Тяжелая вода? Почему бы и нет!

Тяжелая вода? Почему бы и нет!

С удивлением смотрел я на льдины, что медленно плыли по реке. Кончилось лето, на пороге северная зима. И вдруг – ледоход! Причуда природы, не иначе. Впрочем, картина, привычная для этих мест. Реки Якутии (не только Якутии, любой территории, лежащей на мерзлоте) имеют осенний ледоход. Красиво и необычно. Белые льдины, а вокруг миллионы мельчайших льдинок, которые зовутся шугой.

Вода в реке от шуги непрозрачная, матовая, шершавая, на воду непохожая… Время от времени откуда-то из глубины выныривали новые льдины, их становилось больше. Порой они появлялись даже там, где нет шуги. Река чистая, и вдруг – льдины. А на некоторых реках Севера летом, в июле, в самую жару всплывают подводные вестницы зимы. Откуда?

Внешне они не такие, как весенний лед. Весной река ломает лед, и льдины кажутся осколками разбитого оконного стекла – плоские, с ровными гранями. А эти – округлые, совсем не плоские, напоминают облака в туманной дымке. Плывут, путаясь в шуге, и останавливаются. До весеннего ледохода. Так начинается зимняя жизнь северной реки.

Тысячи людей видели осенний ледоход. Его наблюдал В. К. Арсеньев вместе со своим спутником Дерсу Узала, оставил о нем сведения А. Ф. Миддендорф – известный путешественник XIX века, не верили глазам русские покорители Сибири, когда увидели белое чудо на осенней реке… А для сибиряков осенний ледоход – обычное явление, оно здесь было всегда.

И все-таки удивился ли кто по-настоящему этому творению природы? Думаю, нет. Утверждать так позволяет поиск, который я провел в Библиотеке имени В. И. Ленина, а также мои беседы с гидрологами и физиками. Откуда берутся странные льдины? Какова природа осеннего ледохода? Никто не объяснил.

В поисках ответа пришлось вспоминать забытые курсы наук, которые читали нам на лекциях в МГУ. Физика, гидрология, гляциология, криология… Давно ж это было. Осенние льдины для меня, географа-экономиста, стали своеобразным хобби. Хобби, которым не похвастаешься, как марками или спичечными коробками, но не менее интересным и увлекательным… Я стал коллекционировать знания: искать и коллекционировать.

Итак, белые льдины, выныривающие со дна… Природа летнего ледохода известна. За зиму сибирская стужа промораживает до дна, два-три метра глубины – морозу нипочем, всю реку скует к весне. Сам видел на БАМе, как бурили лед на реке, он был в три метра толщиной. А подо льдом жила река, глубиной всего-то сантиметров десять – двадцать. Весной эту промерзшую реку зальют талые воды, со склонов окрестных сопок побегут ручьи, а сойдутся они как раз на реке, оставив внизу, под собой, лед. Через месяц-полтора прогреется река, зимний лед, подтаяв, всплывет на поверхность и вскоре растает на долгой дороге в Арктику. Лето все-таки.

А вот природу осеннего ледохода объяснить не просто. Осенью температура на дне реки положительная, этой температуры мало, чтобы вода превратилась в лед… Стоп. А как же белые льдины? Они появляются именно в этих условиях.

Обращаюсь к литературе: «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… Признаюсь, ничего из этого объяснения не понял, оно бессмысленно.

…Здесь делаю отступление, чтобы объяснить читателям простую истину, вода – самое распространенное на Земле вещество! – очень слабо изучена. Ее свойства порой приводят ученых в замешательство. Так, если удалить из воды ядра кристаллизации (а ими могут быть любые вкрапления, даже микробы), то она не замерзнет и при температуре в минус двадцать градусов.

На этом ее редкостном свойстве остановлюсь чуть подробнее.

При температуре плюс четыре градуса вода имеет абсолютную плотность, то есть в этот момент она самая тяжелая. Но с дальнейшим понижением температуры плотность ее начинает уменьшаться, вода становится легче, а в стадии льда – совсем легкой, поэтому лед плавает. В реке или озере у дна зимой температура всегда положительная, самая высокая, там скапливается рыба и другая живность, а она знает, где теплая вода в реке! Даже в сильнейший мороз на дне будут сохраняться массы сравнительно теплой воды…

Еще штрих, который тоже нельзя сбросить со счетов в дальнейших рассуждениях, – приблизительность количественных характеристик. «Около четырех градусов…», «почти» – эти слова не делают чести исследователю, но без них не обойтись. Лабораторной чистоты в природе не бывает. Если быть точным, то максимальную плотность воды наблюдают при температуре плюс 3,98 градуса, однако таких условий в реке нет. Почему? Потому что там не дистиллированная вода.

