Краткая история почти всего на свете - Билл Брайсон

18

Открытое море

Вообразите, что пытаетесь жить в мире с преобладанием дигидрида кислорода, соединения, не имеющего ни вкуса, ни запаха, и с настолько изменчивыми свойствами, что, не будучи, как правило, опасным, в другое время оно неожиданно вызывает быструю смерть. В зависимости от состояния оно может вас ошпарить или заморозить. В присутствии определенных органических молекул образует углеродистые кислоты настолько едкие, что способны лишать деревья листвы и разъедать лица у статуй. В больших количествах, если привести его в движение, оно может бить с таким неистовством, что не выдерживает ни одно человеческое сооружение. Даже для тех, кто научился с ним жить, оно зачастую оказывается смертоносным. Мы называем его водой.

Вода есть повсюду. Картофель состоит из воды на 80 %, корова — на 74 %, бактерия — на 75 %. В помидоре с его 95 % содержится мало чего, кроме воды. Даже люди на 65 % состоят из воды, так что мы больше жидкие, чем твердые, в соотношении почти два к одному. Вода — довольно странная штука. Она не имеет формы и прозрачна, тем не менее нам очень хочется побыть около нее. Она безвкусна, тем не менее нам очень нравится ее вкус. Мы едем в далекие края и платим большие деньги, чтобы поглядеть на нее в солнечном освещении. И хотя мы знаем, что находиться в ней опасно и ежегодно в ней тонут десятки тысяч людей, нам не терпится в ней порезвиться.

Поскольку вода есть повсюду, мы склонны не замечать, какое это необычное вещество. Из того, что мы о ней знаем, почти ничто не дает возможности достоверно предсказывать свойства других жидкостей, и наоборот. Если бы вы ничего не знали о воде и строили свои предположения исходя из свойств химически наиболее близких к ней соединений — особенно гидроселенида и гидросульфида, — то можно было бы ожидать, что она закипит при минус 93 °C и будет газом при комнатной температуре.

Большинство жидкостей при охлаждении сжимается примерно на 10 %. Вода тоже, но только до определенной температуры. Но подойдя вплотную к точке замерзания, она начинает — против всех правил, совершенно невероятным образом — расширяться. После затвердевания она становится почти на десятую часть объемнее, чем была прежде. Из-за этого расширения лед плавает на поверхности воды — «крайне странная причуда», по словам Джона Гриббина[255]. Не обладай он этим великолепным своенравием, лед тонул бы и озера с океанами начинали бы замерзать со дна. Не плавай лед на поверхности, тепло уходило бы из воды, делая ее еще холоднее и порождая еще больше льда. Скоро даже океаны замерзли бы, и почти наверняка очень надолго, если не навсегда, остались бы в таком состоянии, вряд ли благоприятном для того, чтобы взлелеять жизнь. К счастью для нас, вода, видимо, не подозревает о правилах химии и законах физики.

Каждый знает, что химическая формула воды — Н20 — означает, что она состоит из одного довольно большого атома кислорода и прикрепленных к нему двух атомов поменьше — водорода. Атомы водорода цепко держатся за своего хозяина — атом кислорода, но, кроме того, время от времени сцепляются с другими молекулами воды. Молекулам воды по природе свойственно как бы вступать в танец друг с другом, ненадолго расходясь, а затем продолжая движение в бесконечной смене партнеров по кадрили, если воспользоваться изысканным сравнением Роберта Кунцига[256]. Стакан с водой, возможно, не выглядит очень оживленным местом, однако каждая молекула в нем меняет партнеров миллиарды раз в секунду. Вот почему молекулы воды держатся вместе, образуя водоемы вроде луж и озер, но в то же время легко расступаются, когда вы, например, ныряете в бассейн с водой. В каждый отдельный момент друг с другом соприкасаются всего лишь 15 % молекул.

И все же в некотором смысле связь эта очень прочная — когда молекулы поднимаются вверх, качаемые насосом, или когда капли остаются на капоте автомашины, демонстрируя необыкновенную решимость держаться вместе с партнерами. По той же причине вода обладает поверхностным натяжением. Находящиеся на поверхности молекулы сильнее притягиваются к подобным себе молекулам под ними и рядом с ними, чем к молекулам воздуха над ними. Это ведет к образованию мембраны, достаточно прочной, чтобы вода выдерживала вес насекомых или прыгающих камешков. По той же причине бывает больно, если, ныряя, плюхнешься животом[257].

Вряд ли стоит подчеркивать, что без воды мы бы пропали. Лишенный воды человеческий организм быстро разваливается. Как говорится в одном описании, в считанные дни губы исчезают, «будто их ампутировали, десны чернеют, нос наполовину усыхает, кожа вокруг глаз стягивается, препятствуя морганию». Из-за чрезвычайной важности воды для нашей жизни легко упустить из виду что вся вода на Земле за самым малым исключением ядовита для нас — смертельно ядовита — из-за растворенных в ней солей.

