Эликсир жизни хранит еще немало тайн: чем обусловлены аномалии воды?

В этом кране, которого я не касался весь отпуск, наконец что-то забурлило, заклокотало. Откуда-то из глубины металлических труб мне навстречу пробивалась основа жизни, ее чудесная субстанция — вода. Сладчайшая вода, боготворимая мистиками и язычниками, вода, дающая надежду всему живому.

С незапамятных времен люди селились по берегам рек и озер, вдоль водных путей и возле источников, почитая священными и ручейки, и родники. Человеческая цивилизация зарождалась в долинах великих рек.

Наконец с фырканьем из крана стали стекать ржавые струи городской воды. Я подождал четверть часа, пока их муть не посветлела, и, боязливо косясь на эту расфасованную по трубам порцию хлорной влаги, наполнил ею кофейник. Вновь начались городские будни. Будни, где люди гибнут за металл и умирают от воды.

• Согласно Докладу ООН о состоянии водных ресурсов, “ежедневно около 6000 человек, прежде всего дети моложе пяти лет, умирают от болезней, вызванных плохим качеством воды”.

• По самым осторожным оценкам, от одного до полутора миллиардов человек не имеют возможности пить чистую воду. Сейчас почти половина всех жителей Африки вынуждены добираться до ближайшего источника питьевой воды более километра. Поэтому дети в жару готовы напиться где угодно. Неслучайно желудочно-кишечные инфекции занимают второе место среди главных причин смертности африканских детей.

По некоторым оценкам, каждый второй россиянин пьет воду, несущую риск для здоровья. Среди самых неблагополучных регионов — Дальний Восток, Калининградская область, Калмыкия, Карелия и Карачаево-Черкесия. По сообщению Москомприроды, за последнее десятилетие в городских и областных водоемах также заметно повысилось содержание сульфатов, хлоридов, железа, меди, нефтепродуктов, попадающих туда вместе с промышленными стоками. Чистая вода становится дефицитом во всем мире. Уже в середине 1990-х годов от ее нехватки страдало 40% населения планеты. По прогнозам ученых, вследствие изменений климата в ХХI веке дефицит питьевой воды станет еще заметнее. Так, по одному из сценариев, в 2080 году от 14 до 38% жителей средиземноморских стран Европы ощутят этот дефицит на себе.

 

Капли воды из фонтана в Эльзасе (слева), и Рейна (справа)

Спрос на чистую пресную воду растет, но ее запасы стремительно сокращаются. Многие реки и озера сильно загрязнены; другие заметно мелеют. Карта мира выцветает на наших глазах.

Цена китайского прогресса

Минувшей зимой жители Дальнего Востока с ужасом узнали об аварии на химическом комбинате в Китае. В результате в воды одного из притоков Амура — Сунгари — попало 100 тонн бензола и тяжелых металлов, но это лишь “вершина айсберга”. Все крупные реки Китая отравлены. По некоторым оценкам, до 700 миллионов китайцев лишены возможности пить чистую воду. Из 669 крупных городов страны 400 страдают от нехватки воды. Лишь в половине крупных городов Китая занимаются очисткой сточных вод. Кислотные дожди выпадают на трети территории КНР. Четвертая часть страны превратилась в пустыню. По оценке экологов, если положение дел не изменится, то в ближайшие годы около 150 миллионов человек вынуждены будут переселиться в другие районы страны из-за неблагоприятной экологической обстановки.

• Так, знаменитая Желтая река — Хуанхэ — жарким летом почти пересыхает в низовьях, поскольку огромное количество воды отводится на нужды сельского хозяйства.

• Площадь крупнейших африканских озер за последние десятилетия заметно уменьшилась. Все они переживают такую же — более или менее быструю — деградацию, как и Арал. Особенно стремительно высыхает озеро Чад — важнейший источник питьевой воды в Западной Африке (см. “Знание — сила”, №10/2001).