Река это всегда раствор, где-то он одного состава, где-то другого. А если природная вода – раствор, то согласно законам термодинамики неизбежна сдвижка физико-химических характеристик, вернее их количественных значений. Отсюда приблизительность, пусть на сотые, а порой и десятые доли градуса. В том нет ничего страшного, считаем же мы время с точностью до минуты, и устраивает, хотя есть секунды, о которых редко кто говорит, разве что на спортивных соревнованиях.

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

Дно согревает сама река! Донный грунт, точнее, поверхность соприкосновения воды и грунта, всегда имеет положительную температуру. Если б было иначе, то северные реки текли по ледяному желобу, чего в природе не наблюдается. Наблюдают другое. Когда озеро или река входят в соприкосновение с подземным льдом на берегу или у дна, лед тает.

Кстати, мало кто знает, что реки и озера на Севере «блуждают». Вечномерзлый грунт разрушается от воздействия тепла водной массы, особенно летом, мерзлые берега подтаивают и осыпаются. На несколько метров за лето может сместиться озеро в тундре. А то и вовсе исчезнуть, если на его пути встретится подземная жила льда. Такие случаи зафиксированы в литературе, этот процесс называется термокарстовым…

А теперь, получив дополнительные сведения о свойствах воды, вернемся к подводному льду.

Продолжаю цитировать учебник: «При возникновении подводного льда замерзающий приземный слой воды может охлаждаться за счет теплопроводности подстилающей горной породы, если она имеет отрицательную температуру…»

После этой фразы у меня возникло подозрение в достоверности предлагаемого текста. Налицо явное нарушение физического закона: якобы более легкая масса воды (то есть нарождающийся лед) должна быть у дна. Как раз нет!.. Неприемлемо и утверждение о теплопроводности горной породы – грунт в точке соприкосновения с речной водой не может иметь отрицательную температуру, тогда, повторяю, реки бы текли по ледяному желобу.

Чтобы хоть как-то объяснить механизм подводного ледообразования, автор учебника откровенно игнорирует законы природы. В частности, говорит о кристаллах льда, которые, по его мнению, опускаются на дно, хотя лед легче воды, из которой он образовался. Вот на порожистой реке – да, такое возможно. Там кристаллики шуги намораживаются на придонных камнях из-за турбулентности потока (на перекатах вода захватывает пузырьки морозного воздуха и охлаждается быстрее). Это так… Ну, а если река спокойная? Или в озере? Там турбулентности нет! Почему же кристаллы льда должны опускаться на дно?

Они и не опускаются, шуга плавает на поверхности. Сам видел.

Прочитанный текст удивил своими натяжками, а надежность «натянутого» объяснения сродни карточному домику: только дунь. И неудивительно, объяснение, как выяснилось, построено на результатах опытов, проведенных в 1938 году, налицо желание понять увиденное с помощью известных тогда теорий и доказательств… К сожалению, и в других литературных источниках даются те же объяснения, основанные на тех же опытах 30-х годов, но в чуть иной трактовке. Вот одно из них:

«Для образования льда в толще речной воды недостаточно определенного ее переохлаждения и энергичного перемешивания, необходимо еще, чтобы поверхность воды была свободна ото льда – через нее тепло будет уходить в атмосферу». Ну, это слишком вольно, все-таки физика наука, требующая уважения. Подобные объяснения природных явлений, по-моему, что игра в шахматы не по правилам: ферзя берут «за фук».

В водоемах переохлаждение воды бывает редко и самое большее на сотую долю градуса, так уж устроена матушка-природа на планете Земля, за этой сотой следует ледообразование, фазовый переход воды из жидкого в кристаллическое состояние. В лаборатории – да, после тщательнейшей подготовки, можно наблюдать переохлажденную воду. В природе – нет!..

