Су туралы 15 қызықты дерек – бір мезгілде қатты, сұйық және газ тәрізді бола алатын жалғыз зат

Ғаламда бар заттардың алуан түрлілігінің ішінде тек санаулысы ғана бізге белгілі түрдегі өмір мүмкін болмайтын қасиеттерге ие. Ғалымдар басқа планеталардан өмір белгілерін іздейді және ең алдымен суды іздейді. Бұл зат соншалықты үйреншікті болғандықтан, көптеген адамдар оның физикалық және химиялық ерекшелігі туралы ойланбайды, себебі ол ас үй кранынан бастап басымыздағы бұлттарға дейін буквалды түрде барлық жерде. Осы уақытта су Жер бетіндегі ең аномалды қосылыстардың бірі болып табылады, ол басқа барлық ұқсас құрылымды заттардың ережелерін бірден бұзады. Ол белгілі бір жағдайларда үш агрегаттық күйде де бір мезгілде өмір сүре алатын өте аз заттардың бірі екенін айтудың өзі жеткілікті. Төменде келтірілген он бес дерек осы үйреншікті молекуланы мүлдем күтпеген қырынан ашып көрсетеді.

1. Судың үштік нүктесі – ол бір мезгілде мұз, сұйықтық және бу түрінде болатын жағдайлар – 0,01 градус Цельсий температурада және 611,73 паскаль қысымда қол жеткізіледі. Осы нүктеде үш фаза да тепе-теңдікте болады, ал температура немесе қысымның кез келген шамалы өзгеруі тепе-теңдікті лезде бұзады. Дәл судың үштік нүктесі Кельвин температуралық шкаласының халықаралық эталоны болып табылады, бұл заманауи метрологияның іргелі стандарттарының бірі.
2. Су – қатты фазасы сұйық фазадан жеңіл болатын санаулы заттардың бірі. Мұздың тығыздығы сұйық суға қарағанда төмен, сондықтан ол су бетінде қалқып жүреді. Егер бұл ереже жұмыс істемегенде, су айдындары түбінен бетіне қарай қатып, барлық тіршілікті жойар еді, ал су ортасындағы өмір қазіргі түрінде мүмкін болмас еді.
3. Су молекуласы бар-жоғы үш атомнан тұрады, екі сутегі және бір оттегі. Дегенмен дәл сутегі атомдары арасындағы 104,5 градустық ерекше бұрыш молекуланы полярлы етіп, оған көршілес молекулалармен сутегілік байланыс түзуге мүмкіндік береді. Осы байланыстар судың дерлік барлық аномалды қасиеттерін түсіндіреді, жоғары беткі керілу, ерекше жоғары жылу сыйымдылығы және қату кезіндегі аномалды кеңею.
4. Судың жылу сыйымдылығы басқа заттардың көпшілігімен салыстырғанда ерекше жоғары. Дәл осы қасиет Әлемдік мұхитты климаттың алып реттеушісіне айналдырады, ол жазда күн энергиясының орасан зор мөлшерін жұтып, қыста оны баяу бөледі. Бұл әсер болмағанда, планетадағы континенттік климат айтарлықтай қатал әрі контрастылы болар еді.
5. Судың беткі керілуі бөлме температурасында сұйықтықтар арасында ең жоғарылардың бірі болып табылады. Дәл осы қасиеттің арқасында суөлшеуіш жәндіктер су бетіне батпай жүре алады, ал шағын металл заттарды мұқият қойса, олар батпайды. Ауамен шекарадағы су молекулалары бір-біріне газ молекулаларына қарағанда күштірек тартылып, серпімді «қабық» түзеді.
6. Су заттардың орасан зор санын ерітуге қабілетті бірегей қасиетке ие, осы үшін оны «әмбебап еріткіш» деп атайды. Молекуланың полярлы табиғаты оған иондық және полярлы қосылыстарды, тұздарды, қышқылдарды, қанттарды және жүздеген басқа заттарды ыдыратуға мүмкіндік береді. Дәл осы қасиет суды тірі ағзаларда қоректік заттардың алмасуы үшін алмастырғысыз тасымалдаушы етеді.
7. Ыстық су белгілі бір жағдайларда суық суға қарағанда жылдам қатады, бұл парадокс Мпемба эффектісі деп аталады. Бұл құбылыс Аристотельге де белгілі болған, дегенмен өз атауын 1963 жылы балмұздақ жасау кезінде оны ашқан танзаниялық оқушы Эрасто Мпембаның құрметіне алды. Бұл феноменнің толық ғылыми түсіндірмесі әлі күнге дейін жоқ, ол су физикасының жұмбақ құбылыстарының бірі болып қала береді.
