Тяжелая вода! Почему бы и нет

С удивлением смотрел я на льдины, что медленно плыли по реке. Кончилось лето, на пороге долгая северная зима. И вдруг — ледоход! Причуда природы, не иначе. Впрочем, картина, вполне привычная для этих мест.

Реки Якутии, и не только Якутии, а любой территории, лежащей «а мерзлоте, имеют этот свой каприз — осенний ледоход. Красиво и необычно. Величественные белые льдины, а вокруг миллионы, нет, миллиарды мельчайших льдинок, которые зовутся здесь шугой.

Вода в реке от шуги не прозрачная, а какая-то матовая, шершавая, совсем на воду не похожая.

Время от времени из глубины выныривали новые и новые льдины — одна за одной — их становилось все больше и больше.

В иные годы подводные льдины появляются даже тогда, когда и шуги-то еще нет. Река чистая, холодная, и вдруг — льдины. На некоторых же реках даже летом, в июле, в самую жару выплывают подводные вестницы зимы. Откуда?

Даже внешне они особенные, совсем не такие, как весенние льдины. Весной река ломает лед, и оттого льдины кажутся похожими на осколки разбитого оконного стекла, плоские, с ровными гранями. А эти — какие-то округлые. И поверхность у них не плоская. Льдины напоминают скорее облака, но никак уж" не стекольные осколки. Медленно плывут они, путаясь в шуге. Наконец останавливаются. До весеннего ледохода. Начинается зимняя жизнь реки…

Убежден, сотни и тысячи людей видели осенний ледоход. Его наблюдал В. К. Арсеньев вместе со своим спутником Дерсу Узала.

Оставил о нем сведения А. Ф. Миддендорф — великий путешественник XIX века, он первый, в одиночку исследовал самые отдаленные районы Сибири и Дальнего Востока. Не верили глазам своим казаки, русские покорители Сибири, когда впервые увидели белое чудо на осенней реке… А для коренных сибиряков осенний ледоход — обычное явление, неудивительное: оно здесь было всегда.

И все-таки заинтересовался ли кто-нибудь по-настоящему, этим удивительным творением природы? Думаю, нет. Утверждать так позволяет поиск, который я провел в Библиотеке имени В. И. Ленина, а также беседы со специалистами. Откуда берутся эти странные льдины? Какова природа осеннего ледохода? Никто толком не объяснил.

В поисках ответа на вроде бы простые вопросы пришлось вспомнить уже изрядно забытые курсы наук, которые когда-то читали нам на лекциях в Московском университете. Физика, гидрология, гляциология, криология… Как давно все это было. Осенние льдины стали для меня, профессионального экономиста-географа, своеобразным хобби. Хобби, которым не похвастаешься перед друзьями, как марками или спичечными коробками, но не менее интересным и увлекательным. Я принялся коллекционировать знания, которые вряд ли пригодятся мне на основной работе.

Итак, белые льдины, выныривающие со дна…

Природа летнего ледохода, по-моему, довольно проста. За зиму сибирская стужа промораживает многие реки до дна. Два-три метра глубины — морозу нипочем. Всю реку скует к весне.

Вспоминаю, когда я был в Тынде, на БАМе, видел, как бурили лед на реке. Почти три метра шел лед, а подо льдом еще жила река, правда, глубиной всего лишь сантиметров десять — двадцать.

Весной промерзшую реку зальют талые воды. Со склонов сопок побегут ручьи, и сойдутся они на реке, оставив под собой лед. Лишь через месяц-полтора по-настоящему прогреется, проснется река, зимний лед, уже изрядно подтаявший, всплывет на поверхность и скоро растает на своей долгой дороге в Арктику. Лето все-таки.

А вот природу осеннего ледохода объяснить, видимо, не так просто. Известно, зимой и поздней осенью температура на дне реки всегда положительная. Этой температуры недостаточно, чтобы вода превратилась в лед… Стоп. А белые льдины? Они же появляются именно при этих условиях.

Обращаюсь к литературе: как специалисты объясняют это противоречие?

«Для образования подводного, или внутриводного, льда необходимо определенное переохлаждение воды, наличие ядра кристаллизации и удаление теплоты агрегатного перехода воды в лед», — прочитал я в университетском учебнике.

Здесь, видимо, стоит сделать небольшое отступление и объяснить некоторым неподготовленным читателям, что вода — самое распространенное на Земле вещество! — еще очень недостаточно изучено. Многие неожиданные свойства воды до сих пор приводят ученых в растерянность и замешательство.

Так, если удалить из воды ядра кристаллизации — а ими могут быть любые вкрапления, даже микробы, — то она не замерзает и при температуре в минус двадцать градусов.

На этом свойстве хотелось бы остановиться чуть подробнее. Это очень важно. Вода при плюс четырех градусах имеет абсолютную плотность, в этот момент она самая тяжелая. Потом, с понижением температуры, плотность ее уменьшается, и охлажденная вода уже становится легче, а лед — совсем легким, он плавает. Поэтому-то в реке или озере, на дне зимой температура всегда только положительная, там скапливается самая тяжелая масса воды. И самая теплая!

В этом ответ на один любопытный вопрос: почему река или озеро никогда не замерзнут со дна, вернее почему водоем, если он достаточно глубокий, никогда не остынет ниже нуля градусов даже в самый сильный мороз.

Еще один штрих, мимо которого нельзя пройти: неизбежная приблизительность количественных характеристик процесса.

«Около четырех градусов…», «почти» — эти слова, конечно, не делают чести исследователю, но, к сожалению, без них не обойтись. Лабораторной точности в исследовании природных процессов, по-моему, не бывает и быть не может.

Например, известно, что максимальная плотность воды наблюдается при плюс 3,98 градуса. Однако в природе этой температуры не найти. Почему? Потому что в реке нет дистиллированной воды. Вода в реке всегда некий раствор, где-то он одного состава, где-то другого. А если природная вода — раствор, то согласно положениям термодинамики неизбежна сдвижка ее некоторых физико-химических характеристик, вернее их количественных значений. Отсюда и приблизительность, но на уровне сотых, а порой и десятых градуса.

И в этом нет ничего особенного, считаем же мы обычно время с точностью до минуты, и это нас в быту вполне устраивает, хотя есть и секунды, о которых редко кто говорит. Разве что на спортивных соревнованиях.

Однако продолжу свою основную мысль. Река или озеро, даже если они лежат на мерзлоте, со дна никогда не смогут замерзнуть еще и потому, что по теплоемкости вода не знает себе равных среди почти всех других веществ на планете. И это еще одна неожиданность в свойствах воды.

Дно реки, грунт, вода согревает, и они всегда у поверхности соприкосновения имеют только положительную температуру. Если бы было иначе, то северные реки всегда текли бы только по ледяному желобу.

Чего в природе не наблюдалось.