Знакомство с зарубежной литературой не принесло удовлетворенности. Зарубежные авторы, правда, корректнее, они не фантазируют, как наши, а придерживаются мнения, что «причины появления подводного льда не выяснены».

Как видим, не все просто с образованием донного льда, который за рубежом называют якорным. «По-видимому, наиболее правдоподобной является теория, по которой якорный лед возникает в результате переохлаждения камней и грунта на дне реки и быстрого излучения ими тепла в ясные холодные ночи (при отсутствии льда на поверхности воды). Охлаждаясь при этом до 0 °С, 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…»

Чем не устроило меня это объяснение? Кроме уже упомянутых возражений? Осенью солнце на Севере совсем не теплое и мало его, чтобы река, тем более замерзающая, ощутила какое-то воздействие. Лед со дна всплывает и при солнце, и в пасмурную погоду, и даже вечером, когда температура воздуха минус двадцать градусов… Опять неточности?

Кстати, почему кто-то решил, что якорный лед нарастает за одну ночь? Нет. Процесс этот идет несколько дней, его можно наблюдать!.. И я согласился с мнением, природа внутриводного льда все-таки действительно не выяснена.

В поисках разумного объяснения причин осеннего ледохода я перепробовал немало гипотез: и своих, и чужих. Первое, что явилось на ум, подводный лед – это вода, в которой растворено что-то особенное. Однако физика разрушила это скороспелое предположение. Есть законы термодинамики, а они говорят, чем больше солей растворено в воде, тем ниже температура ее замерзания. Поэтому-то морская вода и замерзает только при отрицательной температуре… Физические законы не обойти.

Тут могло бы пригодиться еще одно мое «дорожное» наблюдение, но оно пригодилось не сразу, хотя тоже указывало на разгадку тайны подводного льда. Жители высоких широт не потребляют речной лед для приготовления пищи. На Севере принято брать для этого озерный лед или снег… Что же за вода такая намораживается у дна? И почему у дна, а потом всплывает на поверхность? Камни, коряги, лежащие на дне, осенью кажутся белыми от рыхлого осеннего льда. Смотришь на ветку или пень, а они будто под снегом. Под подводным снегом!

«Может быть, вечная мерзлота виной всему», – подумал я.

Нет… Не всюду всплывают осенние льдины, где есть мерзлота. И «подводный снег» не везде на Севере увидишь. Хотя, конечно, влияние мерзлоты сказывается. Не будь ее, не увидел бы осеннего ледохода. На южных реках его нет. Значит, скорее всего, мерзлота влияет на какие-то процессы, которые 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. Строго говоря, на юге «осенний ледоход» тоже есть, но идет он подо льдом и скрыт от взоров наблюдателя, внутриводный лед, как известно, встречается и там. На Неве, например.

Однако ответ на главный вопрос найти не удавалось, пока не предположил, а что если в речной воде находится какая-то другая вода. Та, что превращается в лед именно у дна и больше нигде. Ведь все тяжелые частички в воде стремятся вниз, ко дну, так велят им силы гравитации… Тяжелая вода? А почему бы и нет.

Тяжелая вода – это изотопная разновидность воды. В?ней вместо обычного водорода (протия) присутствует его изотоп – дейтерий, а он вдвое тяжелее. Известны десятки изотопных разновидностей воды. Они различаются между собой. Теоретически можно встретить даже сотни «сортов» воды. Но только теоретически. Не все изотопы водорода и кислорода известны науке, тем более некоторые из них недолговечны. Всего у водорода может быть пять изотопов, ныне открыты два – дейтерий и тритий. Оба получаются из протия.

Значит, в природе есть протиевая (обычная), дейтериевая (тяжелая) и тритиевая (сверхтяжелая) вода. Но тритий редок, это нестабильный изотоп, поэтому сверхтяжелой воды почти не бывает. По одним расчетам выходит, ее несколько литров на планете, а по другим – несколько наперстков. В общем, не известно сколько.

Правда, метеорологи отметили, трития в природе прибавилось, особенно в 50-х годах, когда испытывали атомное оружие в атмосфере. То был тритий техногенного происхождения, он – следствие повышенной радиации.

