10 странных особенностей и фактов о воде

Мы настолько привыкли к воде, что она кажется нам чем-то совершенно обычным, но это не так. Будучи уникальной среди всех жидкостей на Земле, вода весьма необычна, и именно поэтому ученые и метеорологи любят свою работу.

Вода внушает трепет, создавая мощные и странные штормы, водовороты, облака и даже более странные молекулы и квантовые секреты. От самой древней обнаруженной воды до загадки ее появления, эта живительная жидкость может быть пугающей и притягательной одновременно.

10. Огненные облака
Пламя и вода несовместимы, но над местами, где бушует огонь, например, над лесными пожарами, образуется редкий вид облаков. Совсем недавно эти так называемые пирокумулезные облака появились во время извержения вулкана Килауэа (Kilauea) на Гавайях в 2018 году.

Они формируются из той же «ткани», что и большинство других динамичных погодных систем. Горячий воздух поднимается вверх и конденсируется в облаках. Но малое количество подобных облаков затрудняет их изучение.

Группа облаков над Килауэа была еще более своеобразной. В то время как внешне они сохранили вид грозовых облаков, эти облака предпочитали собираться над трещинами. Как правило, огненные облака находятся только над происходящим извержением или вблизи лесного пожара. Расположение над жерлом вулкана добавляет облакам особенностей, которых обычно у них нет.

Двуокись серы, поднимающаяся из расщелин, может вызвать кислотный дождь, который негативно сказывается на растениях. Для людей же существует проблема вулканического смога. Присутствие облаков в кратере может повысить количество этого тумана и вызвать проблемы со здоровьем, включая раздражение кожи и глаз.
{banner_banner1}
9. Эффект Мпембы
Эффект Мпембы будоражил умы ученых на протяжении всей истории, включая Аристотеля и Фрэнсиса Бэкона (Francis Bacon). Они наблюдали явление, которое казалось причудой природы – когда горячая вода замерзает быстрее.

Это явление было названо в честь Эрасто Мпембы (Erasto Mpemba), Танзанийского старшеклассника, исследования которого подтвердили наблюдения древних мыслителей в 1963 году. Он продемонстрировал, что этот эффект наблюдается, когда емкость с горячей и холодной водой оставляют при одинаковой минусовой температуре, а теплая вода первой превращается в лед.

Существует несколько теорий, объясняющих это безумие. В 1980-х годах польские физики попытались (и не смогли) доказать, что более теплая вода может содержать меньше теплосберегающего газа. Более вероятной причиной может быть то, что когда горячая вода испаряется, это приводит к уменьшению массы, которую необходимо охладить.

Другим фактором может быть самая холодная точка теплой воды. В емкости холодная жидкость опускается на дно, а самый горячий слой поднимается к поверхности. Это создает течение, которое ускоряет замораживание. Однако точный процесс, который позволяет горячей воде замерзать быстрее, чем холодной, остается тайной.

8. Вода родная и внеземная одновременно
Одна из величайших загадок H2O касается ее происхождения. Никто не знает, откуда взялись все моря и озера. Одна популярная теория предполагает, что вода появилась в нашем мире после того, как кометы и астероиды врезались в поверхность планеты. Что касается того, когда это случилось, то предположительно, это произошло после столкновения с другой планетой, которое почти разрушило Землю, но сформировало Луну.

Это небесное шоу ужасов произошло 4,5 миллиарда лет назад. Но исследования 2018 года показали, что вода, вероятно, существовала еще до катастрофы. При сравнении наземных и лунных пород их кислородная сигнатура была почти идентична.

Это не говорит о многом, но возможно является доказательством того, что на Земле была своя собственная вода задолго до данного события. Вода изменяет изотопы кислорода в скале, и так как Луна образовалась из Земли, имеет смысл, что у них одинаковые «водные знаки».

Те же исследователи также обнаружили, что столкновение привело к появлению на Земле большего количества воды, составившего от 5 до 30 процентов воды на Земли.

7. Пульсирующие бури
17 июля 2016 года Рик Гайсс (Rick Geiss) отдыхал рядом с одним пляжем в Алабаме, когда он заметил странное облако. Он сфотографировал пухлый конус, но поделился этим фото только два года спустя. Когда массивная, вертикальная гроза попала в социальные сети, она выглядела настолько нереально, что некоторые назвали фотографию подделкой.

