, на миллионы атомов. Но углерод в этом отношении не уникален. Есть и другие вещества, тот же кремний, которые, в принципе, тоже могут это делать.

Кислород — как окислитель. Ну, жизнь — это, грубо говоря, непрерывная череда окислительно-восстановительных реакций.

Но кислород, в действительности, даже не самый мощный окислитель из тех, что выставлены были на рынок господином Менделеевым. Самый — фтор. Он и кислород окисляет (как объясняют нашим школьничкам на уроках химии: «Это вот как если бы Дон Жуан трахнул Казанову»... ладно, только на факультативах так объясняют — уже довольно взрослым школьничкам :-) ).

Ну и нужно ещё некое вещество «посредник». Или - «универсальная жена», если угодно. То есть такое, которое бы сравнительно охотно, без чрезмерных затрат на разрыв устоявшихся связей, переходило от кислорода к углероду и наоборот.

И в нашей системе — это водород. Его прелесть ещё и в том, что он очень лёгкий. Ей-богу, если б роль «переходящей жены» выполняла молекула чего-то вроде ртути — ну, нам было бы труднее подниматься по лестнице. А так вот и кислород с углеродом — довольно лёгкие (16 и 12 атомарной массы, соответственно), а водород — вообще «ни о чём». Единичка. Самый лёгкий элемент в таблице, организованный по типу эстонской однокомнатной квартиры: «Меньше не было смысла».

Ну и, понятно, что есть и другие жизненно важные вещества. Сера, фосфор, азот... и прочие мультивитамины и микроэлементы. Да, хлор тоже — не только отравляющий газ, но основа работы нашей нервной системы и вообще межклеточного «транспорта». Для нас, в действительности, очень важен хлорид натрия. Он даже для лосей в лесу важен — поэтому заботливые лесники в заповедниках раскладывают его кусками на деревьях, чтобы лоси могли лизать. Да что там: дефицит какого-нибудь цинка — уже приводит к серьёзным отклонениям в развитии, не даёт расти.

Тем не менее, вот самая фундаментальная основа нашей биохимии — эти три элемента. Углерод, кислород и водород.

Но можно, конечно, придумать и другие элементные сочетания, которые, теоретически, могли бы давать большие молекулы и обмен атомами в ходе окислительно-восстановительных реакций.

Наши школьнички (и не только школьнички, и не только наши) — выдавали весьма занятные модели, где бы основой органических цепочек был не углерод, а окислителем выступал не кислород. Это важно — для поиска признаков жизни вне Земли. Для чего принципиальный критерий — наличие значительного количества свободного окислителя в атмосфере. Ибо он сам собой — скорее всего, не может там присутствовать в значительных количествах. Он бы со временем по-любому ушёл в такие оксиды, которые не поднимаются под расщепляющий удар высокоэнергетического излучения звезды (ультрафиолет, рентген, гамма). Если он, окислитель, есть — значит, его кто-то на поверхности постоянно «отчипляет» от оксидов, используя для этого энергию от центральной звезды (ну вот как наши растения фотосинтезом делают).

И химически — получаются будто бы безупречные модели. В том смысле, что действительно там цепочки выстраиваются, и окислительно-восстановительные реакции работают.

Но вот когда встаёт вопрос о том, при каких бы физических условиях могло работать это «тело иной жизни» - тут возникают большие проблемы. Ибо какие-то реакции происходят, скажем, при 500 градусах цельсия, а какие-то — при минусовых значениях. А такой разброс — очень сложно себе представить в рамках одной планеты. Вернее, можно представить — но если у планеты нет атмосферы. Как у Меркурия, где солнечная сторона тупо греется, теневая — тупо охлаждается. А когда есть атмосфера — перенос тепла происходит по-любому, с парниковым эффектом или без него. И без такой среды, где бы происходил перенос тепла (и молекул веществ) — вопрос о возникновении жизни даже поднимать не стоит.

Во всяком случае, если там будет жизнь — то не в нашем химическом понимании. Какие-нибудь разумные кристаллы, использующие излучение как есть, без химических преобразований — да, это возможно и на планете, не имеющей атмосферы. Но такие формы жизни — пока что за гранью нашего осмысления. Мы долго наблюдали за Силиконовой Долиной, где кристаллы кремния будто бы становились всё умнее, но на самом деле — нифига они не умные и не живые. Кнопку ткнул на системном блоке — и всё, нет той «умной» жизни :-)

Ладно, шучу. Мы просто очень плохо себе представляем возможности появления жизни в формате «разумных кристаллов», которые бы взаимодействовали со средой обитания не химически, путём реакций между молекулами, а «энергетически», через те или иные излучения.

