Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Казалось бы, здесь все известно, «дом» этот — вода, НгО. Строение, свойства и взаимодействия воды с другими • веществами и природными объектами хо­рошо известны, и ничего нового открыться нам не мо­жет. Но вот, например, геологи до недавнего времени считали, и это, представлялось воем нам бесспорным со школьной скамьи, что разрушение горных пород проис­ходит вследствие замерзания воды в порах — аналогич­но тому, как лопается закрытая бутылка с замерзаю­щей водой. И только сравнительно недавно геологи установили что замерзание не имеет никакого значе­ния— главную роль играет просто переупорядочивание молекул воды, адсорбированной на кристаллах (но не замерзшей), при колебаниях температуры. Точно так же могут разрушать породу и другие жидкости, состоя­щие из полярных молекул, т. е. имеющих разноименно заряженные полюсы. Например, диметилформамид, молекула которого полярна, разрушает породу через 5 циклов нагревания До +85° С и охлаждения до 4-20° С. В то время как четыреххлористый углерод, молекула которого неполярна, не. действует таким

1 Chern. Eng. News., 1966, vol. 44, N 8, p. 102.

образом. Четкое, наглядное и «понятное» представле­ние о процессе приходится менять на нечто, как ка­жется, неопределенное и туманное. И самое неприят­ное— значит, нет гарантии, что и другие, не менее четкие и наглядные представления не подвергнутся со временем подобной же ревизии. ‘

Пример этот поучителен ещё в одном отношении. Совершенно незначительные, на первый взгляд, мелко­масштабные детали могут привести к крупным, гло­бального значения, последствиям. Микроскопические, на молекулярном уровне, особенности и взаимодей­ствия, являющиеся предметом интереса химии, вызы­вают макромасштабные, геологического уровня, , про­цессы. Между тем даже в наш атомный век человеку свойственно видеть причину гигантских природных яв­лений в не менее гигантских и масштабных источниках и действиях. Учитывая это, рассмотрим кратко строе­ние молекулы воды и структуру воды, обращая внима­ние не столько на хорошо известные из химии факты, сколько на те микроскопические особенности, которые, на наш взгляд, могут оказаться, существенными для представления о том, что же такое морская вода.

Элементы, из которых построена молекула воды, — кислород О и водород Н — порознь представляют собой элементарные электростатически сбалансированные си­стемы, — схемы которых изображены на рис. 21 а. Све­денные в одну молекулу два атома водорода и один атом кислорода (рис. 21 б) формально ничего нового не приобрели и не потеряли: их суммарная масса и взятых порознь, и сведенных в молекулу равна 18 атом­ным единицам, число элементарных частиц — протонов, электронов и нейтронов — тоже одинаково. Однако по свойствам и по своей сути — это не просто сумма 2Н и О, а некоторым образом упорядоченная устойчивая система из двух Н и одного О, элементы которой определенным образом взаимосвязаны и организован­ны в нечто новое — молекулу воды. Такое характерное свойство систем — качественное отличие их от суммы составляющих их элементов — называют эмерджент-

НОСТЬЮ.’ ‘

Из-за того что атом водорода отдает «свой» един­ственный электрон на образование молекулы воды, протон — ядро водорода — оказывается «голым», нг

В°д0Р°д

r®

®/——-

/

/

Рис. 21.

а— атомы кислорода — и водоро­да; б—-молекула, воды и ее электронные орбиты; в —4 по­люса зарядов в молекуле воды, расположенные в вершинах тет — • раэдра (проекция на плоскость).

прикрытым никакой электронной оболочкой. Он подтя­гивается очень близко к электронной оболочке кисло­рода. и в какой-то степени внедряется в нее. Электро­ны в среднем оказываются больше смещенными, в сторону кислорода, молекула воды становится поляр­ной, обладающей двумя разноименно заряженными полюсами, т. е. диполем: эффективный заряд при водо­роде +0,33, а при кислороде —0,66. Геометрическое

Вода Лед. Рис. 22. Геометрическая модель молекулы воды.