Для жизни соль нам нужна, но только в очень небольших количествах, а морская вода содержит значительно — примерно в 70 раз — больше соли, чем мы можем без вреда усвоить. В литре обычной морской воды содержится всего 2,5 чайной ложки обыкновенной соли — той, которой мы подсаливаем еду — но значительно большее количество других элементов, соединений и растворенных твердых веществ, которые в собирательном смысле известны как соли. Количественное соотношение этих солей и минералов в наших тканях необыкновенно схоже с составом морской воды — мы потеем и плачем, как заметили Маргулис и Саган[258], морской водой, — но удивительно, что не переносим принимать ее внутрь. Стоит употребить большое количество соли, и скоро обмен веществ будет критически нарушен. Из каждой клетки, как добровольные пожарные, поспешат молекулы воды, чтобы растворить и вывести наружу внезапный выброс соли. Это опасно, поскольку лишает клетки необходимого для их нормального функционирования количества воды. Словом, они обезвоживаются. В экстремальных ситуациях обезвоживание приведет к потере сознания и повреждению головного мозга. А тем временем перегруженные клетки крови переносят соль в почки, которые в конце концов переполняются и перестают работать. Если отказывают почки, мы погибаем. Вот почему мы не пьем морскую воду.

На Земле 1,3 млрд км3 воды, и это все, что у нас есть на будущее. Система замкнута: в сущности говоря, ничего нельзя добавить или отнять. Вода, которую вы пьете, находится здесь, делая свое дело, с младенчества Земли. Океаны достигли нынешних объемов 3,8 млрд лет назад (по крайней мере, приблизительно).

Царство воды, называемое гидросферой, почти целиком океаническое. 97 % всей имеющейся на Земле воды находится в океанах и морях, по большей части в Тихом океане, который один больше всей суши, вместе взятой. Тихий океан в целом содержит чуть больше половины морской воды (51,6 %); Атлантический — 23,6 % и Индийский — 21,2 %, оставляя всем остальным 3,6 %. Средняя глубина океанов составляет 3,86 км, причем Тихий океан в среднем на 300 метров глубже Атлантического и Индийского. 60 % поверхности планеты покрыты океанскими водами глубиной более 1,6 км. По замечанию Филипа Болла, нашу планету лучше называть не Землей, а Водой.

Из 3 % земной воды, которая является пресной, большая часть существует в виде ледников. Лишь самое незначительное количество — 0,36 % — находится в озерах, реках и водоемах, и еще меньшая часть — всего 0,001 % — существует в виде облаков или испарений. Почти 90 % льда планеты находится в Антарктике, а большая часть остального — в Гренландии. Поезжайте на Южный полюс, и там вы будете стоять более чем на 3 км льда, на Северном полюсе его всего лишь метров пять. В одной Антарктике находится 24 млн км3 льда — если весь его растопить, этого хватит, чтобы поднять уровень океана на 75 м. А если вся находящаяся в атмосфере вода равномерно выпадет дождем, то океаны станут глубже лишь на пару сантиметров.

Между прочим, уровень моря — почти целиком номинальное понятие. Океаны и моря вовсе не находятся на одном уровне. Приливы и отливы, ветры, эффект Кориолиса и другие воздействия значительно изменяют уровень воды от океана к океану и даже в пределах океанов. Уровень Тихого океана вдоль западного края примерно на полметра выше вследствие центробежной силы, создаваемой вращением Земли. Так же как вода откатывается в другой конец, словно не желая идти к вам, когда вы тянете на себя таз с водой, вращение Земли в восточном направлении поднимает воду к западному краю океана[259].

Учитывая извечное значение для нас океанов и морей, поразительно, что мир так долго не проявлял к ним научного интереса. Еще в начале XIX века большая часть знаний об океанах основывалась на том, что выбрасывалось на берег или приносилось рыболовными сетями, и почти все написанное строилось скорее на слухах и догадках, чем на материальных свидетельствах. В 1830-х годах английский естествоиспытатель Эдвард Форбс[260] обследовал дно Атлантического океана и Средиземного моря и заявил, что на глубине больше 600 метров в море нет никакой жизни. Это предположение представлялось разумным. На такой глубине нет света, а потому нет растительности, к тому же было известно, что давление воды на такой глубине очень велико. Так что когда в 1860 году с глубины более 3 км подняли для ремонта один из первых трансатлантических телеграфных кабелей и обнаружили, что он густо оброс кораллами, моллюсками и другой живностью, это было нечто вроде сюрприза.