А наблюдалось другое. Известны случаи, когда озеро или река входили в соприкосновение с подземным, ископаемым льдом на берегу или у дна. Этот лед очень быстро таял.

Кстати, мало кто из неспециалистов знает, что река или озеро на Севере, в тундре, часто могут быть блуждающими.

Вечномерзлый мягкий грунт быстро разрушается от воздействия тепла водной массы озера или реки, особенно летом. Мерзлые берега подтаивают, согреваются и осыпаются. Порой на несколько метров за короткое лето может сместиться озеро в тундре. А то и вовсе исчезнуть, если на пути встретится подземная жила льда. Такие случаи тоже зафиксированы в литературе. Этот процесс называется термокарстовым…

Горняки на Севере иногда сами специально вызывают термокарст, если, например, возникает необходимость на каком-то участке оттаять мерзлоту на небольшую глубину. Этот участок весной заливают водой, и вода быстро справляется со своей работой. Но вернемся к нашему подводному льду. Продолжаю цитирование учебника: «При возникновении подводного льда замерзающий приземный слой воды может охлаждаться за счет теплопроводности подстилающей горной породы, если она имеет отрицательную температуру…».

После прочтения этой фразы у меня возникло подозрение в достоверности предлагаемого объяснения: налицо нарушение физического закона: якобы более легкая масса воды должна быть у дна. Почему? Неприемлемы утверждения и о теплопроводности подстилающей горной породы, граничный слой грунта не может иметь отрицательную температуру.

Дальше в тексте еще и еще раз просматривается некое невнимание к законам природы, отметается истина ради того, чтобы как-то объяснить механизм подводного ледообразования. В частности, говорится, например, о кристаллах льда, которые почему-то должны опускаться на дно, хотя лед всегда легче воды. На порожистой мелкой реке — да, такое вполне возможно. Кристаллики льда будут намораживаться на придонные камни из-за турбулентности водного потока. Река на перекатах захватывает пузырьки морозного воздуха, охлаждается быстрее… Но когда река спокойная и глубокая? Или озеро? Там же турбулентности потока нет! Почему кристаллы льда должны опускаться на дно? Течение же спокойное.

Прочитанное объяснение явно не удовлетворяло, его надежность сродни карточному домику: только дунь. Тем более что оно строилось на очень старых и, похоже, единственных опытах, поставленных еще в 1938 году. На лицо желание объяснить увиденное, известное, но с помощью весьма произвольных доказательств.

В других литературных источниках мне тоже попадались подобные объяснения, также основанные на опытах 30-х годов, но несколько в иной трактовке. Вот одно из них:

«Для образования льда в толще речной воды недостаточно определенного ее переохлаждения и энергичного перемешивания, необходимо ещё, чтобы поверхность воды была свободна ото льда — через нее тепло будет уходить в атмосферу».

Ну, это уж слишком вольно. Вольностей природа не терпит, все-таки физика — наука строгая, доказательная, требующая к себе уважения. А подобные объяснения природных процессов, по-моему, все равно что игра в шахматы не по правилам: ферзя же по берут «за фук».

В естественных водоемах переохлаждение воды бывает крайне редким и самое большее лишь на одну сотую градуса. Так уж устроена природа на планете Земля. За этой сотой обычно следует ледообразование, или фазовый переход воды из жидкого в кристаллическое состояние. Лишь в лабораторных условиях, после тщательнейшей подготовки можно наблюдать переохлажденную воду.

Исследование имеющейся в библиотеке, зарубежной литературы тоже не вызвало у меня чувства удовлетворенности. Правда, зарубежные авторы более корректны, они придерживаются мнения, что «причины его (подводного льда — М. А.) появления до настоящего времени полностью не выяснены».

Как видим, не все так просто с образованием донного льда, который за рубежом называют еще и якорным.

«По-видимому, наиболее правдоподобной является теория, по: которой якорный лед возникает в результате переохлаждения камней и грунта на две реки и быстрого излучения ими тепла в ясные холодные ночи (при отсутствии льда на поверхности воды). Охлаждаясь при этом до 0 °C, частицы грунта и камни становятся ядрами кристаллизации льда. За одну ночь на дне реки может нарасти огромное количество якорного льда. Утром, когда начинает светить солнце, благодаря действию его тепла этот лед может оторваться от дна. Лед всплывает на поверхность…».

Что не устраивает в этом объяснении? Кроме уже упоминавшихся возражений, появляются следующие. Осенью, в сентябре, солнце на Севере не теплое, мало его, чтобы река, тем более холодная, замерзающая, ощутила хоть какое-то его воздействие.

Не устраивает и другое — почему за одну ночь нарастает якорный лед? Нет. Процесс этот обычно продолжается несколько дней. Его можно видеть! И лед со дна всплывает не только при солнце, но и в пасмурную погоду и даже вечером… Опять неточности? Видимо, действительно, надо согласиться с мнением, что причины появления внутриводного льда до настоящего времени не выяснены.

В поисках объяснений я перепробовал немало гипотез: и своих, и оппонентов, перед которыми приходилось выступать.

Первое, что является на ум, подводный лед — это все та же вода, но в ней, видимо, что-то растворено. Однако учебник физики рушит скороспелое предположение. Есть законы термодинамики, которые объясняют, что чем больше солей растворено в воде, тем ниже температура ее замерзания. Морская вода, к примеру, замерзает только при отрицательной температуре… Законы природы не обойти.

Еще одно полезное наблюдение: местные жители высоких широт не потребляют речной лед для приготовления пищи. На Севере традиционно принято использовать для этих целей только озерный лед или снег.

Что же это за вода такая? А почему осенние льдины постепенно намораживаются именно у дна? Камни, коряги — все сверху осенью кажется белым от рыхлого осеннего льда на дне.

Смотришь на ветку или пень, а они будто под снегом. Под подводным снегом!

Может быть, все-таки вечная мерзлота виной всему, она как-то переохлаждает реку…

Нет… Не всюду на реке всплывают осенние льдины, а мерзлота — всюду. И «подводный снег» тоже не везде на Севере увидишь.

Конечно, влияние мерзлоты сказывается. Не будь ее, не было бы и осеннего ледохода. На южных реках его поэтому и нет. Скорее всего, мерзлота усиливает какие-то естественные процессы в реке, которые, видимо, протекают и в несеверных реках, но протекают там слабо, почти незаметно.

Какие же это процессы? Или процесс?. Пожалуй, все-таки процесс! Фазовый переход. Ледообразование. Мерзлота убыстряет его. Поэтому мы видим осенние льдины на северных реках и не видим их на южных. Там, на юге, «осенний ледоход» начинается позже, идет подо льдом, он скрыт от взоров наблюдателя, но внутриводный лед, как известно, встречали там тоже. В Ленинграде, например.