строение молекулы воды изображено на рис. 22. Значе­ния геометрических характеристик связаны с агрегатным состоянием воды.

, Проследим за дальнейшим переходом от молекулы воды к воде как реальному, веществу, т. е. к совокупно­сти огромного количества молекул воды. Как и в слу­чае любых других газообразных и жидких веществ, молекулы воды будут находиться в беспорядочном, хаотичном тепловом движении, тем более беспорядочном, чем выше температура. Однако электростатическое междипольное взаимодействие противодействует беспо­рядочному тепловому движению молекул и стремится ориентировать их совершенно определенным образом, при этом, как показано на рис. 23, протон одной моле­кулы воды (№ ^взаимодействует с электронами дру­гой молекулы воды (№ 2), протон которой в свою очередь может взаимодействовать с электронами моле­кулы № 3. В результате связь в самой молекуле № 2 будет поляризоваться еще больше, что в свою очередь приведет к. еще большему усилению связи между моле­кулами и т. д. Образуется так называемая водородная связь. Она очень слаба. Достаточно энергии 5—6 ккал на 1 моль вещества, чтобы разорвать ее. Для разрыва связи в самой молекуле воды такая минимально необходимая энергия (энергия связи D) почти в 20 раз больше, Dji-o = 109,4 юкал/моль воды. И все же благо­даря междипольному взаимодействию и главным обра­зом водородной связи молекулы воды противопостав­ляют хаосу теплового движения стремление к опреде­ленной упорядоченности в пространстве и, во времени и к образованию агрегатов, ассоциаций молекул воды из двух, трех и даже из четырех молекул. Насколько это им удается, зависит от температуры. Но если про­следить за любой молекулой воды, то окажется, что Совершенно «упорядочиться» ей не удается. Ассоциа­ции молекул возникают лишь на какое-то мгновение — тепловое движение и столкновения с другими молеку­лами практически мгновенно их разрушают, они снова на какое-то время образуются в другом месте. Если бы удалось сфотографировать картину в целом, то на фотографии. мы не увидели бы той упорядоченной структуры, которую рисуют в книгах и учебниках ^рис. 24 а), чтобы создать представление о тенденции,

на которую надо обратить внимание. Существует ли некоторая определенная структура воды реально? Пе^ ресчитав на «мгновенной» фотографии расположение

Рис. 24. Взаимодействие между молекулами в воде. с — упрощенное изображение водородной связи в воде; б — среди беспоря­дочно движущихся молекул воды непрерывно происходит образование и раз­рыв водородных связей; в — разрыв связей (диссоциация) в молекулах элек­тролитов в воде. D — энергия связи (ккал/моль); /—расстояние между яд­рами кислорода и водорода (А — ангстрем = 10-® см) внутри одной молекулй и между разными молекулами, связанными в двойной ассоциат.

^миллионов молекул и статистически проанализировав результат, можно обнаружить, что в среднем каждое мгновение больше чем половину молекул можно счи­тать связанными в ассоциации, расположение которых
в пространстве небеспорядочно и напоминает фанта­стический натянутый каркас из паутины, во всех местах то и дело рвущейся, но самовосстанавлаваю — щейся (рис., 24 б). Даже при температуре выше 100°С, когда энергия теплового движения велика, плотность

водяного пара такова, как если бы в среднем 3,5% мо­лекул существовало в виде ассоциации (Н20)2.

— Имеют ли значение столь слабые взаимодействия, есть ли какой-либо реально ощу­тимый эффект эмерджент — ности этой системы? Други­ми словами: есть ли какая — нибудь ощутимая разница в том, представляет ли собой вода определенным образом организованную совокуп­ность взаимодействующих элементов, т. е. систему, или это просто огромное коли­чество молекул Н2О? Таб­лица Менделеева позволяет Н20 H2S H2Se Н2Те рассчитать свойства и со-

О S0 100 стояние «воды», не обла-

Молекулярная масса » »