Запасы воды убывают на всех континентах, и этот дефицит может стать со временем поводом для развязывания новых войн. Надеясь улучшить снабжение водой мегаполисов, власти ряда стран затевают грандиозную переброску рек, не считаясь с тем, что эти спасительные, как им кажется, меры могут изменить климат целых регионов.

• Так, воды Янцзы будут переброшены на север. Планируется каждый год отводить в сторону Пекина до 50 миллиардов кубических метров воды. Впрочем, критики полагают, что на этом долгом пути — свыше 1000 километров! — большая часть воды попросту просочится в песок (в речных руслах этому препятствуют глина и ил, накопившиеся за тысячелетия). Возможно, в ближайшие десятилетия Янцзы, как и Желтая река, тоже сильно обмелеет.

• Китае подумывают также о переброске в центральные районы вод реки Цангпо, протекающей в Тибете, — той самой реки, что, повернув на юг, становится одной из крупнейших рек Индии, где ее называют Брахмапутрой. Подобный план уже привел к трениям в отношениях между Китаем и Индией. Можно ли и в XXI веке по-прежнему считать, что реки являются полной собственностью тех стран, где они протекают? И вольны ли эти страны и впредь распоряжаться водой рек, как им угодно?

• В самой Индии предусмотрено построить три десятка каналов для орошения засушливых территорий. Воду будут брать из Ганга, Брахмапутры и еще двенадцати рек. Реализация этих планов приведет к тому, что население соседней страны — Бангладеш, лежащей в устье Ганга, — все больше будет страдать от нехватки питьевой воды.

А ведь воды требуется тоже все больше. К 2025 году — одно поколение спустя — нашу планету будет населять 8 миллиардов человек. Расчеты показывают, что суммарного годового количества осадков уже не хватит, чтобы покрыть ежегодную потребность населения планеты в воде.

Мы вынуждены пить воду “в кредит”, проматывая запасы ее подземных хранилищ. Уровень грунтовых вод во многих районах планеты заметно понизился. В Пекине, например, он каждый год становится ниже примерно на полтора метра. За несколько десятилетий грунтовые воды отступили здесь вглубь земли метров на шестьдесят. Проседает и почва — в некоторых районах уже метра на три.

Чище вода, сильнее голод

Одна из самых больших проблем Африки — нехватка чистой питьевой воды. Впрочем, и наличие воды тоже превращается в проблему, как показывает исследование британских социологов М. Джибсон и Р. Мэйс. Они проанализировали статистику детской рождаемости в деревнях Южной Эфиопии, где в период с 1996 по 2000 год был проложен водопровод. Оказалось, что с появлением технического прогресса рождаемость здесь увеличилась в три раза. Что ж, женщинам, к которым в сельской глуши Африки подчас относятся, как к вьючному скоту, не надо было теперь по несколько часов в день ходить с тяжелыми канистрами за водой на источник. У них оставалось больше сил, чтобы выносить ребенка. Но зато местные жители столкнулись с другой проблемой. Их дети все чаще страдали от недоедания. Ведь с появлением водопровода стало больше детей, а вовсе не запасов пищи.

Что помнят капли?

Японский исследователь М. Эмото и его российский коллега С. Зенин демонстрируют красивые фотографии неких микрокристаллических структур. Эти снимки призваны доказать, что “у каждой капли воды есть свои воспоминания”. В интервью журналу Focus физик Т. Эльзессер прокомментировал подобные заявления. “Речь идет о веществах, которые были растворены в воде. Химики называют это остатком, образующимся при испарении воды. Подобные структуры, однако, не позволяют что-либо сказать о той среде, где содержались эти вещества, то есть о самой воде… Часто эти структуры выглядят очень красиво, но они ничего не говорят о происхождении воды и не доказывают, что у нее есть какая-то память… По этим картинкам просто невозможно понять и объяснить, откуда взята та или иная капля воды — из горного ручья или стоков электростанции… Этот узор зависит, прежде всего, от химического состава воды”.