Однако на главный вопрос ответа найти так и не удавалось. Не удавалось без предположения, вернее, без допущения: а что если в составе речной воды в малых количествах находится какая-то другая вода. Та, которая намораживается именно у дна и больше нигде. Известно ж, что все тяжелые частички в воде всегда стремятся вниз, ко дну, так велят им силы гравитации, силы тяжести… Тяжелая вода? А почему бы и нет.

Тяжелая вода — это изотопная разновидность обычной воды. Вместо обычного водорода (протия) здесь присутствует его изотоп — дейтерий, он вдвое тяжелее.

Всего же известны десятки изотопных разновидностей воды. Они очень существенно различаются между собой. Доказано, что теоретически возможно встретить в природе даже сотни «сортов» воды. Но это только теоретически. Не все изотопы водорода и кислорода пока известны науке, тем более что некоторые из них очень недолговечны.

Как считают ученые, например академик И. В. Петрянов-Соколов, у водорода может быть пять изотопов, ныне же известны лишь два — дейтерий и тритий. И оба они получаются из протия.

Поэтому известны протиевая, или обычная, дейтериевая, или тяжелая, вода, а также тритиевая, или сверхтяжелая, вода. Но тритий в природе очень редок, он не стабильный изотоп, поэтому сверхтяжелой воды почти не бывает. По одним расчетам выходит, что ее может быть всего несколько литров на планете, а по другим — несколько наперстков. В общем, не известно сколько.

Хотя по наблюдениям метеорологов замечено, что трития в природе прибавилось, особенно в 50-х годах, когда весьма часто в атмосфере испытывались различного вида атомные вооружения. Но этот тритий был все же не природного, а техногенного, искусственного, происхождения, как следствие повышенной радиации атмосферы.

Надо заметить, что природные дейтерий и тритий получаются из протия тоже под воздействием радиации, но только естественной или космической. Нейтрон космического происхождения, попадая в протиевую среду, может быть захвачен атомом протия… Конечно, процесс этот сложный, его изучает физика элементарных частиц, но упрощенно он выглядит именно так.

С нейтроном космического происхождения атом протия становится тяжелее, и с этого момента он уже называется дейтерием. Если к нему попадет еще один нейтрон, то, очевидно, атом станет еще тяжелее, и называться он уже будет тритием. Атомная масса у протия 1, у дейтерия 2, у трития 3.

Мировой океан, ледники, атмосферная влага — вот природные «фабрики тяжелой и сверхтяжелой воды». «Фабрики», которые работают без выходных — каждый год, каждый час, каждый миг.

Если мы откроем водопроводный кран, то там никогда не будет однородной воды — всегда только «разноизотопная» ее смесь. Причем молекул, содержащих дейтерий D₂O и HDO, окажется очень немного, по массе где-то 150 граммов в пересчете на тонну простой воды… Получается, что тяжелая вода есть всюду — в каждой капле, в каждой луже! — проблема в том, как ее взять.

150 граммов в пересчете на тонну. А много это или мало? И вообще, как оценивать подобные соотношения? 0,015% — цифра явно невелика, чтобы говорить о ее весомости. И тем не менее. Для ее «прочувствования» проведем простейший опыт. В стакан с водой бросим несколько крупичек марганцовки, вообразив при этом, что марганцовка имитирует вкрапления тяжелой воды… Очень наглядный получается опыт. Вся вода окрашивается. А ведь несколько крупиц — это еще далеко не 0,015%.

Рис. 4. Зависимость между температурой и плотностью протиевой и дейтериевой воды Возможное существование дейтерия предсказал в начале века Э. Резерфорд, это было одно из тех выдающихся открытий, которые относятся к категории «открытий на кончике пера». Но в 1932 году американский исследователь Гарольд Юри на новогоднем собрании Американской ассоциации развития науки объявил миру об открытии им тяжелого водорода — дейтерия. За это выдающееся достижение ученый был отмечен Нобелевской премией 1934 года.

Потом узнали о тяжелой воде, о ее удивительных свойствах. Оказывается, плотность ее на 10% больше, чем у обычной. А максимальная плотность наблюдается при плюс 11 градусах, в то время как у обычной воды максимальная плотность бывает только при плюс 4 градусах.

Но все-таки самым отличительным в свойствах тяжелой воды мне показалось то, что она замерзает при положительной температуре, а именно при плюс 3,81 градуса.

Предположить, что именно тяжелая вода концентрируется в осенних льдинах, было бы очень соблазнительно. И такое предположение не противоречило бы физическим законам! Фазовый переход при той температуре, что получается на дне осенней реки, вполне возможен.

Некоторое количество нового вида льда при этом обязательно получится.

Но… разочарование уже поджидало меня. Буквально первые же литературные источники сообщили, что тяжелой воды (D₂O) в природе нет. Вернее, почти нет. Дейтерий в природных водах обычно находится в составе молекул, включающих атом кислорода, один атом протия и один дейтерия (HDO).

У этих «гибридных» молекул свойства и поведение несколько иные, чем у тяжелой воды, хотя бы потому, что они лишь на 5 процентов тяжелее обыкновенной — протиевой воды. Разочарование, однако, не обескуражило, а лишь заставило углубить поиск, расширить свои познания. Как? Больше читать физической и химической литературы. Было трудно, но, как говорится, было бы желание, а при желании можно самостоятельно освоить и китайский язык.

Удалось узнать, например, как получают ныне тяжелую воду. Более всего распространены три метода: изотопный обмен воды и сероводорода, дистилляция водорода и многоступенчатый электролиз. Так, например, в последнем методе тяжелая вода концентрируется в остатке электролита. Все эти методы требуют больших затрат энергии и дорогостоящего оборудования. Производительность их невелика.

И вот находка — если сопоставить некоторые физико-химические данные (это узкоспециальный вопрос, и останавливаться на нем здесь не имеет смысла), то согласно известным формулам и зависимостям при понижении температуры в природной воде количество молекул тяжелой воды увеличивается. А количество «гибридных» молекул, наоборот, уменьшается. Что не случайно, а следствие ассоциации и диссоциации молекул — процессов, обязательных при понижении температуры. Так вещество — вода — готовится совершить свой фазовый переход из жидкого в твердое состояние.

В этот период в воде протекают сложные процессы на молекулярном уровне: изменяются водородные связи, структура, появляются удвоенные, а потом и утроенные молекулы. Все эти перемены есть как бы подготовительная работа, вследствие которой нарождается структурное кристаллическое тело — лед.

Этот подготовительный процесс можно назвать своеобразным предкристаллизационным разделением водного раствора. Вода начинает напоминать жидкий кристалл — жидкость находится в некоей пограничной зоне.

Как же при этом ведут себя соединения дейтерия? Как родные братья в трудную пору — они объединяются. Поэтому-то число «гибридных» молекул в растворе уменьшается, а «чистых» дейтериевых и «чистых» протиевых, наоборот, расчет.