у ґ дающей присущими ей

Рис. 25. Сравнение действи — структурными особенностя-

тельных температур фазовых ми. Для этого. нужно экс-

переходов воды с ожидаемыми траполировать характери-

по аналогии с другими гидри — г. г гг

Дами VI-А группы периода — стики химических аналогов

ческой / системы элементов воды, соединений водорода

Менделеева. Эффект эмерд — с элементами той же ПОД­. ■* , жентности. группы, что и кислород (та-

1 ■+- температура кипения; — тем­’ Vv’ пература плавления. . КИМ ПуТбМ В СВ06 Врб-МЯ

Д. И. Менделеевым были точно предсказаны свойства некоторых еще не открытых веществ). Результаты такой экстраполяции хорошо известны.

Они приводятся на рис. 25. Температура плавления воды вместо 0 °С должна бы быть равна —95 °С, ■а температура кипения вместо 100 °С должна быть около —65 °С. Значит, если бы вода была «нор­
мальным» веществом, без водородных связей и обу­словленной ими упорядоченности, она существовала бы на Земле только в виде пара, как сероводород, и только где-нибудь в Якутии выпадала бы иногда зи­мой в виде дождя. Впрочем, весь температурный режим поверхности нашей планеты был бы иным. Да и Якутия не имела бы названия, поскольку не было бы людей и вообще живых организмов. Но допустим, что вопреки всему вода все равно замерзала бы при 0° С, кипела при 100° С и существовала бы на Земле одно­временно в трех фазовых состояниях — парообразном, жидком и твердом, как это, по-видимому, требуется для возникновения и существования жизни в том виде, в каком мы ее знаом. Однако теплоемкость воды была бы «нормальной», значительно ниже действительной, и тогда Землю лихорадило бы: температура то очень быстро поднималась бы до +100° С и вся масса воды испарялась бы, то так же быстро температура падала бы, местами ниже —100° С, и океан превращался бы в лед, потому что. плотность льда была бы выше плот­ности воды, как и положено нормальному веществу, и все новые и новые массы льда опускались бы на дно. Растворенные вещества выморозились бы из воды. Впрочем, их почти не было бы, так как вода в этом случае не была бы таким универсальным растворите­лем. Одним словом, выстроенный нами дом немедленно рухнул бы.

Рассмотренные особенности воды как сравнительно простой системы дают повод сформулировать некоторые свойства систем, хорошо известные из соответствующей специальной области науки—общей теории систем (пока мы вынуждены иметь в виду лишь некоторые свойства, характеризующие системы закрытые, т. е. без обмена с окружающей средой, и не динамические, т. е. такие, в которых время не играет роли). •

. 1. Элементарные системы, если они взаимодей­

ствуют друг с другом, образовывают единую, устойчи­вую, более сложную систему, которая в свою очередь оказывается более простой, подсистемой, по отношению к еще более сложной охватывающей ее системе. Обо­значая предложение: «Л включает в себя ■ В» симво­лом йс/1, можно для наглядности, записать: II, О с с: Н20 cz вода. . ; : — :

2. Системы, являясь организованной совокупностью взаимодействующих элементов, обладают свойством ;эмерджентноети. Для наглядности можно записать: Н20^=2Н + 0; вода Ф яН20.

3. Структуру системы, т. е. образующие ее элементы с отношениями и связями между ними, нельзя непосред­ственно увидеть или сфотографировать, но Она реально существует, проявляется в свойствах и реакциях систе­мы и потому может быть изучена и символически изо­бражена. Определенной характеристикой структуры системы могут-служить принятые в химии представле­ния о структуре (строении) химических объектов:

1) структуры, связанные с модельными представления­ми (например, электронная структура атома, рис. 21);

2) структуры, связанные с геометрическими представ­лениями (например, кристаллы, или геометрическое представление на рис. 22); 3) структуры, связанные с кинетическими представлениями (например, возни­кающие в течение химических реакций или в растворах, рис. 23). Однако принятые в химии (строение)-и в тео­рии систем (функциональные) понятия структуры не тождественны.

, 4. Структура системы и ее поведение, функциониро­

вание, тесно и определенным образом связаны между собой.

