Самое необыкновенное вещество в мире - страница 17

57

свободной полости решетки льда оказывается заклю- ченной молекула метана. Эта пойманная в клетку молекула газа не связана химически с молекулами воды, образующими кристаллическую ячейку льда. Просто она захвачена. Такой лед содержит много метана

Газовые молекулы, включенные в решетку льда, все-таки влияют на его свойства. Они повышают устойчивость решетки, и поэтому такой лед плавит- ся при более высокой температуре.

Такие соединения, хотя они и существуют, и имеют теперь довольно большое значение, и являются весьма многочисленными, не могут быть причислены к химическим соединениям. Химические связи в их образовании участия не принимают. Они получили название клатратов. Наверное, их можно назвать механическими соединениями.

В трубах, по которым транспортируется газ, и образуется клатратный лед. Пожалуй, это все-таки не лед.

Что нужно, чтобы лед растаял? Очень много тепла. Гораздо больше, чем для плавления такого же количества любого другого вещества. Исключи- тельно большая удельная теплота плавления— 80 кал (335 Дж) на грамм льда — также аномальное свойство воды. При замерзании воды такое же коли- чество тепла снова выделяется.

Когда наступает зима, образуется лед, выпадает снег и вода отдает обратно тепло, подогревает землю и воздух. Они противостоят холоду и смягчают пере- ход к суровой зиме. Благодаря этому замечательному свойству воды на нашей планете существует осень и весна.

Все ли уже про лед известно? Что за вопрос? Ко- нечно, нет. Ни о чем нельзя в науке сказать: да,

58

это уже полностью изучено, ничего не известного не осталось. Тем более если вопрос относится к само- му удивительному минералу на нашей планете —к твердой воде.

Казалось бы, что может быть изучено более по- дробно, чем самый обыкновенный лед, но это давно знакомое вещество до сих пор полно тайн и загадок.

Лед обладает таинственной кристаллической структурой. Его строение и прочность определяются прочностью водородных связей между отдельными

59

молекулами воды. Водородная связь играет огром- ную роль в строении молекул биополимеров в тканях всех живых организмов. Это, быть может, имеет боль- шое значение для жизни, так как следы структуры льда, по-видимому, долго сохраняются в талой воде. Эта область только еще начинает изучаться наукой.

В последние годы начинает развиваться новая важная область знания — физика льда. Лед — проч- ный, дешевый и хороший строительный материал. Из него строят жилища, склады, он создает природ- ные надежные дороги, переправы, взлетно-поса- дочные площадки. Лед — причина стихийных бед- ствий. Он разрушает плотины, сносит мосты, сковы- вает грунт, вызывает обледенение самолетов и кораб- лей. Стало совершенно необходимым изучить все свойства льда, определить его механические, электрические, акустические, электромагнитные, радиационные характеристики.

При этом было открыто много неожиданного, о чем раньше и предполагать было нельзя. Напри- мер, лед оказался полупроводником, причем его про- водимость протонного типа. Установлено, что при замерзании воды на границе между льдом и водой возникает разность электрических потенциалов, до- стигающая десятков вольт.

Обнаружена подвижность молекул в кристалли- ческой решетке льда: они могут не только вра- щаться, но и перемещаться скачкообразно на сравни- тельно большие (в молекулярном масштабе) рас- стояния.

Много удивительного установлено при изучении процессов образования и поведения льдов в природе. Полярные льды в напряженном состоянии «кричат». Когда начинается деформация льда, то, как описы- вает Ф. Нансен, возникает легкий треск и стон, усиливаясь, они переходят через все роды тонов —лед то плачет, то стонет, то грохочет, то ревет,

60

постепенно возрастая, его «голос» становится подоб- ным звучанию всех труб органа.

Перед разрушением, при критических напряже- ниях, лед звенит, вздыхает, ухает.

Установлена зависимость между характером зву- чания льда и температурой воздуха. Этот важный раздел физики льда изучен еще далеко не до- статочно.

Еще больше загадок скрывается в исследованиях энергетики процессов образования льдов в природе. Гигантское количество тепла, освобождающееся при замерзании воды, задерживает наступление зимних холодов. Тепло, поглощаемое при таянии льдов, за- медляет приход весны. С изменением массы льда на планете связаны изменения климата на Земле. Но точный расчет зависимости между погодой и колоссальной энергоемкостью этих глобальных про- цессов пока еще невозможен — слишком много в них неизвестного.