И лишь когда наконец созреют условия для фазового перехода, дейтериевые молекулы первыми прореагируют на них. В йоде, в водоеме у дна появятся мельчайшие кристаллики льда.

Эти кристаллики под воздействием течения могут слипаться между собой и образовывать плавающую снежинку. Могут таять и вновь появляться в воде, но уже более крупными кристаллами. Они не могут лишь одного — всплыть. Потому что их плотность больше, чем плотность воды в придонной зоне водоема.

Течение несет образовавшиеся в воде кристаллы, они где-то прилипают ко дну, намораживаются к корягам, камням, к любым преградам, встречающимся на пути. Постепенно кристаллов дейтериевой воды на преградах собирается все больше. Они уже совсем облепили некоторые преграды и образовали на них белые льдины.

Если же преграда на дне оказалась подвижной — а кристаллы вполне могут облепить и такую, — то по дну реки тогда будут кататься шары. Ледяные белые шары, похожие на степное растение, которое принято называть перекати-полем. Водолазы не раз встречали странные шарообразные льдины, которые катило течение по дну замерзающей северной реки.

А всплывают подводные льдины потому, что они сложены не только из кристаллов тяжелой воды, но и некоторого количества простой, протиевой воды, которая всегда должна быть между хаотически намерзшими чуть ранее кристаллами. Такая вода называется кристаллизационной. Она, видимо, остывая у дна водоема, и придает плавучесть подводным льдинам…

Теоретически в моих новых рассуждениях теперь вроде бы все выходило складно: фазовый переход, кристаллы, подводные льдины, представляющие собой некое хаотическое нагромождение кристаллов. Но известен ли в природе такой «бесформенный» лед?

Без особых надежд опять ищу в книгах по гляциологии — какие бывают составы и структура льдин. Хотя со школы помню, что лед — это в первую очередь кристаллическое тело, не случайно же процесс его появления называется кристаллизацией. Наконец нахожу то, что не думал найти.

«Подводный лед имеет весьма разнообразные формы. Как правило, он слагается довольно крупными кристаллами с хаотической ориентировкой». Эврика!

Вот оно, нагромождение смерзшихся мельчайших кристаллов!

Появилась некоторая уверенность. Узнаю больше о тяжелой воде, именно о тяжелой, тяну за ниточку. Оказывается, дейтериевая вода подавляет все живое. Биологически опасное вещество! Значит, не случайно северные народы столь привередливы к воде, вернее ко льду…

Что дальше?

Гипотез о всевозможных свойствах дейтерия высказано в литературе больше, чем достаточно. Но фактических данных, подтвержденных опытом, крайне мало. Приходится только удивляться, как могли авторы иных высказываний строить свои выводы, располагая столь скудной исходной информацией?

Сведения о переносе дейтерия у разных авторов порой существенно отличаются. Чему верить? Информация догадок порой явно преобладает над информацией факта.

Конечно, со временем, возможно, все и изменится, будет разложено по своим полочкам, пока же причина такого разнобоя мнений (или неосведомленности?), по-моему, в… чрезвычайно высокой цене дейтерия на рынке, в огромной потребности в нем. И в секретности, которой окутаны работы с дейтерием.

Если поначалу на дейтерий смотрели лишь как на некий химический курьез, то уже в конце 30-х годов, после исследований знаменитого итальянского физика Энрико Ферми, начался настоящий бум, акции дейтерия баснословно подскочили — тяжелая вода, как доказал тогда гениальный итальянец, имеет огромнейшее значение в военной промышленности будущего. Приближалась атомная эра человечества.

За ценой не стояли! Лучшие умы науки принялись усовершенствовать технологию, которую еще до начала второй мировой войны начала применять норвежская фирма «Норск-Гидро» — первый монополист на мировом рынке тяжелой воды.

В дальнейшем нужда в тяжелой воде стала еще больше — она уже зарекомендовала себя в атомной энергетике как замедлитель быстрых нейтронов, как отличный теплоноситель в ядерных реакторах.

Изотопы водорода нашли применение в геологии, в биологии. И — все свыклись с мыслью, что дейтерий очень дорогой, что его очень мало, что нынешняя технология его получения единственно возможная.

Видимо, действительно только этим можно объяснить ситуацию с удивительным дейтерием, о котором столь скудны сведения. Я имею в виду в первую очередь геологическую, географическую литературу, то есть поисковую, познавательную, общую. По крупицам собирал я сведения.

Начнем с происхождения дейтерия. Вроде бы все ясно, он образуется из протия вследствие захвата им нейтрона космического происхождения. Ясно и то, что дейтерий — стабильный изотоп. Возникает законный вопрос: где на планете лучшие условия для образования дейтерия?

А ответ на него, по-моему, получается пока весьма спорным. Я не встретил иного утверждения, кроме как: воды экваториальной зоны Мирового океана. Там, мол, наилучшие условия. Но так ли это в действительности?

Если верить экспериментальным анализам, пробам воды, то все вроде бы верно. Концентрации дейтерия в экваториальных морях выше, чем в морях умеренных широт. Однако как тут не вспомнить Козьму Пруткова: «Не верь глазам своим»?

Почему там, у экватора, концентрация дейтерия больше? Как недавно установлено, что молекулы соединений дейтерия легче испаряются с поверхности моря, чем молекулы протиевой воды. В этом надо искать ответ. Тем более что, например, в замкнутых внутренних водоемах пустынь концентрации дейтерия еще выше, чем в море. (Речь идет о верхних слоях водоема.).

Нет, по-моему, только иными водородными связями в природной воде между молекулами дейтериевых и протиевых соединений — слабыми в первом случае и сильными во втором — можно объяснить способность изотопа водорода проникать в верхние слои южного водоема, которые хорошо прогреваются на солнце. Все дело, возможно, в диффузии молекул. Хотя не исключено, что «механизм» их проникновения и иной.

И тем не менее разве повышенная концентрация дейтерия повод для утверждения, что столкновение космического нейтрона и земного протия будет проходить именно здесь, в южном водоёме? Нет, конечно. Тем более что этого никто не доказал экспериментально.

Думается, было бы правильнее, говоря об условиях зарождения дейтерия, начать искать объяснение процесса в космосе. И вот почему.

Если взглянуть на нашу планету из космоса, то можно увидеть не только сферичность ее поверхности, но еще и сильную «приплюснутость» ее атмосферы. Над экватором слой атмосферы самый мощный, например, толщина тропосферы там около 20 километров. А над полюсами наоборот — ее толщина не превышает К) километров.

Отсюда напрашивается такой вывод: если известно, что атмосферный экран защищает Землю от некоторой части космической радиации, то космическим частицам, очевидно, легче пройти через слой атмосферы в полярных районах, чем в экваториальных. Подобное объяснение вполне логично, но есть в нем один нюанс, к которому мы еще вернемся.