5. Даже слабые взаимодействия и мелкомасштабные элементы и процессы в системе могут определять ее облик И поведение. ;

6. Из изложенных сведений можно сделать общие выводы относительно возможностей и путей изучения систем. Вследствие эмерджентности знания об элемен­тах системы, даже детальные, не могут дать знания о системе. Простое объединение сведений об элементах системы может дать лишь ложное представление о ней.

Поскольку структура и функционирование системы однозначно связаны, поведение и состояние системы, вообще говоря, может быть предсказано из детального знания ее структуры, в этом смысле оно предопреде­лено, детерминировано, Однако построение абсолютно точной детерминистической модели (основанной на при­чинно-следственных связях) хоть сколько-нибудь слож­ной системы практически невозможно: в системе из п элементов существует п(п—1) возможных связей и

>бщее число состояний s ^ 2п(-п~1 т. е. фантастически 5ЄЛИКО. Так, в системе всего лишь из 10 элементов воз­можно 90 связей и s ^ 290 = 1,3 • 1027 состояний. Если ^следование каждого из этих состояний проводить 5ыстрее, чем мгновенно, например за одну миллионную юлю секунды, то на такое изучение системы даже при їепрерьівной работе потребуется больше времени, чем существует Земля. Поэтому в системе выделяют лишь ‘лавные связи и пренебрегают второстепенными. Одна — со это очень рискованная процедура, не допускающая юлюнтаристоких решений, так каїк даже слабые взаи­модействия и связи могут определять поведение систе­мы. Детерминистические исследования должны соче­таться с расчетами статистическими и вероятностными (стохастическими). —

Знание системы можно считать точным и полным, гели удается дать — точный долгосрочный прогноз ее со­стояния и если в то же время удается рассчитать со­стояние любого элемента по данным о состоянии п—1 эстальных ее элементов. Ярчайшие примеры такого зна-1 дия системы неоднократно демонстрировала небесная механика. Ее пример вселяет уверенность в принци­пиальной возможности познания сложных систем.

В химии океана наиболее полно системные пред­ставления нашли стихийное отражение во взглядах на карбонатную систему, в развитие которых весомый вклад внес крупнейший советский гидрохимик О. А. Але­хин. Однако именно морская вода в целом, океан как химическая система, только начинает изучаться. Поэто­му наши дальнейшие выводы будут пока менее опре­деленны, мы больше поставим вопросов, чем ответим на них. : •

Прежде всего, учитывая уже разобранные вопросы* можно было бы довольно точно предсказать, как дол­жна взаимодействовать вода с теми веществами и эбъектами, с которыми она может прийти и приходит в контакт, какую систему они образуют. Значит состоя­ние этой системы не случайно, а. предопределено, как предопределено свойствами элементарных систем Н и О состояние образуемой ими воды. Все события и встречи, которые могут произойти, как бы накладываются на матрицу упорядоченности воды • и согласовываются с силами, обусловливающими эту упорядоченность.

Хорошо известно, что электролиты диссоциирую’ в воде: те же СИЛЫ, 0 ‘Которых говорилось выше, бук вально разрывают на части полярные молекулы, напри мер Nad, несмотря на высокую энергию связи в ней равную 97,7 ккал/моль (см. рис. 24 в). Образовавшиес? разноименно заряженные ионы Na+ и С1_, естественно стремятся снова соединиться в молекулу (это и, м почті — не удается):

… NaCl—>N;f;- + C|-.