Надо заметить, в природе дейтерий и тритий получаются из протия под воздействием радиации, но космической. Нейтрон, попадая в водную среду, может быть захвачен атомом протия… Процесс этот сложный, его изучает физика элементарных частиц, но упрощенно он выглядит именно как «захват». Получив нейтрон космического происхождения, атом протия становится тяжелее, и с этого мгновения он уже называется дейтерием. Если к нему попадет еще один нейтрон, то атом станет тяжелее, и называться 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 каждый год, каждый час, каждый миг.

Если мы откроем водопроводный кран, то и там не будет однородной воды, а будет радиоизотопная смесь. Причем молекул, содержащих дейтерий (D₂O и HDO), будет немного – по массе что-то около 150 граммов в пересчете на тонну простой воды… Получается, тяжелая вода всюду – в каждой капле, и каждой луже! – проблема в том, как увидеть ее.

150 граммов на тонну это уже что-то… Много или мало? Как оценить. 0,015 % – цифра невелика, чтобы говорить о ее весомости. И тем не менее. Проведем простейший опыт. В стакан с водой бросим кристаллик марганцовки, вообразив, что марганцовка имитирует тяжелую воду… Вода окрасилась, наглядный получился опыт. А ведь несколько крупиц марганцовки – это еще не 0,015 %.

Существование дейтерия предсказал Э. Резерфорд, то было одно из выдающихся открытий, которые относятся к категории «открытий на кончике пера». А уже в 1932 году Гарольд Юри объявил миру на новогоднем собрании Американской ассоциации развития науки об открытии им тяжелого водорода – дейтерия. За это выдающееся достижение ученый был отмечен Нобелевской премией 1934 года.

Потом узнали о тяжелой воде, о ее свойствах. Оказывается, плотность ее на 10 % больше, чем обычной. Максимальная плотность бывает при температуре плюс 11 градусов.

Но самым главным отличием тяжелой воды мне показалось то, что она замерзает при положительной температуре, то есть плюс 3,81 градуса! Допустить, что именно тяжелая вода собирается в осенних льдинах, соблазнительно, не противоречило бы законам физики, фазовый переход при температуре, что на дне осенней реки, возможен. Некоторое количество льда обязательно получится.

Однако разочарование уже поджидало меня. Научная литература сообщала, что тяжелой воды (D20) в природе нет. Вернее, почти нет. Дейтерий в природной воде находится в молекулах, включающих в себя один атом кислорода, один атом протия и один атом дейтерия (НDО). У этих «гибридных» молекул свойства иные, чем у тяжелой воды, «гибриды» на 5 процентов тяжелее обыкновенной воды.

Разочарование не обескуражило, а заставило углубить поиск, расширить свои знания, не отчаиваться, идти вперед, изучать специальную литературу. И думать, думать, думать… Конечно, трудно, но надо было искать, ведь при желании можно самостоятельно освоить даже китайский язык.

Узнал, как получают тяжелую воду. Известные технологии требуют больших затрат энергии и дорогостоящего оборудования. Кстати, производительность их невелика… И вот находка, подарившая надежду.

Если сопоставить физико-химические данные (это узкоспециальный вопрос, останавливаться на нем не буду), то получится: при понижении температуры в природной воде количество молекул тяжелой воды увеличивается. А количество «гибридных» молекул, наоборот, уменьшается. Это следствие ассоциации и диссоциации молекул, то есть физического процесса, обязательного при понижении температуры. Так вещество готовится к фазовому переходу из жидкого состояния в твердое.

В реке этот процесс и начинается осенью, он изменяет водородные связи, а с ними – структуру воды: появляются удвоенные или утроенные молекулы. Это и есть процесс зарождения льда – кристаллического тела… Процесс таинственный, он разделяет водный раствор, и вода обретает свойства жидкого кристалла. Иначе говоря, она находится в некой пограничной зоне – уже не вода, но еще и не лед.

В этом процессе соединения дейтерия ведут себя, как братья в трудную пору – они объединяются. Число «гибридных» молекул уменьшается, а «чистых» дейтериевых растет! Когда созреют условия для фазового перехода, дейтериевые молекулы первыми реагируют – у дна водоема появляются кристаллы «тяжелого» льда. Эти кристаллики могут слипаться между собой и образовывать «плавающие» снежинки. Могут таять и вновь появляться в воде, более крупными кристаллами. Они не могут одного – всплыть. Потому что их плотность больше, чем плотность воды в придонной зоне водоема.