Значит, в полярных районах, с точки зрения «проходимости» атмосферы, наиболее благоприятные условия для зарождения дейтерия. Они там благоприятные еще и потому, что на поверхности планеты в высоких широтах очень много протия — вода, снег, ледники.

Не случайно замечено, что плавающий многолетний лед в Арктике богаче дейтерием, чем вода, омывающая его. Однако этот доказанный факт почему-то принимается скорее за исключение, чем за правило.

«Не верь глазам своим»… «Воды высоких широт бедны дейтерием». Эта фраза прижилась едва ли не во всех работах о тяжелой воде. Почему бедны?

Оказывается, еще в 40-е годы проводился анализ проб воды и льда из Большого Медвежьего озера в Канаде и из реки Колумбии в США. И было отмечено, что содержание дейтерия там заметно ниже, чем в южных водоемах. Отсюда и пошло это расхожее до сих пор утверждение.

Рис. 5. Круговорот воды Во время анализа этих северных проб природной воды известный физик И. Киршенбаум и его коллеги, видимо, сомневались в полученном результате, по затем все-таки в него поверили. А нужно было лишь задать себе один-единственный вопрос и найти на него ответ. Они его не задали.

Действительно, в зимнем водоеме соединений дейтерия в воде меньше, чем летом. Во льду еще меньше. Спрашивается, куда же на зиму девается дейтерий?

Вот, собственно, и весь вопрос. Он, как мне показалось, вполне уместен, потому что летом процентное содержание дейтерия в воде вновь возвращается к норме. Об этом же писал сам И. Киршенбаум, разбирая пример реки Колумбии, упоминал о нем и К. Ранкама.

Так куда же девается на зиму дейтерий, вернее, часть его? Как тут не вспомнить о странных белых льдинах, всплывающих осенью со дна рек Севера, когда температура воды положительная и ледостав еще не начался… Однако исследователями 40-х годов был предложен другой ответ. Тоже правильный, по… не относящийся к поставленному вопросу. Его суть в следующем.

Впервые наличие соединений дейтерия в атмосфере Земли обнаружил Адель в 1941 году. Это открытие дало очень многое науке. Во-первых, стало ясно, что процесс образования дейтерия идет на планете постоянно. Во-вторых, появилась возможность подсчитать его запасы в природных водах.

С учетом того, что приборы, регистрирующие содержание дейтерия в воде, не отличались тогда совершенством. Было установлено, что в снеговой воде, равно как и в океанической, речной, озерной, дейтерия примерно одинаково — что-то около 0,015%. Колебания в процентном содержании дейтерия в пробах, конечно, были, но незначительные. Это дало право Швартуту и Долю сделать поразительный вывод: мол, содержание дейтерия существенно не меняется в водах различного происхождения. Не меняется, потому что все они связаны с атмосферными осадками. При чем здесь осадки? Речь же шла об образовании дейтерия в природе?

И именно этот вывод утвердился в науке, хотя нелепость его, по-моему, более чем очевидна. Процесс образования атмосферных осадков, равно как и перенос атмосферной влаги, — очень сложный процесс.

Как, почему, где, какая вода испарилась? Какие ветры, какого содержания воздух? Словом, десятки причин, сотни условий могут изменить изотопный состав атмосферной воды, и не только изотопный. Вспомним уже приводившийся пример с тритием искусственного происхождения. Или печальные примеры с кислотными дождями, которые теперь уже перестали быть редкостью на огромных территориях планеты. А ведь все это атмосферные осадки конца XX века.

Конечно, осадки влияют на перенос дейтерия по водоемам, по регионам. Но является ли это влияние определяющим? Где здесь причина и где следствие? Тем более что доля атмосферных осадков в питании рек, например, несравнима с подземными источниками.

К тому же по многолетним наблюдениям установлено, что атмосферная влага — это не есть что-то постоянное, наперед заданное. Вовсе нет. В зависимости от времени суток, от сезона года, от природных условий территории, от ветров и еще от многих, причин атмосферная влага постоянно меняет свой состав. Воздушные массы — словно гигантская химическая лаборатория, где непрерывно идут реакции соединений и распада. Атмосфера буквально кипит, «варится в собственном соку», и понять, описать «рецепты» этой великой варки пока еще никому из ученых не удалось. Как же можно было из этой неполной информации устанавливать зависимость между небесной влагой и распространением тяжелых изотопов?

Одно то, что осадки нестабильны, регулярность их относительная — в какое-то время года они чаще, в какое-то реже, — уже это должно было остановить, заставить задуматься. К тому же бывают ведь и продолжительные засухи, когда осадки долгое время просто отсутствуют, а вода в реках и озерах тем не менее все равно имеет то же содержание дейтерия, что и в сезон дождей. Разве это не повод усомниться в выводах? Хотя, конечно, для некоторых, весьма небольших по площади территорий эти выводы справедливы.

В первую очередь сказанное относится к приморским районам, лежащим в сравнительной близости от океана, с его активным испарением влаги. Вне всяких сомнений, атмосферные осадки будут здесь наиболее богаты тяжелыми изотопами. Тем более что не вызывает сомнений как доказанный факт, что первые капли дождя и вообще первые дожди и снега из недавно образовавшегося облака содержат заметно больше дейтерия, чем остальные.

Подтверждающие это факты зафиксированы в Антарктиде, Гренландии, западных районах Америки. И эти факты не вызывают сомнений. К сомнениям ведет другое — какое все это имеет отношение к образованию дейтерия и его глобальному распределению?

Похоже, что никто из исследователей не заметил скрытого противоречия в утверждении, принятом, по существу, априори. Атмосферные осадки влияют только на распределение дейтерия по водоемам планеты в отдельных регионах, однако они никак не влияют на глобальный процесс образований дейтерия в природе.

Связь между содержанием дейтерия в поверхностных водах и атмосферных осадках, вполне возможно, не более чем исключение из правила, если принять во внимание глобальный процесс образования дейтерия, а также не забывать о своеобразии устройства атмосферного экрана планеты.

Итак, подведем некоторый общий итог сказанному, чтобы продолжить повествование об известном и неизвестном дейтерии.

В природе дейтерия много непознанного. Этот изотоп водорода — очень ценный природный ресурс. Он постоянно образуется на планете из простого водорода, присутствует во всех известных водоемах, поэтому редким называть его все-таки трудно, хотя он и является именно таковым.

Перспективы использования дейтерия в недалеком будущем вряд ли кто осмелится определить сейчас. Это вещество, входящее в состав обыкновенной воды, может открыть новую страницу химии — дейтериевой химии. Может быть, дейтерий позволит химикам получать новые вещества с самыми неожиданными свойствами. Кто знает? Ведь простой водород химики весьма активно применяют в своих технологиях, опытах. Дейтерий же им пока недоступен для «массового потребления» — он очень дорогой.