Диссоциируют и неорганические соединения угле рода: ,

Н2С03?=Ш+ + НС0^; HCCV Н++ С02-

Гораздо меньше известно, что происходит с самої водой под влиянием растворенных в ней веществ. Знаі свойства систем, можно уверенно сказать, что раство ренные вещества должны в свою очередь повлиять ні структурные характеристики воды. Действительно, экс периментально обнаружено что ионы Al3+, Cd2+, Zn[22]+ Mg2+, Na+, S042-, CO32-, OH-, F — приводят к упорядо чению структуры воды вблизи иона, а К+, I~, ГЮз — Cl — —к ее разрыхлению. Растворение органических ве ществ может влиять на структуру воды в еще большеі степени: Может ли это привести к заметным изменениям в системе? Очевидно, может, но экспериментально ЭТ( изучалось мало. Обнаружено, что углеводороды, напри мер, настолько способствуют^ упорядочению структурь воды, что она при нормальной, «комнатной», темпера туре в местах контакта с большой органической моле кулой превращается в маленькие айсберги, которые по лучили название «айсберги Франка—Эванса» — по име ни открывателей. Из-за структурных же сдвигов в вод« в ней аномально низка растворимость газов по сравне нию с их растворимостью в органических жидкостях причем эта растворимость зависит от солености воды По этой же причине в морской воде, особенно при боль ших давлениях (до 1500 кг/см2), наблюдается вязкость шомальная по сравнению с вязкостью «просто воды». Цаже взвешенные в. морской воде вещества должны ока — іьівать заметное влияние, так как вблизи поверхности твердого тела, из-за ориентирующего действия поверх — юсти, структура жидкости упорядочивается, причем тол — дина таких упорядоченных слоев порядка 10~6 см, т. е: эгромна по сравнению с размерами молекул воды. Свой­ства таких слоев специфичны, в частности они обладают повышенной вязкостью.

Здесь не случайно подчеркивается именно это свой­ство —вязкость морской воды — она влияет на гидро­динамические свойства жидкости. Нет ни одного свой­ства, по которому вода и морская вода были бы пол­ностью идентичны — начиная температурой кипения и плавления и кончая кинетикой реакций и термодина­микой процессов, протекающих в ней. Если выражать эти различия в цифрах, то они могут показаться столь малыми, что, не зная особенностей сложных систем, мы не стали бы принимать их во внимание. Но мы уже под­черкивали как чрезвычайно важное свойство систем то обстоятельство, что мелкомасштабные составляющие ее элементы и взаимодействия между ними могут карди­нально влиять на облик всей системы,- «Мелкие», каза­лось бы, структурные особенности морской воды, обус­ловленные взаимодействием с растворенными в ней ве­ществами, приводят к уже «заметным» отличиям ее от воды-: плотность последней максимальна при 4°С, в то время как морская вода уплотняется до самой темпера­туры замерзания. Это отличие приводит уже к «мас­штабным» гидрологическим последствиям: в воде при температуре ниже 4°С прекращается термическая кон­векция, а в океане она протекает благополучно при лю­бых низких температурах (так называемая осенне-зим­няя конвекция). Это в свою очередь имеет «гигантские», глобальные последствия — климатообразующие и другие географические, формирует определенную химическую структуру морей и океана — в них не прекращается вен­тиляция глубин кислородом, а верхние слои, бедные мор­скими удобрениями (биогенными элементами — Р, N,- Si), обогащаются ими. Поскольку в системе все сказано, не заставляют себя ждать и биологические последст­вия наступает осенняя вспышка жизни, не свойстрен: пая суше. ■ -…………………………….. —

Таким образом, морская вода, как более сложная си стема, отличается от воды составляющими ее компонен тами и структурой, и, как внешнее’ проявление этоп различия, наблюдаются различия физического, химиче ского, биологического и даже географического харак тера. Больше того, даже ставя специально такую цель не удается получить искусственную морскую воду, иден тичную по свойствам морской. И так же как для пере­ливания крови пока приходится пользоваться толькі естественной кровью, для морских аквариумов не удает ся получить искусственную морскую Воду, пригоднук для длительной-и нормальной жизни организмов, дажі не нуждающихся, как принято думать, в растворенны; в морской воде веществах —например, для жизни акул Можно повторить вслед за геологами, иногда называю щими морскую воду минералом, «что константы, полу ченные при изучении так называемых чистых растворов не всегда выдерживаются в случае сложного многоком понейтного соединения, каким Является морская вода» [23] и, показав, что вода и морская вода — не идентичны* системы и что вторая несравненно сложнее и включаег первую, записать: Н20 сг вода с морская вода.