Течение понесет образовавшиеся кристаллы, «прилепит» их к ядрам сбора, то есть к корягам, камням на дне, словом, к любым преградам, встречающимся на пути. Постепенно кристаллов тяжелой воды на преградах соберется все больше, они облепят преграды и образуют белые льдины. Если преграда подвижна, то по дну реки будут кататься шары. Хрупкие ледяные шары, похожие на степное растение перекати-поле… Водолазы встречали шарообразные льдины, их катило течение замерзающей северной реки.

Почему всплывают подводные льдины? Потому, что они сложены не только из кристаллов тяжелой воды, но и простой воды, которая присутствует между хаотически намерзшими кристаллами. Такую воду называют кристаллизационной. Она и придает плавучесть подводным льдинам…

Теперь в моих рассуждениях вроде бы не было изъянов, все сложилось в мозаичную картину: фазовый переход, кристаллы, подводные льдины, состоящие из нагромождения кристаллов. Но известен ли в природе «бесформенный» лед?

Без особых надежд открываю книгу по гляциологии, чтобы узнать, какие бывают структуры льда, хотя со школы помню, лед – это кристаллическое тело. Наконец нахожу то, что не надеялся найти: «Подводный лед имеет весьма разнообразные формы. Как правило, он слагается кристаллами с хаотической ориентировкой». Эврика!

Вот оно, нагромождение смерзшихся кристаллов! Появилась уверенность. Узнаю больше о тяжелой воде, именно тяжелой, тяну за ниточку. Оказывается, дейтериевая вода подавляет все живое. Биологически очень опасное вещество! Значит, не случайно северные народы привередливы в выборе воды, вернее льда. Из реки лед в пищу не берут!

Что было дальше? А дальше я заметил, что гипотез о свойствах дейтерия высказано больше, чем достаточно. Однако данных, подтвержденных опытом, почти нет. Приходилось удивляться, как авторы иных высказываний рискнули строить выводы, располагая столь скудной информацией? Информация догадок явно преобладала над информацией факта.

Причина разнобоя (или неосведомленности?), по-моему, в… чрезвычайно высокой цене дейтерия на рынке (в тысячи раз дороже нефти). И в секретности, которой окутаны работы с ним. Ведь если поначалу на дейтерий смотрели как на химический курьез, то в конце 30-х годов, после исследований знаменитого итальянского физика Энрико Ферми, начался настоящий бум, акции дейтерия баснословно подскочили – тяжелая вода, как доказал гениальный итальянец, имеет огромное значение в военной промышленности будущего. Приближалась атомная эра человечества, а за ней виднелась водородная энергетика – экологически самая чистая. За ценой не стояли! Лучшие умы науки принялись совершенствовать технологию, которую до Второй мировой войны применила норвежская фирма «Норск-Гидро» – тогдашний монополист на рынке тяжелой воды.

В дальнейшем потребность в тяжелой воде лишь росла – она зарекомендовала себя в атомной энергетике как замедлитель быстрых нейтронов, как теплоноситель в 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.

Действительно, этим и можно объяснить скудность сведений о дейтерии (имею в виду геологическую и географическую науку).

По крупицам собирал я знания. Начал с происхождения природного дейтерия. Вроде бы ясно, он образуется из протия вследствие захвата космического нейтрона. Ясно и то, что дейтерий – стабильный изотоп. Но возник законный «географический» вопрос, а где на планете лучшие условия для образования дейтерия?

Воды экваториальной зоны Мирового океана, там, мол, наилучшие условия, прочитал я в одной из книг. Но так ли? Если верить пробам воды, то верно, концентрации дейтерия в экваториальных морях выше, чем в морях умеренных широт. Однако как не вспомнить Козьму Пруткова: «Не верь глазам своим». Почему у экватора дейтерия должно быть больше? Не ясно.

Думаю, разговор об условиях зарождения дейтерия лучше начать с космоса. И вот почему. Если взглянуть на планету со стороны, то увидишь сферичность ее поверхности и «приплюснутость» атмосферы. Над экватором слой атмосферы самый мощный, более 20 километров. А над полюсами наоборот – ее толщина не превышает 10 километров. Отсюда вывод. Если атмосфера защищает Землю от радиации, то космическим частицам легче пройти слой атмосферы в полярных районах, чем в экваториальных.

Утверждение логично, но в нем есть один нюанс, к которому мы вернемся чуть позже.