А биологи… Разве полностью исследованы биохимические процессы в живых организмах, где присутствуют изотопы водорода? Это тоже, по существу, чистая страница науки, на которой написано разве что несколько букв. Очевидно, что если вода — спутник всего живого, то, видимо, присутствие дейтерия в ней тоже играет какую-то роль в развитии живых организмов.

А может быть, именно этому веществу обязана живая материя своим появлением? А что, если есть новые формы жизни? Возможно? Конечно, возможно. Прогнозы, гипотезы, проекты… Пока же биологи, как и химики, очень мало работают с тяжелой водой. Только избранные, только заслуженные. Слишком дорогой это ресурс, слишком редкий, чтобы быть в каждой лаборатории. Будь его больше в распоряжении исследователей, можно было бы, не экономя на миллиграммах, провести масштабные опыты, позволяющие поставить на повестку дня много новых вопросов, например о биотехнологиях в деле разделения изотопов. Да-да, именно биотехнологиях!

Еще в 1952 году стало известно, что некоторые дрожжи выделяют из тритиевой воды тритий и включают его в свои биохимические процессы. Несколько позже были выявлены водоросли, которые тоже успешно и давно «освоили» технологию изотопного разделения… Как это им удается?

Нет, не потеряли своей актуальности слова, написанные академиком Н. Д. Зелинским еще в 1934 году: «Кто бы мог подумать, что в природе существует еще другая вода, о которой мы до прошлого года ничего не знали, вода, которую в весьма небольшом количестве мы ежедневно вводим в свой организм вместе с питьевой водой. Однако небольшие количества этой новой воды, потребляемые человеком в течение жизни, составляют уже порядок величины, с которым нельзя не считаться».

И далее, развивая свою мысль, ученый продолжал: «В эволюции химических форм в биосфере и литосфере тяжелая вода не может не принимать участия, и вопрос о том, в какой стадии такого эволюционного процесса находится тяжелая вода в нашу эпоху, в стадии накопления ее в природе или в стадии деградации, представляется весьма важным и с точки зрения обмена веществ в живых организмах, в которых вода играет первостепенную роль.

Все живое проводит через свой организм громадные массы обыкновенной воды, а вместе с ней и тяжелую воду; какое же влияние оказывает последняя на жизненные функции организма? Пока это неизвестно, но такое влияние должно быть несомненным".

Изменилось ли что-нибудь в познании природы тяжелой воды за прошедшие полвека? Конечно. Но немного. Новых вопросов появилось куда больше, чем ответов… И все потому же… По-прежнему слишком дефицитен ресурс, очень мало его достается ученым-естественникам.

Наука пока не может ответить на некоторые вопросы. Скажем, такой. Если процесс образования дейтерия протекал на Земле постоянно, то правомерно предположить, что так было и миллион и миллиард лет назад и много раньше. Дейтерий — стабильный изотоп, который, по-видимому, должен накапливаться в природе, по крайней мере его должно становиться все больше. Однако если провести очень приблизительный расчет с максимально возможными «невыгодными» допущениями, то… не сходятся концы с концами.

Приняв планету за идеальный водный шар без защитной атмосферы, на который равномерно поступает космическая радиация, и зная «скорость» образования дейтерия, можно подсчитать, сколько его должно бы было быть на Земле. Затем, зная общие запасы природной воды, можно вычислить по среднепроцентному показателю фактические запасы дейтерия. Если сравним полученные цифры, то увидим, что они будут отличаться на несколько порядков.

Куда же девается дейтерий?

А что, если он играет какую-то чрезвычайно важную роль в биологических процессах?. Например, являясь, как и в атомной промышленности, своеобразным «замедлителем» быстрых нейтронов в живых организмах. Может быть, дейтерий — средство защиты организмов от естественной радиации? Почему нет?

На планете есть территории, где естественный фон радиации очень высок, однако живая природа там развивается. И развивалась. Впрочем, даже и в Чернобыле не деградировала она. Значит, есть какой-то природный механизм защиты от радиации. А что если изучение дейтерия поможет найти его?

А теперь вернемся к началу нашего очерка, на якутскую землю. В осень. К странным белым льдинам. На застывающую реку… Пройдет время, бурный весенний паводок разметет двух-трехметровый лед на реке, разольется широкое половодье, и все-все льдины понесутся, захваченные течением, в Северный Ледовитый океан. Так бывает каждую весну.

Могучие реки Сибири и Севера щедро питают полярный океан. Один только Енисей каждую секунду поставляет около 20 тысяч кубометров воды. А среди этой воды есть и дейтериевая. Сколько ее? Фантастически много! Каждые сутки река выносит в Арктику 256 тысяч кубических метров тяжелой воды. Кто скажет, что тяжелая вода редкий ресурс?

Всего же за год Арктика получает не менее 3 миллионов кубометров тяжелой воды из различных источников — стоков рек, океанических течений, атмосферных осадков.

Цифра хоть и фантастически гигантская, но вполне реальная, если иметь в виду, что речной сток в СССР — это более 6 тысяч кубических километров воды в год.

Но в этом примечательном факте обращает на себя внимание одна очень интересная деталь. Как показывают немногочисленные пробы арктической воды, дейтерия в ней почти всюду меньше нормы. Ниже среднестатистической. Почему? Не будем торопиться с ответом.

Сперва спросим, что, осадки в высоких широтах бедны дейтерием? Бедны. В науке сложилось мнение о скудности запасов тяжелой воды в полярных водоемах. Успело сложиться. (Вспомним опыты И. Киршенбаума с природной водой из Большого Медвежьего озера Канады и другие).

Противоречие же! И, по-моему, явное. Что же получается — с одной стороны, известно, что в Северный Ледовитый океан поступают огромные массы тяжелой воды, а с другой стороны, что воды океана бедны дейтерием. Разве не парадокс?

И если первая часть парадокса сомнений не вызывает (реки действительно впадают в океан), то вторая часть заставляет скептически отнестись к качеству проб, к достоверности измерений и вообще к географии поиска. Тем более что, судя по литературе, исследователи ухитрялись долго не замечать никаких отклонений от догмы «полярные воды бедны дейтерием». И точка.

Хотя данные, например, полученные А. С. Редфилдом и И. Фридманом и опубликованные ими в 1964 году, косвенно говорили как раз об обратном. Эти исследователи прошли, образно говоря, от Арктики до берегов Антарктиды, придерживаясь атлантического меридиана, и пронаблюдали изменение содержания в воде дейтерия: просмотрели планету как бы в разрезе, от полюса до полюса. И что же?

Самые значительные концентрации тяжелой воды обнаружились именно в Арктическом бассейне! Но эти наблюдения остались почему-то без должного внимания, они даже не вызвали законную дискуссию. Старая догма продолжала творить свое магическое действие.