В Бангладеш и странах Персидского залива в пустоты, образовавшиеся в подземных резервуарах, все чаще просачивается морская вода. Страны Персидского залива вообще принадлежат к беднейшим на нашей планете, если иметь в виду запасы воды. Так, в Саудовской Аравии на бытовые и хозяйственные нужды расходуются в основном грунтовые воды — до 90%. Их ежегодный дефицит в этом регионе достигает 16 миллиардов кубических метров. Это в 4 раза больше общего количества питьевой воды, потребляемой в такой стране, как Германия. Аналитики невесело шутят, что скоро вода здесь станет такой же в цене, как нефть. В конце концов, неизбежно массовое строительство в этом регионе дорогих опреснительных установок. Уже сейчас на это уходит немалое количество нефтедолларов.

Появляются подобные установки и в умеренных широтах. По сообщению журнала Spiegel, запланировано строительство громадных водоопреснительных сооружений в Лондоне, китайском мегаполисе Тяньцзинь, на юге Испании. В частности, в Лондоне планируется построить эту установку в устье Темзы, где она будет производить до 150 миллионов литров воды в день. Этого хватит на 900 тысяч человек. Подобные планы родились неслучайно. Жарким летом в 2003 и 2006 годах в городе едва не иссякли запасы питьевой воды.

Между тем огромное количество воды мы бездарно растрачиваем. Из-за устаревших водопроводных труб в той же Великобритании, Франции, Италии теряется от 25 до 29% всей питьевой воды, в Китае — 40%, а в африканских городах — даже 50%.

По идее, водопроводные трубы должны служить верой-правдой полвека. Однако некоторые не выдерживают уже через несколько лет. Так, стальные трубы, преимущественно используемые в России, за 5-10 лет успевают не только прохудиться, но и покрыться изнутри толстым слоем ржавчины и бактерий. Впрочем, не только у нас, но и во всем мире у коммунальных служб не хватает средств на замену устаревших труб, и их эксплуатируют и дальше, латая дыры. Только в США в ближайшие 20 лет надо вложить в ремонт и обновление водопроводных систем около 1000 миллиардов долларов.

Ввиду нарастающего спроса на питьевую воду рынок ее производства становится все более перспективным. Здесь смело внедряются самые разные инновации. Традиционно примеси, содержавшиеся в воде, обезвреживали химическим путем; теперь считается более перспективным сепарировать их, используя физические методы.

Так, в мембранной технологии вода под давлением закачивается в особые модули, содержащие микроскопически мелкие поры. С помощью таких “мембран” можно выловить из воды почти все — бактерии, вирусы, крупицы твердых веществ диаметром до 0,0001 микрона. По оценке консалтинговых компаний, оборот в сфере мембранных технологий достигнет к 2008 году 9 миллиардов долларов.

Мембранные очистители пригодны даже для опреснения морской воды. Агрегат объемом в один кубический метр, использующий солнечную энергию, может за день получить до 5000 литров питьевой воды из грязной воды или до 600 литров из морской воды. Последнюю под давлением в 60 атмосфер пропускают через мембрану с мельчайшими порами, сквозь которые не могут протиснуться молекулы соли. Такой агрегат можно использовать в странах Африки, страдающих от нехватки питьевой воды, или в зонах бедствия.

Эта пахнущая хлоркой жидкость, льющаяся из-под крана, только кажется нам такой знакомой. Вода полна тайн; она обладает целым рядом необычных свойств. Порой она ведет себя так, шутят ученые, словно законы физики и химии писаны вовсе не для нее.

Многие аномалии воды, очевидно, обусловлены ее особой молекулярной структурой. Ее молекулы — пресловутые “аш-два-о” — представляют собой своеобразные диполи с отрицательно заряженным центром (атомом кислорода) и положительно заряженным центром — атомами водорода. В жидкой воде эти диполи пребывают в постоянном движении. Стоит им сблизиться, как между ними образуется так называемый водородный мостик. Любая молекула воды может притянуть к себе до четырех других. Так возникает неповторимый узор — целая сеть, сплетенная из молекул, взвихренная рябь, без конца свивающаяся в колечки, цепочки…

Подобные образования — кластеры — не дают покоя исследователям. Их занимает вопрос: нельзя ли использовать воду для хранения информации? Битам и байтам могли бы соответствовать отдельные кластеры. Так неужели толща воды, словно ферромагнитный слой на ленте аудиокассеты, может хранить, например, сказанное? И может быть, мы научимся считывать с ленты воды новости ушедших времен?

