М Аджиев - Атомная энергетика — что дальше?

После прочтения этой фразы у меня возникло подозрение в достоверности предлагаемого объяснения: налицо нарушение физического закона: якобы более легкая масса воды должна быть у дна. Почему? Неприемлемы утверждения и о теплопроводности подстилающей горной породы, граничный слой грунта не может иметь отрицательную температуру.

Дальше в тексте еще и еще раз просматривается некое невнимание к законам природы, отметается истина ради того, чтобы как-то объяснить механизм подводного ледообразования. В частности, говорится, например, о кристаллах льда, которые почему-то должны опускаться на дно, хотя лед всегда легче воды. На порожистой мелкой реке — да, такое вполне возможно. Кристаллики льда будут намораживаться на придонные камни из-за турбулентности водного потока. Река на перекатах захватывает пузырьки морозного воздуха, охлаждается быстрее… Но когда река спокойная и глубокая? Или озеро? Там же турбулентности потока нет! Почему кристаллы льда должны опускаться на дно? Течение же спокойное.

Прочитанное объяснение явно не удовлетворяло, его надежность сродни карточному домику: только дунь. Тем более что оно строилось на очень старых и, похоже, единственных опытах, поставленных еще в 1938 году. На лицо желание объяснить увиденное, известное, но с помощью весьма произвольных доказательств.

В других литературных источниках мне тоже попадались подобные объяснения, также основанные на опытах 30-х годов, но несколько в иной трактовке. Вот одно из них:

«Для образования льда в толще речной воды недостаточно определенного ее переохлаждения и энергичного перемешивания, необходимо ещё, чтобы поверхность воды была свободна ото льда — через нее тепло будет уходить в атмосферу».

Ну, это уж слишком вольно. Вольностей природа не терпит, все-таки физика — наука строгая, доказательная, требующая к себе уважения. А подобные объяснения природных процессов, по-моему, все равно что игра в шахматы не по правилам: ферзя же по берут «за фук».

В естественных водоемах переохлаждение воды бывает крайне редким и самое большее лишь на одну сотую градуса. Так уж устроена природа на планете Земля. За этой сотой обычно следует ледообразование, или фазовый переход воды из жидкого в кристаллическое состояние. Лишь в лабораторных условиях, после тщательнейшей подготовки можно наблюдать переохлажденную воду.

Исследование имеющейся в библиотеке, зарубежной литературы тоже не вызвало у меня чувства удовлетворенности. Правда, зарубежные авторы более корректны, они придерживаются мнения, что «причины его (подводного льда — М. А.) появления до настоящего времени полностью не выяснены».

Как видим, не все так просто с образованием донного льда, который за рубежом называют еще и якорным.

«По-видимому, наиболее правдоподобной является теория, по: которой якорный лед возникает в результате переохлаждения камней и грунта на две реки и быстрого излучения ими тепла в ясные холодные ночи (при отсутствии льда на поверхности воды). Охлаждаясь при этом до 0 °C, частицы грунта и камни становятся ядрами кристаллизации льда. За одну ночь на дне реки может нарасти огромное количество якорного льда. Утром, когда начинает светить солнце, благодаря действию его тепла этот лед может оторваться от дна. Лед всплывает на поверхность…»

Что не устраивает в этом объяснении? Кроме уже упоминавшихся возражений, появляются следующие. Осенью, в сентябре, солнце на Севере не теплое, мало его, чтобы река, тем более холодная, замерзающая, ощутила хоть какое-то его воздействие.

Не устраивает и другое — почему за одну ночь нарастает якорный лед? Нет. Процесс этот обычно продолжается несколько дней. Его можно видеть! И лед со дна всплывает не только при солнце, но и в пасмурную погоду и даже вечером… Опять неточности? Видимо, действительно, надо согласиться с мнением, что причины появления внутриводного льда до настоящего времени не выяснены.

В поисках объяснений я перепробовал немало гипотез: и своих, и оппонентов, перед которыми приходилось выступать.

Первое, что является на ум, подводный лед — это все та же вода, но в ней, видимо, что-то растворено. Однако учебник физики рушит скороспелое предположение. Есть законы термодинамики, которые объясняют, что чем больше солей растворено в воде, тем ниже температура ее замерзания. Морская вода, к примеру, замерзает только при отрицательной температуре… Законы природы не обойти.

Еще одно полезное наблюдение: местные жители высоких широт не потребляют речной лед для приготовления пищи. На Севере традиционно принято использовать для этих целей только озерный лед или снег.

Что же это за вода такая? А почему осенние льдины постепенно намораживаются именно у дна? Камни, коряги — все сверху осенью кажется белым от рыхлого осеннего льда на дне.

Смотришь на ветку или пень, а они будто под снегом. Под подводным снегом!

Может быть, все-таки вечная мерзлота виной всему, она как-то переохлаждает реку…

Нет… Не всюду на реке всплывают осенние льдины, а мерзлота — всюду. И «подводный снег» тоже не везде на Севере увидишь.

Конечно, влияние мерзлоты сказывается. Не будь ее, не было бы и осеннего ледохода. На южных реках его поэтому и нет. Скорее всего, мерзлота усиливает какие-то естественные процессы в реке, которые, видимо, протекают и в несеверных реках, но протекают там слабо, почти незаметно.

Какие же это процессы? Или процесс?. Пожалуй, все-таки процесс! Фазовый переход. Ледообразование. Мерзлота убыстряет его. Поэтому мы видим осенние льдины на северных реках и не видим их на южных. Там, на юге, «осенний ледоход» начинается позже, идет подо льдом, он скрыт от взоров наблюдателя, но внутриводный лед, как известно, встречали там тоже. В Ленинграде, например.

Однако на главный вопрос ответа найти так и не удавалось. Не удавалось без предположения, вернее, без допущения: а что если в составе речной воды в малых количествах находится какая-то другая вода. Та, которая намораживается именно у дна и больше нигде. Известно ж, что все тяжелые частички в воде всегда стремятся вниз, ко дну, так велят им силы гравитации, силы тяжести… Тяжелая вода? А почему бы и нет.

Тяжелая вода — это изотопная разновидность обычной воды. Вместо обычного водорода (протия) здесь присутствует его изотоп — дейтерий, он вдвое тяжелее.

Всего же известны десятки изотопных разновидностей воды. Они очень существенно различаются между собой. Доказано, что теоретически возможно встретить в природе даже сотни «сортов» воды. Но это только теоретически. Не все изотопы водорода и кислорода пока известны науке, тем более что некоторые из них очень недолговечны.

Как считают ученые, например академик И. В. Петрянов-Соколов, у водорода может быть пять изотопов, ныне же известны лишь два — дейтерий и тритий. И оба они получаются из протия.