Евгений Винников - На суше и на море. 1976. Выпуск 16

При испарении воды поглощается тепло, водная поверхность охлаждается, подобно кожному покрову человека при испарении капелек пота. Поверхностная пленка воды становится более соленой. Гидрофизики называют ее «холодной пленкой». Она тяжелее ниже находящейся воды, но не тонет благодаря поверхностному натяжению, как не тонет иголка, смоченная жиром, если ее осторожно положить на поверхность воды. Поверхностное натяжение тел обусловлено различным состоянием молекул. Во внутренних слоях вещества они подвергаются со всех сторон одинаковому влиянию соседних молекул, здесь силы взаимопритяжения гасят друг друга. Молекулы же поверхностного слоя испытывают неодинаковое притяжение со стороны внутренних слоев вещества и среды, граничащей с этим веществом. Поверхностный слой обладает избыточной свободной энергией. Поэтому свойства этого слоя другие, чем внутренних слоев. Вещество «стремится» понизить избыток свободной поверхностной энергии, стягиваясь в каплю (так меньше молекул остается в поверхностном слое) пли поглощая в поверхностный слой, адсорбируя вещества, которые могут снижать избыток энергии и поверхностное натяжение. Такие адсорбируемые вещества называют поверхностно-активными, или сокращенно ПАВ. Это многие органические вещества морской воды: пептиды, жирные кислоты типа тех, что входят в состав мыла и создают пену. Они адсорбируются на поверхности океана тончайшими слоями толщиной в одну (мономолекулярный слой) или несколько молекул. Это пока и есть предел наиболее тонких слоев морской воды у границы ее соприкосновения с воздухом. В этих случаях концентрация органического вещества в десятки, иногда в сотню раз выше, чем в более глубоких слоях воды. Но если ветер взбивает на поверхности моря пену, в ней концентрация органических веществ повышается еще в 10 раз. Моряки знают: когда появляется много пены, волнение достигает 4 баллов и ветер свеж — 8 м/сек. Срываемая ветром и переносимая на сушу морская пена иногда попадает на провода и портит линии электропередачи, покрывает рельсы и заставляет буксовать поезда. В больших количествах эта пена угнетает земные растения, а в малых — стимулирует их развитие. Она вызывает приток крови к коже человека и ощущение тепла. Некоторые рыбаки собирают пленку высохшей пены как средство от ревматизма. Крупный английский ученый Джон Бернал считал, что жизнь на Земле, подобно древнегреческой богине Афродите, родилась из морской пены. Однако концентрирование органического вещества из древнего морского «бульона» в пене, обильно образующейся в прибойных зонах, — это необходимое, но еще недостаточное условие для возникновения сложных биологических полимеров. Расчеты показывают, что вероятность такой самопроизвольной реакции полимеризации ничтожна. Некоторые ученые полагают, что она возможна при сильных электрических разрядах в атмосфере. Так или иначе тайну происхождения жизни связывают с активной поверхностью океана, и мы к этому еще вернемся.

Схема 1.Корж и Савенко показали, что соотношение концентраций молекул на поверхности воды отличается от соотношения в объеме. Например, в единичном объеме содержится 1000 молекул вещества А и 125 молекул поверхностно-неактивного вещества Б . Молекулы распределены равномерно. На каждое ребро единичного объема приходится по 10 молекул вещества А и по 5 молекул вещества Б . На каждую грань (поверхность) единичного объема приходится 10x10=100 молекул вещества А и 5x5 = 25 молекул вещества Б . Соотношение количества молекул веществ А: Б в объеме равно 1000: 125 = 8: 1, а на поверхности 100: 25 = 4: 1.

Схема 2.Зависимость хлорных отношений (концентрации веществ С А к концентрации хлора С cl) в атмосферной влаге от хлорных отношений в океанской воде. Тангенс угла наклона сплошной прямой равен 2/ 3.

Поверхностная пленка морской воды отличается не только особыми физическими и химическими свойствами, но и населяющими ее живыми организмами, совокупность которых имеет даже специальное название — «нейстон» (от греческого «неин» — плавать). Еще в 1939 г. профессор Б. А. Скопинцев, первым начав изучать химический состав пены, обнаружил, что на Каспии в 1 см 3пены содержится в 30 раз больше бактерий, чем в таком же. объеме морской воды. Но в ту пору этим данным не придали значения. Считалось, что поверхностная морская пленка безжизненна. Основания для такого мнения: одноклеточные водоросли и питающийся ими зоопланктон предпочитают более глубокие слои, чтобы не подвергаться воздействию прямых солнечных лучей. Кроме бактерий в поверхностном слое обитают другие микроорганизмы и в огромном количестве икра и личинки рыб, моллюсков, рачков. Они закрепляются на поверхностной пленке кто с помощью пузырька воздуха, а кто благодаря капелькам жира. Пионер морской нейстонологии Ю. П. Зайцев называет поверхностный пятисантиметровый слой «важнейшим питомником и инкубатором морей и океанов», отданным в распоряжение молоди. Черев эту поверхностную пленку идет интенсивный и важный для всей биосферы обмен между океаном и атмосферой, солями и газами — происходит «дыхание» океана. Ежегодно в цикле океан — атмосфера — суша участвует более полумиллиарда тонн солей. Отсюда ясна роль океана в общем круговороте веществ на поверхности Земли, в формировании облачности, выпадении атмосферных осадков и т. д. Часть солей выносится в атмосферу в виде аэрозолей при образовании брызг морской воды под действием ветра и при лопании пузырьков на поверхности океана. Это так называемое механическое испарение. Другая часть солей переходит в атмосферу в виде донов или молекул. Это так называемое физическое испарение. Ученые обнаружили, что при переходе солей из океана в атмосферу изменяется соотношение их концентраций. Это явление назвали метаморфизацией состава. Для его объяснения предлагали самые различные теории. Одни усматривали причину в различиях энергии гидратации ионов, другие полагали, что все дело в различии атомных весов, ионных радиусов, адсорбционных свойств. Однако явление не удавалось объяснить даже качественно. Но недавно молодые советские ученые В. Д. Корж и В. С. Савенко показали, что метаморфизацию состава можно объяснить самыми простыми причинами. Отношение количеств двух веществ на единице поверхности (м 2) равно их отношению в единице объема (м 3), взятому в степень 2/ 3. А поскольку вещества испаряются с поверхности, а не из объема всего тела, то и отношения их концентраций в атмосфере те же, что и на поверхности, то есть равны их отношениям в объеме в степени 2/ 3. Это можно проверить с помощью схемы 1, подсчитав число шариков А и Б в кубах и на их гранях и вычислив объемные и поверхностные отношения чисел этих шариков. Что эта теория верна, подтверждает график на схеме 2.