А модели «химической» жизни, отличные от нашей, - сталкиваются с проблемой физической невозможности осуществления взаимодействия ключевых веществ, когда среди них нет такого, как вода. То есть, эти вещества могли бы вступать в реакции — но их трудно «познакомить» друг с другом, когда нет воды.

Ибо вода — она что делает, помимо создания парникового эффекта, который позволяет придерживать солнечную энергию у поверхности? Она — осуществляет транспорт разных веществ в гости друг к другу, через те потоки, жидкие и паровые, которые она создаёт.

Это становится возможно, поскольку вода имеет уникально удобный температурный диапазон между твёрдым и газообразным состоянием. Всего сто градусов. Причём, что Цельсия, что Кельвина — абсолютно никакой разницы. Вода прямо как знала, где установить себе точки замерзания и кипения, чтобы между ними было такое удобное и легко запоминающееся расстояние по нашим температурным шкалам :-)

Но, конечно, речь идёт о поведении воды в нормальных земных условиях, при нормальном атмосферном давлении, а в иных условиях точки замерзания и кипения смещаются.

Однако же, для любого давления — трудно представить некий иной оксид, который бы, пребывая преимущественно в виде жидкости, мог легко переходить в газообразное или твёрдое состояние в границах тех температур, которые разумно могут существовать на поверхности планеты.

То есть, можно себе представить планету поблизости от какого-нибудь белого гиганта, где плещутся ласковые океаны из диоксида кремния. У нас он присутствует преимущественно в твёрдом виде (песок, скажем), а вот там, при температуре 1600 градусов — будут стеклянные моря.

Но вот чтобы диоксид кремния перешёл из жидкого состояния в газообразное — требуется повышение температуры почти до трёх тысяч градусов. А это уже сомнительная дельта в пределах одной планеты, где есть среда для распределения температур по поверхности.

Да, почему от вещества, образующего жидкую среду на планете, требуется, чтобы оно было оксидом? Ну, скажем так, от него требуется, чтобы оно не реагировало с тамошним окислителем в нормальных для той планеты условиях. И обычно это именно оксид, то есть, уже окисленное вещество.

Но сойдёт, скажем, и азот, который по природе своей не любит окисляться. Там даже для получения его фторидов нужны определённые «танцы с бубном», а уж кислород в сколько-нибудь естественных для любой планеты температурных кондициях — он просто игнорирует. Поэтому они и сосуществуют в земной атмосфере, друг к другу не приставая.

Да, из азота можно получить моря и океаны. Это будут не очень тёплые моря и океаны, но главное — очень нестабильные. Поскольку у азота расстояние между плавлением и кипением — всего шесть градусов. А это значит, что в любых естественных условиях он будет слишком сильно метаться между твёрдым состоянием и газообразным. Ну и не говоря уж о том, что жизнь, которая, чисто теоретически, возникла бы при таких температурах, на которых азот бывает жидким — это была бы очень примороженная и тормозная жизнь. Серьёзно же, такие низкие планетарные температуры, такая слабая энерговооружённость, вероятно, просто исключает течение реакций, которые могли бы привести к появлению жизни раньше «выгорания» центрального светила.

А вода — она действительно имеет довольно уникальные и очень удобные физические свойства. Она достаточно стабильна в виде жидкости при реалистичном диапазоне планетарных температур, благодаря чему образуется стабильная жидкая среда, где могут контактировать и реагировать всякие вещества, а также заводиться живые организмы, но при этом — начинает поставлять пар задолго до достижения точки фазового перехода.

Но самое, конечно, в замечательное — это то, как она твердеет. Да, есть некоторые другие вещества, которые тоже расширяются и теряют плотность при замерзании, но — это довольно экзотические вещества, которые вряд ли могли бы сконцентрироваться в сколько-нибудь заметных количествах где угодно во вселенной. А вода — довольно распространённое.

Ну и что это даёт, что вода расширяется при переходе в твёрдое состояние?

Вот представим себе море из какого угодно иного вещества, которое при замерзании ведёт себя обычным образом. То есть, обретает бОльшую, а не меньшую плотность.