В полярных районах наиболее благоприятные условия для зарождения дейтерия еще и потому, что там поверхность почти вся покрыта протием – вода, снег, ледники. Не случайно плавающий многолетний (паковый) лед в Арктике богаче дейтерием, чем вода, омывающая его, но этот доказанный факт чаще почему-то принимается за исключение, чем за правило. Воистину: «Не верь глазам своим»…

«Воды высоких широт бедны дейтерием», – фраза прижилась едва ли не во всех учебниках. Почему бедны? Оказывается, в 40-е годы проводился анализ проб воды и льда из Большого Медвежьего озера в Канаде и из реки Колумбии в США, было отмечено: содержание дейтерия там ниже, чем в южных водоемах. Отсюда и пошло это расхожее утверждение.

В «северных» пробах известный физик И. Киршенбаум и его коллеги сомневались, полученный результат выглядел странно, он не вписывался в картину «дейтериевого» мира и противоречил логике, но с ним согласились. А нужно-то было задать один-единственный вопрос – не задали. Если в зимнем водоеме дейтерия меньше, чем летом, спрашивается, где «зимует» дейтерий? Вот, собственно, и весь вопрос.

Мне он показался уместным, потому что летом процентное содержание дейтерия в северных водоемах возвращается к норме, о том написал сам И. Киршенбаум, разбирая пример реки Колумбии, упоминал о нем и К. Ранкама… Куда девается на зиму дейтерий, вернее, часть его? Как тут не вспомнить о белых льдинах, всплывающих осенью со дна рек Севера, когда температура воды положительная и ледостав еще не начался… Вернемся к началу нашего очерка, на якутскую землю. В осень. К льдинам, которые, подобно белым лебедям, одиноко плавают на застывающей реке.

Пройдет время, бурный весенний паводок взломает лед на реке, разольется половодье, льдины понесутся в Северный Ледовитый океан. Так бывает каждую весну. Могучие реки питают полярный океан, только один Енисей каждую секунду поставляет 20 тысяч кубометров воды, а в ней есть и дейтериевая. Сколько ее? Фантастически много! Каждые сутки река выносит в Арктику 256 тысяч кубических метров тяжелой воды…

Кто теперь скажет, что тяжелая вода редкий ресурс?

Всего за год Арктика получает не менее 3 миллионов кубометров тяжелой воды из различных источников – стоков рек, океанических течений, атмосферных осадков. Цифра фантастически гигантская, но реальная. Данные А. Редфилда и И. Фридмана косвенно говорят о том же. Эти исследователи прошли, образно говоря, от Арктики до Антарктиды, придерживаясь атлантического меридиана, и пронаблюдали содержание в воде дейтерия. Они просмотрели планету как бы в разрезе, от полюса до полюса. И что же? Самые значительные концентрации тяжелой воды обнаружились в Арктическом бассейне!

Но эти наблюдения остались без внимания, они даже не вызвали дискуссию. Старая догма творила свое магическое действие.

В Арктике безо всякой системы, только в 6 пунктах, эти два исследователя взяли по несколько проб океанической воды: Северная Шотландия, центр Норвежского моря, Шпицберген, Северный полюс, Центральная Арктика, мыс Барроу. Последний пункт дал максимальный результат. Почему? Да потому что пробы взяли там, где оказывало влияние течение, точнее, вода, поступающая от таяния плавающего льда.

В Арктике, как и в северной реке, те же условия для фазового перехода тяжелой воды, для ее накопления в виде льда. «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. Все видели в кино летнюю Арктику, одинокие белые льдины, которые плавают в ее холодных водах.

Арктика – это огромное плавающее ледяное поле в океане. Поле, под которым свисают ледяные сталактиты, похожие на сосульки, это тоже внутриводный лед, одна из форм. Он никем не исследован, слишком сложно вести наблюдение. Мощные сталактиты свисают на десятки и сотни метров, находясь в сравнительно теплых слоях океана…

Для большинства людей льды – просто льды, для географа – природная система, а в природе нет ничего лишнего, простого, случайного. Все взаимосвязано, все в комплексе. Те же «тяжелые» льды. Зарождаются они согласно законам природы, и движение их в океане тоже согласуется с этими законами. За год только через Гренландское море проходит до 3 миллионов кубических метров тяжелой воды. Солидная «сырьевая база» для добычи.