Можно было бы остановиться на том, что, по-види­мому, правы Силлен[24] и Мэккинчер[25], рассматривающие морскую воду не как 1 л воды, в которой содержится 19,8 г ионов С1-, 11 г ионов Na+, 1 мг органических ве­ществ, 6 мл кислорода, 0,1 мг взвесей и т. д., а как систему, образованную множеством составляющих ее элементов, из которых наиболее заметные представлены на гистограмме Мэккинчера (рис. 26). Действительно; не рассматриваем же мы кровь или медузу как воду, в которой растворено и взвешено или находится в кол­лоидном состоянии определенное количество определен­ных веществ или элементов, хотя, например, от выбро1 шенной на берег медузы, когда она высохнет на солнце и испарится вода, Остается только тонкая пленка, на­поминающая. полиэтиленовый пакетик. При испарении

1 л морской, воды остается около 35 г сухого остатка — фактически столько же, сколько и от медузы.

Гистограмма говорит, правда, тоже только о коли­чественном составе. Интереснее составленная геохими­ками специальная, так называемая периодическая таб­лица морской воды (рис. 27), которая показывает, в ка­ком преимущественно виде существуют образующие эту систему химические элементы и как это связано с элек­тронной структурой (с заполненностью так называемых е?-орбиталей). Каждый квадратик в таблице — отдель­ная «семья» соединений одного элемента, представлен­ная здесь лишь «главой», так сказать, «ответственным квартиросъемщиком». Понятно, что на полное описание всех не хватило бы и огромной книги — потому нами и выбрана одна «семья».

. Однако мало сказать только, что морская вода пред­ставляет собой сложную химическую систему, многоком­понентную, гетерогенную[26], единую и определенным об­разом упорядоченную, обладающую набором всех свойств, присущих сложным системам, что структура и поведение этой системы, тесно связанные между собой, предопределены свойствами образующих ее элементов— воды и в с е х природных объектов, с которыми она вза­имодействует. ‘

Гораздо интереснее разобрать следующие три во­проса, связанные с переходом от рассмотрения простых систем ко все более сложным.

1. Есть ли особенность перехода от систем сравни­тельно простых к сложным, от атомов Н и О к молекуле Н20, от отдельных молекул Н20 к вёществу^«вода» (т. е. к ансамблю молекул) и от нее к йорской воде? К какому переходу мы должны быть готовы дальше и в чем может заключаться особенность этого перехода?

. При переходах от элементарных систем к более слож­ным, но простым, низкого порядка, нам удавалось вы­делить один существенный фактор, например, водород­ную связь. При переходе к сложным системам это сде­лать трудно, определяющим является весь комплекс.’ Наконец, при переходе ко все более сложной системе внешнее отличие ее от подсистем не столь резко

бросается в глаза, потому что это отличие уже лежит t другой плоскости свойств, нежели отличия, В ОСНОВНОЇ касающиеся физических свойств, при переходах межд более простыми системами. Ее сложность и одновремен но единство, однородность и одновременно упорядочен ность, существование элемента как самостоятельной еди ницы и как части системы — приблизительно такого род; вопросы становятся существенными. Причем мы пок; имеем возможность оставаться в рамках чисто хими ческих представлений и понятий. При переходе к мор ской воде уже обозначается необходимость выйти за зті рамки. Очевидно, что особенностью перехода к следую щёй более сложной системе будет конструирование ЄІ как единого целого из подсистем, отражающих различ ные формы движения материи, — не только химических но и биологических, физических, механических. Эта си стема — океан в целом.