Если оно в принципе замерзает при данных планетарных температурах — ну, его лёд будет уходить вниз. Он же тяжелее. А улегшись на дно — скорее всего, уже не поднимется. Поскольку светом звезды эту толщу жидкости не прогреешь на сотни метров вглубь, а рассчитывать на внутреннюю термальную активность можно только в отдельных местах. В большинстве мест водоёмы будут просто обледеневать изнутри. И, естественно, о всяком там придонном иле, от которого в значительной мере «строится» водная жизнь — можно забыть. Его будет закрывать льдом каждую зиму.

Тут некоторые школьники говорят: «А если на этой планете вообще нет ни зимы, ни льда? Если тамошняя вода — всегда жидкая?»

Что ж, это возможно. И Земля знала довольно долгие периоды истории, когда даже на полюсах не было ледовых шапок (столь любезных климатическим алармистам).

Но вот чтобы не образовывался лёд — это невозможно. Постольку, поскольку образуется пар. А в тёплом климате — он образуется довольно интенсивно.

И вот этот пар поднимается, поднимается, всё выше и выше... А там — уже холодно. Чертовски холодно. На Земле с каждым километром температура понижается примерно на шесть градусов, на других планетах бывает по-другому, но в любом случае на той высоте, куда может забраться пар — будет холодно.

Отчего он конденсируется. И хорошо — если только до жидкого вида. Но бывает, что и до твёрдого. Образуя снег и град. А град, как мы знаем, может выпадать и в довольно тёплых местах, летом. Обычное дело.

И на Земле, где наша основная жидкость — вода, этот град доставляет некоторые неудобства, порой и крыши проламывает, но — ничего страшного.

А если жидкость такая, что при замерзании плотность повышается, а не понижается? Тогда град, падая в океан, камнем уходит на дно — и застилает его льдом. Считанные миллионы лет — и от океанов останутся жалкие лужицы над безжизненными массивами льда.

Поэтому мы должны сказать воде спасибо за то, что так ловко умеет, в твёрдой своей ипостаси, плавать на собственной жидкой ипостаси. Редкое явление в мире оксидов — и крайне полезное.

Было у этого умения и другое полезное применение, если не обусловившее появление жизни, то значительно форсировавшее этот процесс.

Да, химические процессы, породившие жизнь, происходили в водной среде. Поскольку именно там веществам удобно контактировать друг с другом, создавая всё более интересные молекулы. Но для начала — эти вещества нужно туда доставить. За это тоже отвечала преимущественно вода, образуя ручейки и речки, а также прибой. Но ещё раньше — эти вещества нужно извлечь из породы. Нужно её как-то «ушатать».

И это вода тоже делала, поскольку «камень точит», и воздух выветривает скалы, но что ускоряло этот процесс — так это способность воды забираться днём в тончайшие трещинки в виде пара и разрывать любые камни ночью, когда она становится льдом. Именно потому, что расширяется при замерзании. И при этом — практически несжимаема (в жидком состоянии тоже).

Таким образом вода могла буквально горы сворачивать, разнося в пыль самую твёрдую породу. А потом пыль подхватывал ветер — и тащил в океан. Или в речки, которые по-любому доставляли туда же. И так жидкая среда получала те материалы, из которых можно было конструировать, проявляя всё более изощрённую творческую фантазию.

Поэтому, повторю, химические модели жизни, основанной на иных фундаментальных веществах — создать можно. Но вот физическую модель некой реальной планеты, где бы этим веществам была создана среда для взаимодействия — без воды, пожалуй, создать не получится.

Соответственно, при поисках возможной жизни на других планетах, помимо наличия свободного окислителя в атмосфере (что почти гарантированно указывает на наличие жизни, пусть и не очень разумной) — приходится искать и воду в довольно значительных количествах на поверхности.

Отсюда, конечно, следует вопрос - «Есть ли жизнь на Марсе?» Поскольку некоторое количество воды — там есть в полярных шапках. Вероятно, попала так же, как и на Землю, с кометами.

И по ряду признаков предполагается, что в прошлом вода на Марсе существовала и в жидком виде. Структура его знаменитых каналов — намекает, что да, это русла рек, и есть следы водной эрозии.

Касательно того, было ли на Марсе раньше теплее или холоднее, чем сейчас — мнения в науке расходятся. С одной стороны, есть версия, что раньше Солнце светило не так ярко, с другой стороны, есть версия, что раньше орбиты планет были ближе к Солнцу. Впрочем, как я говорил уже, пока что наши предположения о прошлом Солнечной системы — это всё больше «увлекательная беллетристика».