Это было странно - белый треугольник, дождь из которого лился из небольшой точки в центре. Но острый глаз метеорологов сумел распознать пульсирующую бурю. Это фото стало одним из лучших примеров подобного явления, а само облако называется кумулюс конгест (cumulus congestus), или «накрученное облако».

Пульсирующие бури формируются иначе, чем большие ливни. Обычно гроза вызвана холодным фронтом. Но в данном случае требуется только тепло. Быстрый восходящий поток поднимает огромное количество водяного пара в воздух, и формируется особенная форма. В течение 20 минут идет дождь.

Дождь идет только из одной точки потому, что вода опускается обратно из трубки восходящего потока. Облако разрушает себя, поскольку нисходящий поток нейтрализует восходящий поток, и весь шторм сворачивается в течение получаса.

6. Земля – снежок
Одна пугающая теория утверждает, что во время Криогенного периода (710-635 миллионов лет назад) наш мир совершенно замерз. Лед покрывал все. Земля и даже океаны тысячелетиями находились под замерзшей водой. Это событие получило название «Земля – снежок».

Нечто подобное вполне возможно. Если ледники покрывают достаточно поверхности Земли, больше солнечного тепла отражается обратно в космос. Температура падает, образуется больше льда, и больше тепла блокируется. Это порочный круг, который приводит к эффекту, противоположному глобальному потеплению - быстрому охлаждению.

Одним из главных свидетельств того, что лед на Земле сошел с ума, является то, что ледники достигли экватора. Несмотря на этот признак очень холодного климата, мнения экспертов разделились.

Противники теории «Земли-снежка» согласны, что Земля перенесла самый худший период оледенения во время Криогенеза. Они даже признают, что каждый континент получил свою долю слоя льда.

Однако они обнаружили породы, где наблюдалось выветривание, вызванное водой, показав, что во времена Криогена были и более теплые периоды, когда поверхностная вода была жидкой. Это означает, что планета никогда полностью не превращалась в большую сосульку. Если противники теории правы, то загадка остается. Когда Земля переносила свой самый холодный период, что остановило ситуацию от того, чтобы она вышла из-под контроля?

5. Модоны
Огромные океанские водовороты - это не то, что случается исключительно в фантастических фильмах про пиратов. Они вполне реальны и могут достигать пугающего диаметра в сотни километров. Еще один интересный факт для нервных моряков: такие водовороты - довольно распространенное явление.
{banner_banner2}
На протяжении десятилетий ученые выдвигали теории о водоворотах, которые перемещаются попарно. Они получили название модоны, и их впервые заметили в 2017 году. Два недавно обнаруженных водоворота «оставались друзьями» в течение шести месяцев и вместе пересекли все Тасманово море.

Они продемонстрировали странную динамику. Одиночные водовороты обычно движутся на запад. Но когда эти гигантские водовороты объединились, закручиваясь в противоположных направлениях, они пошли на восток со скоростью в 10 раз большей, чем обычно.

Тасманову пару обнаружили с помощью спутниковой фотографии. Невероятно, но когда исследователи изучили старые изображения, они нашли еще девять модонов, начиная с 1993 года. По какой-то причине восемь родились рядом с Австралией.

Остается неясным, как объединяются модоны, но их хвосты сливаются в единую U-образную воронку, что позволяет данному явлению оставаться активным в течение нескольких месяцев. В сочетании с их экстремальной скоростью, модоны могут также действовать как подводное метро, перемещая питательные вещества и океанскую живность в новые места.

4. Вода не может определиться с плотностью
Эксперимент, проведенный в 2017 году, добавил еще один странный факт к 70 фактам, которые отличают воду от любой другой жидкости. Вдохновение для проведения теста навеял лед. А точнее, его способность существовать в двух формах, будучи твердым, когда его молекулы располагаются в случайном, либо определенном порядке.

Чаще всего на планете лед находится в состоянии, когда его молекулы расположены случайным образом, и это особенность может варьироваться между состояниями низкой и высокой плотности. Ученые задавались вопросом, сохраняет ли жидкая вода эту способность.