2. Мы ограничивались учетом только химических эле ментов и факторов в системе. Будет ли сконструирован ная таким образом, пусть даже и сложная, систем? адекватна природной, даже если не касаться океана і целом? Например, будет ли приготовленная нами точне — по природному рецепту морская вода тождественш пробе морской воды, хранящейся в склянке, и в свок очередь будет ли последняя тождественна морской воде находящейся в природной обстановке, в океане? И ин туиция, и опыт, и общие положения теории систем ПОД’ сказывают, что нет, все они не тождественны. Насколькс же связаны и взаимообусловлены нехимические и хими­ческие факторы? Прежде всего, как хорошо известно химия морской воды неотделима от ее биохимии и био­логии и наоборот. Мйллйоны микроорганизмов, которые можно обнаружить даже в 1 мл морской воды, непре­рывно поглощают из нее и выделяют самые различные органические и неорганические вещества, обрабатывая массу, в сотни раз превосходящую собственный вес, вы­брасывая 70% обработанного продукта снова в воду, от­куда он вновь утилизируется другими организмами. Структура системы без учета такого элемента, конечне же, не реалистична.

Меньше известно о взаимосвязях с физическими фак­торами, хотя в технике и медицине, например, исполь­зуется влияние электромагнитного поля на структуру и

свойства водных систем, а в геофизических методах поиска водных источников, наоборот, используется влия­ние водных масс на электромагнитное поле.

Еще хуже описаны взаимосвязи с механическими — гидродинамическими факторами. Учитывается только влияние солености (через плотность) и вязкости морской воды. Именно поэтому мы подчеркивали связь вязкости со структурными особенностями системы. Можно ожи­дать много интереснейших открытий на пути изучения того, как влияет на гидрологическую картину океана структура системы и структурно-организационные «ме­лочи», в том числе химической и биологической при­роды. На первом Всесоюзном семинаре по моделирова­нию морских экологических систем внимание участников привлек доклад член-корр. АН УССР В. И. Беляева[27] о модели, в которой учитывается, что пространственная структура и плотность популяций микроорганизмов мо­гут влиять на поглощение солнечной радиации и через это — на гидрологические особенности верхнего слоя моря. ‘

Однако есть и обратное,’тонкое по своей природе, воздействие, которое химики пока не учитывают ни при изучении настоящего, ни’ при изучении прошлого океана. Движение жидкости— один из самых распространенных. факторов, воздействующих на распределение находя­щихся в жидкости частиц, в том числе микроорганизмов и больших молекул. Рассмотрев влияние пространствен­ной упорядоченности на — свойства систем, мы теперь мо­жем оценить значение и. последствия этого тонкого воз­действия. Говоря выше о том, как электростатические факторы накладываются на тепловое движение моле­кул, мы видели, к каким поразительным последствиям. это приводит. Гидродинамические факторы тоже накла­дываются на тепловое движение молекул, и состояние молекул, особенно крупных, оказывается зависящим от их формы. Стержнеобразная частица, в том числе боль­шая молекула, в ламинарном потоке вращается с не­которой угловой скоростью, которая придает преимуще­ственную устойчивость определенным угловым положе­ниям, т. е. происходит ориентация частиц, сказываю­щаяся на пространственной структуре системы. Если эти частицы могут образовывать химические связи, то эти связи и строение образовавшегося продукта могут за­фиксировать расположение, созданное гидродинамиче­ским потоком. «Можно предположить, что сложные структуры биологических систем носят на себе некото­рый отпечаток создавших их гидродинамических пото­ков». «Возможно, что они способствовали закручиванию молекул биополимеров в спирали»Если это так, то со временем мы прочтем гидродинамику древнего океана, изучив молекулы биологических полимеров.

. Но это со временем. Сейчас пока интересы ученых сосредоточены на том, чтобы описать связь кинетики реакций с гидродинамикой пОтока.

3. Почему, несмотря на то, что молекулы различных веществ, попадая в воду, претерпевают самые различные изменения: простые, как диссоциация NaCl, или послож­нее, как диссоциация Н2СО3, представляющая собой це­лую цепь обратимых реакций, или еще более сложцые, на которые влияют биОлогич-еские, физические и гидро— механические процессы, почему, несмотря на интенсив­ное течение этих процессов, концентрации различных хи­мических веществ в морской воде меняются мало? :

Чтобы ответить на этот важный вопрос, необходимо остановиться на том, что морская вода (даже храня­щаяся в закрытой колбе) — не просто Сложная система, а система динамическая. ■

Комментарии запрещены.