Причем в Арктическом бассейне безо всякой системы, только в 6 пунктах эти два исследователя взяли по нескольку проб океанической воды. Северная Шотландия, центр Норвежского моря, Шпицберген, Северный полюс, Центральная Арктика, мыс Барроу. Последней пункт, кстати, дал максимальный процент дейтерия.

Но опять — «не верь глазам своим»…

В одной книге нахожу: «Понижено содержание дейтерия в поверхностном слое океана в тех районах, где на изотопный состав оказывает влияние вода, поступающая от таяния льда». Комментарии, как говорится, излишни. Хотя и в Норвежском море, и у Шпицбергена, и у мыса Барроу пробы брались именно там, где оказывает влияние вода, поступающая от таяния плавающего льда.

Думаю, вполне логично еще раз задать вопрос, который уже звучал на этих страницах, — куда же все-таки девается тяжелая вода в полярных водоемах?

Вопрос вполне логичный еще и потому, что воды почти всех течений из Арктического бассейна имеют пониженное процентное содержание дейтерия. На слове «почти» делаю ударение, потому что, видимо, есть единственное исключение — Восточногренландское течение, которое, к сожалению, пока осталось в стороне от внимания исследователей — охотников за дейтерием.

Но об этом чуть позже.

Так куда же девается тяжелая вода в Северном Ледовитом океане?

Без предположения о том, что часть ее переходит в лед, кристаллизуется, ответ вряд ли возможен. Слишком уж все в природе взаимосвязано: из ничего может быть только ничто, а из того, что чем-то было, всегда будет нечто.

В Арктике, в океане, так же как и в северной реке, есть условия для фазового перехода тяжелой воды, для ее накопления в виде льда. Не простого льда, а особого, дейтериевого.

«Осенние» льдины с рек, попадая весной в Северный Ледовитый океан, за короткое лето частично тают, частично остаются на плаву и потом вмерзают в протиевый морской лед, начинают дрейфовать.

Наверное, все видели хоть раз в жизни фильмы, где фрагментами показана летняя Арктика, там всегда можно заметить одинокие белые льдины, которые плавают в холодных водах. Кто хоть раз побывал в Арктике, тот сам наблюдал эти странные льдины.

Невелики размерами, они долго остаются на виду, пока не унесет их куда-то течение. А почему все льдины растаяли, а эти остались? Очередная загадка природы? Но ее можно разгадать, если опять-таки сделать допущение, основанное на известных различиях в физико-химических свойствах тяжелой и обычной воды: тяжелая вода замерзает при температуре плюс 4 градуса, а таять она будет только при этой же температуре. Первой, замерзает, последней тает!

Протиевая вода тает при нуле градусов, морская вода замерзает и тает при отрицательной температуре, а тяжелая — при положительной. Вроде бы все строго согласуется с термодинамикой.

Не исключено, что одинокие льдины, которые порой все лето волны носят по арктическим морям, и есть те самые странные белые льдины, сложенные из белых кристаллов.

Но ловить случайные одинокие льдины в океане, видимо, не очень привлекательная перспектива для возможной новой отрасли промышленности по разделению изотопов. Это все равно что искать грибы в незнакомом лесу: не знаешь наперед, где повезет. Для промышленности нужна солидная и надежная сырьевая база, иначе о какой перспективе речь.

А что, если такая база есть? А что, если она в Арктике?

Арктика — океан. Арктика — огромное плавающее ледяное поле в океане. Поле, под которым свисают величественные ледяные сталактиты, похожие на обыкновенные сосульки. Это — внутриводный лед, одна из форм его. Он, по существу, никем до сих пор не исследован. Как образуется? Из чего сложен? Неизвестно. Слишком сложно наблюдение за этим труднодоступным видом льда, который медленно нарастает, между прочим, тоже только при положительной температуре воды. Мощные сталактиты свисают на, десятки и сотни метров, находясь в сравнительно теплых слоях океана…

А теперь настал черед рассказать о дрейфе льдов в Северном Ледовитом океане — удивительно четкая природная система, о которой немногие наслышаны.

Для большинства людей льды — это просто льды, для географа — это именно природная система, которая является следствием целого ряда природных процессов. В природе нет ничего лишнего, простого, случайного. Все взаимосвязано.

Так же и льды. Зарождаясь, они подразделяются между собой строго согласно законам природы. И движение их в океане тоже согласуется с этими законами. В соответствии с характером вращения планеты и рельефом в Арктике наблюдаются как бы две самостоятельные зоны дрейфа, отчасти связанные между собой.

У берегов Канады льды ходят по кругу, путь в две-три тысячи километров. Это — замкнутый цикл общего арктического дрейфа. По часовой стрелке, или, как говорят географы, по спирали Бофорта, льдины за 10 лет совершают свой полный оборот. Затем некоторая их часть через проливы, особенно пролив МакКлура, проходят к берегам Канадского архипелага, покидая Арктику. Другая же, намного большая часть, со спирали Бофорта ежегодно захватывается главным ледяным потоком и через советский сектор Арктики (опять же по часовой стрелке) направляется в район Северного полюса и дальше в створ между Гренландией и Шпицбергеном. Два-три года занимает этот путь.

В Гренландском море идет интенсивное таяние арктических льдов.

Но, как мы уже говорили, каждый вид льда тает строго при «своей» температуре… Однако прежде чем перейти к этой, завершающей стадии дрейфа, поинтересуемся, много ли воды и льда поступает в сравнительно теплое Гренландское море? Иначе говоря, какова количественная характеристика описываемого процесса?

По оценкам некоторых исследователей, годовой приток воды в Северный Ледовитый океан составляет более 80 тысяч кубических километров. Этот приток складывается примерно так: 60 тысяч приходит из Атлантического океана, около 20 из Тихого, а остальное дают реки и осадки.

Восточногренландское же течение (только оно одно!) ежегодно выносит из Арктики почти все эти поступления: десятки тысяч кубических километров воды и около 10 тысяч кубокилометров льда. Целый ледник, плавающий в океане. Как видим, речь идет о планетарных объемах.

Благодаря Восточногренландскому течению в Гренландском море происходит своеобразное разделение льда, его сортировка. Там, где на карте обозначена граница плавающих льдов, образуется зона, небезынтересная для исследователя.

Природа здесь сама сортирует арктический лед, руководствуясь при этом своими строгими законами. Мы уже говорили о них: сперва тает морской лед, затем — протиевый и лишь потом дейтериевый. Значит, для каждого вида льда будет своя граница, свой плавающий предел, переступить который не позволено законами природы.

По расчетам автора, за год через Гренландское море проходит до 3 миллионов кубических метров тяжелой воды. Весьма солидная «сырьевая база» для промышленности.

Возможны ли ошибки в прогнозе? Конечно. Гипотеза тем и отличается от теории, что она не бесспорна. Однако от фантазии она, гипотеза, тоже отличается, потому что имеет неоспоримые научные факты, подтверждающие мысль автора.