Используя рентгеновские лучи, ученые отслеживали молекулы H2O, наблюдая, как они изменяются при переходе из твердого состояния в жидкость комнатной температуры. Изо льда вода превратилась в густую жидкость. Затем, почти мгновенно после этого она перешла в состояние жидкости низкой плотности.

Конечный результат был завораживающим. По-видимому, при комнатной температуре вода не может остаться жидкостью высокой либо низкой плотности, и переходит из одного состояния в другое. Технически это делает воду двумя разными жидкостями, а не одной.

3. Двойственная квантовая жидкость
В 2018 году ученые обнаружили очень необычную вещь. На квантовом уровне вода также является двойственной жидкостью. Когда человек делает глоток, он или она на самом деле пьют две жидкости. На вкус они одинаковые. Но на химическом уровне есть явная разница.

Формула H2O описывает молекулярное строение воды - два атома водорода, цепляющиеся за атом кислорода. Двойственность начинается с направления вращения квантовых частиц атомов водорода. Когда они крутятся в одном направлении, появляется нечто под названием «орто-вода». «Пара-вода» возникает, когда каждый атом водорода вращается в своем направлении.

Во время первого в своем роде эксперимента два вида воды были разделены с помощью электрического поля, после чего их подвергли воздействию переохлажденных молекул диазенилиума. Пара-вода реагировала примерно на 25 процентов быстрее, образуя соединение H3O+ (вода с дополнительным протоном). Это доказывает, что эти два вида воды не только различны, но и ведут себя по-разному.

2. Самая древняя вода во Вселенной
Когда в 2011 году был обнаружен самый древний бассейн, он находился не на Земле. Водяной туман располагался на расстоянии 12 миллиардов световых лет от нас, а его возраст составлял 12 миллиардов лет. Кроме того, эта самая большая когда-либо обнаруженная масса H2O, была невероятно огромной. Если бы объем всех океанов на Земле умножили на 140 триллионов, то только тогда они стали бы равны одному космическому облаку.

Млечный Путь оказался на втором месте. Было подсчитано, что в этом огромном пространстве содержится в 4000 раз меньше водяного пара, чем в обнаруженном облаке. Однако его размер оказался не единственным сюрпризом. Возраст облака свидетельствует о том, что вода существует почти столько же, сколько и сама Вселенная.

Но и это еще не все. Обнаруженный пар окружает впечатляющую черную дыру. APM 08279+5255- это сверхмассивный Квазар, один из самых мощных и ярких объектов в космосе. APM 08279+5255 может за раз проглотить сразу 20 миллиардов наших Солнц, и он излучает больше энергии, чем квадриллион Солнц.

В облаке также содержится достаточно газа, чтобы черная дыра разбухла до размеров настоящего монстра - примерно в шесть раз больше, чем ее текущий размер.
{banner_banner3}
1. Поведение воды разгадано
Никакая жидкость не способна «переплюнуть» воду, когда речь идет о странностях. Пока другие жидкости становятся более плотными по мере отвердевания, вода становится менее плотной. Именно поэтому айсберги плавают, а озера не замерзают до самого дна. Вода обладает необычайно жестким поверхностным натяжением и высокой температурой кипения. По сравнению с большинством жидкостей в воде растворяется удивительно большое количество химикатов.

В 2018 году ученые обнаружили ответ на вопрос, что делает воду непохожей на любую другую жидкость. Молекулы воды стремятся прилипать друг к другу таким образом, что они напоминают пирамиду. Чтобы сформировался пирамидальный кластер, нужно пять молекул воды, затем он может прилипать к другим, чтобы сформировать большие пирамиды.

На фоне подобной «египетской суеты» происходит хаотичное расположение остальных молекул. Удивительно, но именно двойственная природа шаблона и хаоса наделяет воду уникальными свойствами.

Исследователи доказали это, когда они скорректировали положение молекул. Нарушение порядка «пирамид» свело на «нет» особые свойства воды. Однако, «нормальная» вода смертельно опасна для жизни. Лишившись своих свойств, кровь не может течь, а питательные вещества не могут поглощаться.