Возможна ошибка в этом прогнозе? Конечно. Гипотеза отличается от теории тем, что она не бесспорна. Однако и от фантазии отличается, потому что имеет под собой научные факты, подтверждающие мысль автора. Не поэтому ли анализ проб, взятых во фьордах Гренландии, показал самое высокое процентное содержание дейтерия? Но во внутренних районах Антарктиды условия для поиска дейтерия еще лучше… Как говорится, дело за малым.

Все-таки удивителен мир, в котором мы живем, он бесконечен для познания! Арктика и Антарктида станут поставлять топливо для водородной энергетики, не странно ли?

…Всякий раз переживаю, вспоминая папку с коллекцией сведений о тяжелой воде. Хобби есть хобби, минуты счастья одинаковы у всех коллекционеров, обладателей редкостей, но я был бы не я, если б оставил свою «коллекцию» в прозябании… Естественно, принялся ждать осени и готовить себя к экспедиции в Якутию – за образцами тяжелого льда. Иначе моя коллекция была бы неполной, ей требовался заключительный экспонат.

Я понимал, за этим экспонатом придется нырять в ледяную воду, поэтому закалялся физически – «моржевал» на Москве-реке, ежедневно тридцать – сорок минут плавал. О моральной стороне дела не думал. Так продолжалось до октября, то есть до самой поездки. Температуру воды научился измерять собственным телом, о чем мог бы написать очерк.

В ненаписанном очерке были бы строки, как договаривался с руководством Якутского порта о месте на судне, закрывавшем навигацию на Лене, здесь целая история (мы вышли-таки по чистой воде!). Помню, как ночью меня разбудили одним словом: «лед», этого слова я ждал два дня… Помню, как спустили на воду катер, и мы с капитаном поплыли брать пробы. Помню стужу, сковавшую тело, и тепло ледяной воды. Но главное – лед! Рыхлый, податливый, он ждал прикосновения моей руки…

А что случилось потом, стараюсь забыть, как страшный сон. Москва холодно приняла мои находки, к ее холоду я оказался абсолютно не готов. Начались откровенные унижения. Последней каплей стало требование денег – огромной суммы! – за то, чтобы сделать анализ привезенных проб. Денег у меня, естественно, не было, было другое – знание… Но не ведал еще, что чернила ученого и кровь мученика имеют перед Небом одинаковую ценность. Я в отчаянии выбросил в Москву-реку свое сокровище вместе с папкой.

Безнадежность убивала, не давала дышать, тогда нашел лекарство, которое спасло мне жизнь: новую тему. Чтобы подальше удалиться от земной грязи, стал собирать сведения о серебристых облаках… самых высоких облаках на свете.

Они, как привидения, появляются в сумерках. Когда чистое-чистое небо. Я видел их не раз за городом и всегда удивлялся – еще одна неизведанная загадка природы. Серебристые облака, редкие пришельцы неба, словно серебристо-синяя вуаль, висят над планетой. Вуаль, сквозь которую проглядывают звезды. Кажется, таинственная фея летит куда-то… Почему эти облака загадка?

Непонятно, как образуются. Их не должно быть. Капельки воды, согласно физическим законам, никогда не поднимутся выше пятнадцати километров, там другая среда – вакуум, где свои законы. Атмосферная влага (та, что в воздухе) лишь до высоты шесть километров способна собраться в облачность: там появляются перистые или перисто-слоистые облака, самые высокие.

Серебристые же облака живут на высоте 80–85 километров. Почему?

За счет чего висят они в атмосфере, вернее, в безвоздушном пространстве? И куда исчезают зимой? Почему не видели их в странах, лежащих у экватора? А наблюдают летом, на широте между Тулой и Петрозаводском. В Южном полушарии они тоже видны летом и тоже в интервале 55–60 градусов широты.

Собственно, все это известно давно. Высказано немало гипотез. Существует мнение, что серебристые облака – это космическая пыль, покрытая ледяной оболочкой. Есть и иное: кристаллики космического льда, покрытые пылью. Были высказаны и другие гипотезы, но все они не ответили на простой вопрос – как кристаллики попали на такую высоту?