8. Жер бетіндегі судың жалпы көлемі миллиардтаған жылдар бойы іс жүзінде өзгермейді. Бірдей молекулалар гидросферада үздіксіз айналымда болып, булану, конденсация, қату және еру процестерінен өтеді. Сіз бүгін ішіп жатқан су молекуласы мезозой дәуірінің мұхитында немесе мұздық дәуірінің мұздығында болуы әбден мүмкін.
9. Тұщы су планетаның барлық су қорының шамамен 2,5 пайызын ғана құрайды. Осы уақытта тұщы қорлардың дерлік 69 пайызы мұздықтар мен тұрақты қарларда шоғырланған, ал тағы шамамен 30 пайызы жер асты сулы қабаттарында орналасқан. Қолжетімді беткі суларға, яғни өзендерге, көлдерге және батпақтарға Жердің барлық тұщы суының бір пайызынан азы ғана тиесілі.
10. Су дыбысты ауаға қарағанда шамамен 4,5 есе жылдам өткізеді. Дәл осы себепті киттер мен дельфиндер жүздеген шақырым қашықтықта байланыса алады, дыбыс сигналдары суда энергия шығыны минималды деңгейде тарайды. Гидролокация мен пассивті акустикалық бақылаудың әскери технологиялары дәл осы физикалық принципке негізделген.
11. Аса суытылған су нөлден айтарлықтай төмен температурада, зертханалық жағдайда минус 48 градус Цельсийге дейін сұйық күйінде қала алады. Қату үшін суға «кристалдану ядросы» қажет, яғни мұз молекулалары құрыла бастайтын қатты бөлшек. Идеалды тазалық пен дірілдің болмауы жағдайында аса суытылған сұйықтық сырттан әсер еткенше өз күйін сақтайды.
12. Адам денесі шамамен 60 пайыз судан, ал ми 73 пайыз судан тұрады. Дене массасының бар-жоғы екі пайыз сұйықтықты жоғалту концентрация мен физикалық жұмыс қабілетінің айтарлықтай төмендеуіне әкеледі. Он пайыз жоғалту ауыр бұзылыстарға әкеледі, бұл экстремалды жағдайларда сусызданудың өлімнің негізгі себептерінің бірі болуын түсіндіреді.
13. Су инфрақызыл сәулеленуді басқа заттардың көпшілігіне қарағанда айтарлықтай тиімдірек жұтады. Дәл осы себепті микротолқынды пеш тамақты қыздырады, сәулелену тағамдағы су молекулаларымен резонансқа түсіп, оларды қарқынды тербеліске ұшыратып, жылу бөлуге мәжбүрлейді. Осы принцип ылғалды ауаның жылуды құрғақ ауаға қарағанда жақсырақ ұстайтынын және бірдей күндізгі температурада ылғалды түндердің құрғақ түндерге қарағанда жылырақ болатынын түсіндіреді.
14. Қысым судың қату температурасын төмендете алады, дәл осы себепті конькилер мұз үстінде сырғанайды. Үшкір жүз түйісу жолағында орасан зор қысым тудырып, мұз бетін сәл ерітіп, майлаушы сұйықтық қабатын түзеді. Дегенмен, заманауи зерттеулер тек қысымның жеткіліксіз екенін көрсетеді, өте төмен температурада конькилер нашар сырғанайды, бұл басқа механизмдердің де қатысатынын білдіреді.
15. Су – Жер бетінде сұйық күйде жаппай мөлшерде кездесетін жалғыз табиғи бейорганикалық қосылыс. Бұл айқын болып көрінуі мүмкін, бірақ тек біз дәл су сұйық күйінде қалатын температура мен қысымда өмір сүретіндіктен ғана. Планетаның орташа жылдық температурасы бар-жоғы бірнеше ондаған градусқа ығысса, барлық су не мұзға, не буға айналып, өмірді мүмкін етпей қояр еді.

Су – зерттеулері ғылым пайда болған сәттен бері тоқтамай, бүгінгі күнге дейін барлық сұрақтарға толық жауап бермей келе жатқан заттардың бірі. Мпемба эффектісі, аса суытылған сұйықтықтардың мінез-құлқы және судың биологиялық әсер ету механизмдері белсенді зерттеулер нысаны болып қала береді. Климаттың өзгеруіне байланысты күшейіп келе жатқан жаһандық су тапшылығы қаупі бұл ғылыми сұрақтарға өткір практикалық өлшем береді, суды тереңірек түсіну осы ресурсты сақтап, тиімдірек пайдалануды үйренуді білдіреді. Ең ұлы парадокс сол, планетаның 71 пайызы сумен қапталған, дегенмен адамзат оның тапшылығы қаупінің алдында тұр. Бұл қайшылық, бәлкім, алдағы онжылдықтардың ең күрделі шақыруларының бірі болып табылады.