Вопросы следуют за вопросами, один страннее другого. Вода имеет память? А может быть, и душу? Что если все наши чувства, весь опыт накапливаются в воде? Так, значит, вода реагирует на людей? Внимает музыке Моцарта и Шопена?

Однако есть непреложный закон: любой носитель информации должен подолгу находиться хотя бы в двух разных стабильных состояниях. В этом случае мы можем кодировать информацию в двоичной системе. Например, полупроводниковый транзистор, либо пропускает ток, либо не пропускает.

Что же с водой, с кутерьмой ее кластеров? Водородные связи неустойчивы; при комнатной температуре они мгновенно обрываются, чтобы тут же — от одной молекулы воды к другой — перекинуться новым мостиком. Весь вопрос в том, насколько нестабильны эти связи.

Феномен “памяти воды” заинтересовал даже редакцию авторитетного журнала “Nature”. На его страницах был опубликован отчет об эксперименте, проведенном сотрудниками Торонтского университета и Института имени Макса Борна в Берлине. Из него явствует, что вода — одно из самых “забывчивых” веществ на свете.

В этом эксперименте — им руководили Т. Эльзессер и Д. Миллер — генерировались колебания атомов, составлявших молекулу воды. Однако уже через 50 фемтосекунд колебания затухали (1 фемтосекунда = 10—15 секунды). Очевидно, причина крылась в слабости водородных мостиков, которые позволяют молекулам воды вращаться, крениться, опрокидываться. В образованной ими сети непрестанно происходили флуктуации, а потому вода мигом забывала свою прежнюю структуру — за те же 50 фемтосекунд от нее не оставалось и следа.

У воды попросту нет времени, чтобы успеть что-то запомнить. Ее структура меньше всего напоминает нечто стабильное, устойчивое. В ней так же трудно угадать какой-то порядок, как в ряби, мелькающей на волнах, распознать карту мира, или в вечной игре облаков заметить некий первообраз. Все, что писано на воде, вилами на воде писано. Если вы хотите хранить информацию пару фемтосекунд, то можете записывать ее на новый экзотический носитель — склянку с водой. Еще триллионная доля секунды — и ваша запись безнадежно устареет.

Вообще говоря, целое квазинаучное направление — гомеопатия — основано на гипотезе о том, что у воды есть память и она помнит о любых растворенных в ней ранее веществах. Действенность этого метода лечения пока не подтверждена наукой. Вот и эти результаты, полученные немецкими и канадскими учеными, опровергают мнение гомеопатов: никакого “молекулярного отпечатка” чужеродного вещества в воде не остается.

В живой и неживой природе протекает множество процессов, которые пока непонятны нам. Однако вводить для объяснения их некие неизвестные науке сущности — дело лишнее. В физике нет места эзотерике.

Впрочем, ученые признают, что “до сих пор фундаментальные физические, а отчасти и химические свойства воды остаются не поняты” (Т.Эльзессер). Таинственный эликсир жизни, вода, хранит еще немало тайн, которые предстоит открыть ученым XXI века. Большая часть человеческого организма состоит из воды, и все равно мы не понимаем пока это загадочное вещество, дающее нам жизнь.

Это вещество, без которого нам не будет жизни и в этом, и в следующие века. Пусть оно “благоволит литься” и впредь, течет везде и всегда! Чистая, питьевая вода.

(А все-таки, что бы ни говорили эксперименты, вода кажется нам живой. Нет, недаром ее почитали мистики и язычники древних времен…)

Александр ВОЛКОВ