Так вот, как показывают результаты анализа проб, взятых в фьордах Гренландии, процентное содержание дейтерия там самое высокое. Однако, как и почему здесь оказался дейтерий, никто не знает, и объяснить это с помощью известных знаний вряд ли возможно. Еще один неоспоримый факт. Если представить, что в южной части Гренландского моря встречаются два течения — холодное с севера и теплое с юга, то туманы — активное испарение с поверхности — выглядят здесь вполне обычным делом.

Нарождающиеся облака, как известно, богаты тяжелыми изотопами, об этом доказанном факте мы уже упоминали. Но как это проверить? Облака же южной части Гренландского моря в основном движутся на восток, в сторону Европы, и первые дожди, первые осадки, самые богатые тяжелыми изотопами, проливаются над Северной Атлантикой, над морем. Сколько в этих дождях дейтерия — данных нет.

Но иногда молодые облака могут двигаться и в противоположную сторону, в сторону Гренландии, что тоже не исключается из-за непостоянства ветров. Любопытно, в Южной Гренландии на поверхности ледников обнаружены изотопные аномалии (полярная станция «Дай-3» и другие).

Выходит, предлагаемая нами гипотеза не лишена смысла… Гренландское море — крупнейшее на планете месторождение дейтерия.

Не будем забывать, что категоричность суждений, как учит мировая мудрость, противопоказана в любых жизненных ситуациях, а в науке особенно. Сомнения, сомнения, они должны всегда сопровождать исследователя, особенно при выдвижении новой теории. Итак…

Даже если предположить, что Гренландское море — действительно, крупнейшее на планете месторождение дейтерия, то неизбежен вопрос: а что же дальше? Куда отсюда поступает дейтерий? Ведь в море он не накапливается, залежей не создает.

И здесь напрашивается мысль о возможном круговороте тяжелой воды в природе. Круговорот — форма существования воды, система ее переноса.

Вновь обратимся к географической карте Арктики. Восточно-гренландское течение, пройдя границу плавающих льдов, обогащается дейтерием, но уже около берегов Южной Гренландии его буквально смывает значительно более мощное Североатлантическое течение, пришедшее из тропиков. В океане сталкиваются два фронта — теплый и холодный. Внешне это недолгое противоборство проявляется в туманах, частых штормах. А внутренне — в том, что холодные воды захватываются теплыми и устремляются вдоль берегов Европы опять в Арктику. Так выглядит первая стадия предлагаемого круговорота.

Доказательства? Во-первых, они на карте, в голубых и красных линиях, обозначающих течения в Арктике. А во-вторых, в уже упоминавшихся пробах воды на дейтерий, которые провели в 1964 году А. С. Редфилд и И. Фридман. В водах Норвежского моря эти исследователи отметили очень высокое содержание дейтерия.

Теплое Североатлантическое течение через Норвежское море заходит в Баренцево море, температура некогда теплой воды уже заметно падает (Арктика берет свое), и начинается интенсивное ледообразование. Фазовый переход, после которого круговорот тяжелой воды продолжается, но уже в иной фазе.

Внутриводный лед, как уже отмечалось, появляется при положительной температуре, подводные ледяные сталактиты, свисающие с ледяных полей, нарастают в сравнительно теплых плотных водах Северного Ледовитого океана. А дальше следует дрейф льда, о котором мы уже сказали.

Круговорот в двух фазах? Возможно? Вполне.

В заключение очерка хотелось бы высказать еще две мысли, два наблюдения, которые напрямую связаны с вышеизложенным. Речь идет о возможной взаимосвязи между протиевой и дейтериевой водой.

Первое. На вид отвлеченное. Если обыкновенную речную воду охлаждать, то при 11° в воде начинается ассоциация протиевых молекул. При понижении температуры процесс этот усиливается, и при температуре около плюс 4° вода получает свою максимальную плотность. Но при дальнейшем медленном охлаждении воды ее плотность начнет уменьшаться. Почему?

Известно немало объяснений этому процессу, он даже описан в учебниках химии, но истина все-таки не найдена. Обратим внимание на следующие важные моменты процессов.

Когда начинается ассоциация протиевых молекул? При 11°. Что это за температура? Тяжелая вода при этой температуре достигает своей максимальной плотности. С этого момента, видимо, количество молекул тяжелой воды в растворе начинает увеличиваться, а плотность протиевой воды при этом интенсивно возрастает.

Какие изменения наступают при 4 °C? Тяжелая вода входит в стадию фазового перехода и постепенно как бы убывает из раствора, ее процентное содержание в жидкой фазе уменьшается. И по мере ее убывания плотность протиевой воды уменьшается. Случайные совпадения? Не исключено. Но точно так же не исключена и взаимосвязь двух основных компонентов природной воды.

И второе наблюдение. Конкретное. Предположим, а что, если природная вода есть «сплав»? Вернее, смесь взаимосвязанных компонентов — протиевой, дейтериевой и других изотопных разновидностей воды?

И стоит только из этого «сплава» убрать одну из примесей, как его свойства изменятся. Скажем, без дейтерия природная вода не будет иметь максимальной плотности при 4°. А если так, то в водоеме при замерзании не будет деления воды на теплые и холодные слои. Диаграмма фазового перехода такой воды будет строиться иначе. Просто говоря, природная вода лишится некоторых своих аномальных свойств.

А вывод из этого допущения следующий: в природе есть неизвестная пока эталонная вода.

Практически встретить такую воду вряд ли возможно, хотя и не исключено. В регионах, куда не поступает из космоса радиация. Там не будет образовываться дейтерий. И если в этих районах почти не бывает атмосферных осадков, содержащих дейтерий, то шансы встретить эталонную воду повышаются.

Допущения на грани дозволенного, но реальные. И вот почему.

Нашу планету в целом можно представить как магнит: силовые линии, опоясывающие планету, сходятся в магнитных полюсах Земли. Магнитное поле наиболее плотное около полюсов, здесь возможно срабатывание того же «механизма», который используется при удержании плазмы в магнитном поле.

Значит, территория, где атмосферный экран сильнее всего защищает Землю от космической радиации, невелика, но она обязательно есть.

Предположить, что районом поиска эталонной воды будет Канада, возможно, но маловероятно. Полуостров Бутия связан с Мировым океаном, поэтому дейтериевые примеси неизбежны.

Но во внутренних районах Антарктиды вероятность наличия таких идеальных условий для поиска эталонной воды более реальна… Как говорится, дело за малым.

В Антарктиде, во льдах, известно озеро, глубиной в 300 с лишним метров, и на всей глубине его — от поверхности до дна — температура одинакова. Правда, пробы воды па дейтерий там не брались.

Какой же удивительный мир, в котором мы живем, как он бесконечен для познания!