М Аджиев - Атомная энергетика — что дальше?

«Не верь глазам своим»… «Воды высоких широт бедны дейтерием». Эта фраза прижилась едва ли не во всех работах о тяжелой воде. Почему бедны?

Оказывается, еще в 40-е годы проводился анализ проб воды и льда из Большого Медвежьего озера в Канаде и из реки Колумбии в США. И было отмечено, что содержание дейтерия там заметно ниже, чем в южных водоемах. Отсюда и пошло это расхожее до сих пор утверждение.

Рис. 5. Круговорот воды

Во время анализа этих северных проб природной воды известный физик И. Киршенбаум и его коллеги, видимо, сомневались в полученном результате, по затем все-таки в него поверили. А нужно было лишь задать себе один-единственный вопрос и найти на него ответ. Они его не задали.

Действительно, в зимнем водоеме соединений дейтерия в воде меньше, чем летом. Во льду еще меньше. Спрашивается, куда же на зиму девается дейтерий?

Вот, собственно, и весь вопрос. Он, как мне показалось, вполне уместен, потому что летом процентное содержание дейтерия в воде вновь возвращается к норме. Об этом же писал сам И. Киршенбаум, разбирая пример реки Колумбии, упоминал о нем и К. Ранкама.

Так куда же девается на зиму дейтерий, вернее, часть его? Как тут не вспомнить о странных белых льдинах, всплывающих осенью со дна рек Севера, когда температура воды положительная и ледостав еще не начался… Однако исследователями 40-х годов был предложен другой ответ. Тоже правильный, по… не относящийся к поставленному вопросу. Его суть в следующем.

Впервые наличие соединений дейтерия в атмосфере Земли обнаружил Адель в 1941 году. Это открытие дало очень многое науке. Во-первых, стало ясно, что процесс образования дейтерия идет на планете постоянно. Во-вторых, появилась возможность подсчитать его запасы в природных водах.

С учетом того, что приборы, регистрирующие содержание дейтерия в воде, не отличались тогда совершенством. Было установлено, что в снеговой воде, равно как и в океанической, речной, озерной, дейтерия примерно одинаково — что-то около 0,015%. Колебания в процентном содержании дейтерия в пробах, конечно, были, но незначительные. Это дало право Швартуту и Долю сделать поразительный вывод: мол, содержание дейтерия существенно не меняется в водах различного происхождения. Не меняется, потому что все они связаны с атмосферными осадками. При чем здесь осадки? Речь же шла об образовании дейтерия в природе?

И именно этот вывод утвердился в науке, хотя нелепость его, по-моему, более чем очевидна. Процесс образования атмосферных осадков, равно как и перенос атмосферной влаги, — очень сложный процесс.

Как, почему, где, какая вода испарилась? Какие ветры, какого содержания воздух? Словом, десятки причин, сотни условий могут изменить изотопный состав атмосферной воды, и не только изотопный. Вспомним уже приводившийся пример с тритием искусственного происхождения. Или печальные примеры с кислотными дождями, которые теперь уже перестали быть редкостью на огромных территориях планеты. А ведь все это атмосферные осадки конца XX века.

Конечно, осадки влияют на перенос дейтерия по водоемам, по регионам. Но является ли это влияние определяющим? Где здесь причина и где следствие? Тем более что доля атмосферных осадков в питании рек, например, несравнима с подземными источниками.

К тому же по многолетним наблюдениям установлено, что атмосферная влага — это не есть что-то постоянное, наперед заданное. Вовсе нет. В зависимости от времени суток, от сезона года, от природных условий территории, от ветров и еще от многих, причин атмосферная влага постоянно меняет свой состав. Воздушные массы — словно гигантская химическая лаборатория, где непрерывно идут реакции соединений и распада. Атмосфера буквально кипит, «варится в собственном соку», и понять, описать «рецепты» этой великой варки пока еще никому из ученых не удалось. Как же можно было из этой неполной информации устанавливать зависимость между небесной влагой и распространением тяжелых изотопов?

Одно то, что осадки нестабильны, регулярность их относительная — в какое-то время года они чаще, в какое-то реже, — уже это должно было остановить, заставить задуматься. К тому же бывают ведь и продолжительные засухи, когда осадки долгое время просто отсутствуют, а вода в реках и озерах тем не менее все равно имеет то же содержание дейтерия, что и в сезон дождей. Разве это не повод усомниться в выводах? Хотя, конечно, для некоторых, весьма небольших по площади территорий эти выводы справедливы.

В первую очередь сказанное относится к приморским районам, лежащим в сравнительной близости от океана, с его активным испарением влаги. Вне всяких сомнений, атмосферные осадки будут здесь наиболее богаты тяжелыми изотопами. Тем более что не вызывает сомнений как доказанный факт, что первые капли дождя и вообще первые дожди и снега из недавно образовавшегося облака содержат заметно больше дейтерия, чем остальные.

Подтверждающие это факты зафиксированы в Антарктиде, Гренландии, западных районах Америки. И эти факты не вызывают сомнений. К сомнениям ведет другое — какое все это имеет отношение к образованию дейтерия и его глобальному распределению?

Похоже, что никто из исследователей не заметил скрытого противоречия в утверждении, принятом, по существу, априори. Атмосферные осадки влияют только на распределение дейтерия по водоемам планеты в отдельных регионах, однако они никак не влияют на глобальный процесс образований дейтерия в природе.

Связь между содержанием дейтерия в поверхностных водах и атмосферных осадках, вполне возможно, не более чем исключение из правила, если принять во внимание глобальный процесс образования дейтерия, а также не забывать о своеобразии устройства атмосферного экрана планеты.

Итак, подведем некоторый общий итог сказанному, чтобы продолжить повествование об известном и неизвестном дейтерии.

В природе дейтерия много непознанного. Этот изотоп водорода — очень ценный природный ресурс. Он постоянно образуется на планете из простого водорода, присутствует во всех известных водоемах, поэтому редким называть его все-таки трудно, хотя он и является именно таковым.

Перспективы использования дейтерия в недалеком будущем вряд ли кто осмелится определить сейчас. Это вещество, входящее в состав обыкновенной воды, может открыть новую страницу химии — дейтериевой химии. Может быть, дейтерий позволит химикам получать новые вещества с самыми неожиданными свойствами. Кто знает? Ведь простой водород химики весьма активно применяют в своих технологиях, опытах. Дейтерий же им пока недоступен для «массового потребления» — он очень дорогой.