После первых полетов космонавтов сведений о серебристых облаках прибавилось. С космического корабля их можно наблюдать у полюса и у экватора. Наша планета окутана тончайшими облаками, которые не отовсюду видимы из-за особенностей преломления света в атмосфере. «Серебристые облака завораживают, – сообщал космонавт В. Севастьянов. – Холодный белый цвет, чуть матовый, иногда перламутровый. Структура либо очень тонкая и яркая на границе абсолютно черного неба, либо ячеистая, похожая на крыло лебедя, когда облако проектируется на фон Земли».

Еще космонавты заметили, серебристые облака лежат в два-три яруса. Поверхность их волнистая, как и у обычных кучевых облаков, знакомых каждому, кто летал в самолете. Теперь стали известны и закономерности появления серебристых облаков, их сезонные изменения. Но на главный вопрос ответа нет – как появились они? Откуда? Почему?

И – у меня родилась мысль… Влага с поверхности планеты подняться так высоко не может. Космическая пыль – тоже. Тогда что здесь может быть? Почувствовал, настала пора задать (для уточнения) «географический» вопрос, где – здесь? С него надо начинать.

Серебристые облака, строго говоря, появляются в пограничном слое между мезосферой и термосферой. Это важное уточнение. Мезосфера – разреженный, очень холодный слой атмосферы, ее температура минус 90 градусов Цельсия. А термосфера – наоборот, горячий слой атмосферы, он выше мезосферы, имеет температуру до 1500 градусов Кельвина.

Разумно предположить, серебристые облака – конденсат, который образуется на границе холодного и горячего газообразного тела… Возможно. Тогда новый вопрос, какое вещество конденсирует? По-моему, это вода. Не простая вода, а разновидность тяжелой. Появиться она может так.

Известно, что с поверхности планеты поднимается водород, за Землей тянется шлейф газа – водорода, самого распространенного элемента Вселенной. В термосфере на атомы водорода воздействуют космические лучи. И некоторое количество протия превращается в дейтерий. Атомы кислорода – еще одного газа, из которого состоит атмосфера – тоже присутствуют в термосфере, и они подвергаются обработке космической радиацией. Образуются изотопы кислорода.

Причем тут космическая радиация? Но серебристые облака появляются после вспышек солнечной активности, метеорных потоков и иных возмущений… Остается лишь спросить, могут ли изотопы водорода и кислорода соединиться? Иначе говоря, могут ли появиться молекулы тяжелой воды?

Могут. Температуры термосферы достаточно для реакции соединения. Именно при такой температуре гениальный Антуан Лавуазье соединил два газа – кислород и водород, и мир узнал о строении воды. Правда, Лавуазье провел свою реакцию, поместив газы в закупоренный ружейный ствол, который потом прокалил в печи. В нашем же случае атомы водорода и кислорода соединяются в естественных условиях – в термосфере.

Из серебристых облаков, как и из других облаков, выпадают осадки – мельчайшие кристаллики, они опускаются вниз, к Земле, смешиваясь с атмосферной влагой (дождями и снегом), попадают в водоемы, пополняя их тяжелыми изотопами…

Остаются два вопроса. Почему исчезают серебристые облака зимой? Да потому, что в зимнее время солнечная активность приходится на противоположное полушарие – лето! А где лето, там и зарождаются серебристые облака, ибо там гелиофизическая активность, то есть сильнее космические лучи.

Почему облака видны с поверхности планеты не повсеместно, а в узком интервале широты? И в густых сумерках? Это зависит от строения атмосферы и от нашего зрения…

Если мои рассуждения не противоречат действительности, то напрашивается новая мысль, которая отнюдь не бесспорна: в слоях термосферы может появиться не только вода, но любое другое вещество, в том числе органическое.

Следы органических веществ наблюдали (и не раз) при изучении метеоритов!

Здесь, на границе термосферы, могут обитать неизвестные нам формы жизни. Почему нет? В термосфере есть атомы углерода, азота, других элементов, входящих в состав живой материи. И нет никаких препятствий тому, чтобы под воздействием космических лучей не проходили сложные физико-химические реакции. Любые! Даже те, в результате которых появилась живая материя.

Выходит, жизнь на небесах возможна… Что, если и вправду дух витает над планетой? Высший Разум, с которого началось все материальное и нематериальное на Земле?

Москва, издательство «Знание», серия «Знак вопроса».

Март 1989 г.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.