То есть, имеется много гипотез, каждая из которых не противоречит уже известным фактам и не имеет внутренних противоречий — но они радикально противоречат друг другу.

Что до Марса, то вполне очевидно, что вся его вода оказалась, со временем, связана в ледяном виде на полярных шапках. Было ли у красной планеты время, чтобы создать какую-то жизнь, пока вода была жидкой и на экваторе? Да вряд ли. На это и Земле понадобились миллиарды лет, при гораздо большей её энерговооружённости, при гораздо более интенсивном «облучении» Солнцем.

Но это, конечно, не исключает вероятности того, что где-то во вселенной (а может, и даже в нашей галактике) образовались условия, близкие к земным, и появилась жизнь. Которая основана на тех же принципах, на тех же базовых веществах. Углероде, водороде, кислороде. Однако же какие-то иные сочетания — действительно маловероятны. Просто потому, что им физически трудно было бы обеспечить продуктивное взаимодействие, когда бы жидкая среда была представлена не водой, а чем-то иным.

Поэтому, ещё раз поблагодарим воду за то, что она у нас есть. Поблагодарим и те кометы, которые ценой своей жизни доставили это лёгкое вещество на ту тяжёлую планету, где изначально, как считается, воды не должно было быть.

Но поблагодарим и другой критически важный оксид, углекислый газ, поскольку именно он, благодаря своей газообразности, предоставляет для всяких операций основу наших органических молекул — углерод. В иных состояниях углерод не то чтобы очень подвижен. То есть, если выложить на улице горку из алмазов — то, наверное, она обретёт некоторую подвижность. Но это — когда жизнь уже есть и знает дорогу до ломбарда. А для создания жизни — вот нужно растворение диоксида углерода в оксиде водорода, и как-то ебашить по всему этому делу липиздричеством, чтобы оно там всё рушилось и вновь сливалось в экстазе.

Сейчас, правда, диоксид углерода объявили «врагом планеты» - и я думаю: что же они сделают врагом дальше? Не исключено, что воду, которая производит гораздо более сильный парниковый газ, свой пар.

А там, на очереди, видимо, будет и кислород. Когда очередной Эл Гор внезапно выяснит, что за индустриальный период выросло содержание в атмосфере не только углекислоты, но и кислорода.

Это кажется невероятным, поскольку, сжигая углерод, мы тратим атмосферный кислород, связываем его в оксиде?

Но, в значительной мере — мы для чего сжигаем тот углерод, сочетая его с кислородом в СО2? Да для того, чтобы, скажем, высвободить железо из руды, которая представляет собой те или иные оксиды и закиси этого вещества. Да большинство металлов в рудах — это оксиды.

И вот мы их оттуда извлекаем — высвобождая кислород. Который, конечно, не прямо так в чистом виде взмывает в атмосферу — а в связанном с углеродом, который используется для термического обеспечения восстановительных процессов (сжигается, чтобы получить энергию для этих процессов). То есть, в виде угарного газа (что плохо, но он доокисляется) или углекислого.

А его, углекислый газ, — расфигачивают растения, почувствовавшие новый вкус к жизни, после той углекислотной голодовки, которую им устроил плейстоцен с этими дурацкими ледниковыми периодами.

Поэтому реально сейчас не только уровни углекислоты выше, чем сто лет назад — но и кислорода.

И вот я жду с нетерпением, когда IPCC или иные параноидальные лунатики объявят, что мы должны пресечь эмиссию кислорода, поскольку это мощный окислитель, он вызывает пожары, которых без него бы не было, и — все на борьбу, значит.

Но ладно, это уж немножко оффтоп от заявленной темы — Ода Воде.

Tags: вода, глобальное потепление, история, наука-много-гитик
Subscribe

  • Альтруизм и этика

    Лёшка Зимин давеча сказал — уж не важно, по какому поводу, но весьма уместно: «Самое печальное в альтруистах — то, что иногда они…

  • О мирном протесте

    Решил по-настоящему приударить за испанским, всё-таки выучить его наконец так, чтобы не путать por и para или индикативо и субхунтиво.…

  • "Предательство" со стороны Трампа и общие перспективы

    Трампа уличают в трусости и предательстве своих сторонников. Поскольку он выразил решительное осуждение «штурма» Капитолия. И тем самым…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 9 comments