Ледяные парадоксы

Самое загадочное вещество во Вселенной

Лед – вовсе не прост. Он до сих пор полон тайн. Отчего, к примеру, горячая вода замерзает раньше холодной? Эту загадку, названную «эффектом Мпембы», ученые решали не один десяток лет. Африканский мальчик Эрасто Мпемба любил холодный сок и в один жаркий день очень удивился: нагревшаяся на подоконнике упаковка уже превратилась в лед, когда вторая, положенная с ней рядом в морозильник уже холодной, была еще совсем жидкой!
   Это были 1960-е годы, о чуде напечатали статью. Но лишь в 1996-м, после целого года опытов с горячей и холодной водой, физик Д. Ауэрбах сделал простое открытие: все дело в содержании воздуха. Чем больше в жидкости газа – тем дольше она замерзает, в кипятке газа практически нет, вот он и кристаллизуется быстрее.

Наш родной № 12

Ученым известны 12 модификаций льда, включая загадочный «аморфный», существующий лишь в космосе. Еще один из видов льда, десятый по списку, может быть образован только при сверхвысоком давлении, в миллионы раз большем, чем давление атмосферы.
   Хорошо знакомый нам лед – двенадцатый, он легче воды и не тонет. Наш лед под микроскопом выглядит как ажурный кристалл из молекул воды с огромными воздушными зазорами между ними, и эта тайна еще до конца не раскрыта: отчего вода, замерзая в лед-12, увеличивается в объеме? Однако на этом фундаментальном свойстве держатся все льды Антарктики: пока вода расширяется при замерзании, мы можем не бояться второго всемирного потопа.

Лед жизни

Открыватель космического льда физик Луис Френк, профессор Айовского университета, пострадал за науку. Много лет Френка считали сумасшедшим фантазером из-за его гипотезы о том, что каждый день в атмосферу нашей планеты врезаются тридцать тысяч ледяных комет – глыб с дом величиной. Мы их не видим, потому что космический лед быстро испаряется. В 1997 году ученый был реабилитирован: его гипотеза триумфально подтвердилась. Есть мнение, что жизнь на Земле зародилась именно благодаря льду, прилетевшему из космоса.

Снежинки? Фракталы!

Веками снежинки притягивали и простых людей, и великих ученых. Первое описание снежинок как симметричных кристаллов дал Иоганн Кеплер в 1611 году в трактате «О шестиугольных снежинках», а в 1637-м французский математик Рене Декарт обнаружил 12-лучевые и даже редчайшие 18-лучевые снежинки. Эти ледяные феномены – тайна до настоящего времени. Зато парадокс фрактальной снежинки, известной как снежинка Коха, – отнюдь не тайна, а математика. И все же: каким образом эта замкнутая геометрическая фигура, очень похожая на снежинку, ухитряется иметь бесконечный периметр при конечной площади?
   Исследование снежинок порой граничило с героизмом: российский фотолюбитель Андрей Сигсон охлаждал кисти рук, чтобы наблюдать за снежинками, в результате получив не только ревматизм пальцев, но и высокую награду – серебряную медаль Политехнической выставки 1872 года. А японский физик-ядерщик Укисиро Накайя называл снежинки «письмами с небес»: благодаря его диаграмме можно узнавать о происходящем в верхних слоях атмосферы и прогнозировать метеоусловия по морфологии падающих сверху кристалликов льда. С 1949 года на базе идей У. Накайя принята международная классификация – 40 основных типов снежинок.
   Первым эстетом, упомянувшим о неизменности шестисторонней симметрии ледяных кристаллов, был китайский мыслитель Хан Юн в 135 году. А сегодня можно полюбоваться более чем пятью тысячами избранных снежинок в книге американского фотографа Вильсона Бентли. Впрочем, ученые утверждают, что в нашем мире не может существовать ни единой пары одинаковых снежинок, каждая уникальна.

Покатаемся на коньках

А отчего коньки и санки скользят по льду? Ведь на гладком камне и дереве в мороз никакого скольжения не наблюдается? Не одно поколение ученых говорило нам про плавление льда в результате сильного давления лезвий конькобежца. Да, коньки скользят по пленке воды, но в остальном все совершенно не так: эта пленка воды на льду есть всегда, даже безо всякого давления! При сканировании поверхности льда электронным лучом физики поняли: причина появления тончайшего слоя воды – слабые связи молекул в верхнем ледяном слое. Только когда мороз превышает 60°С, эта вода на поверхности льда становится вязкой и коньки уже не могут скользить. Но в такой холод и кататься явно никому не захочется.

Они сошлись: вода и камень...

Если для бобслея и фигурного катания необходим гладкий лед, то для керлинга – совсем наоборот. Ледяная дорожка для этой игры имеет на своей поверхности небольшие бугорки (пебблы), которые не что иное, как застывшие капельки воды. Их специально разбрызгивают перед игрой.

Страна огня и льда

Это Исландия: суровое северное житье-бытье средь царства вулканов. Десятая часть страны покрыта ледником, зато из имеющихся 150–200 на островах вулканов 32 активны. В марте 2021-го неожиданно проснулся и извергся вулкан с труднопроизносимым и, возможно, поэтому очень грозным именем Фаградалсфьядль, мирно спавший до этого 900 лет. А всего 10 лет назад, весной 2010 года, вулкан с еще более звездным именем (тому, кто произнесет его с первого раза – приз!), вдруг проснувшись, на целый месяц парализовал авиасообщение в Европе. Имя этого вулкана по-русски произносится примерно так: Эйяфьядлайёкюдль.
   Но по-настоящему феноменальны не имена вулканов, а исландская энергетика: за неполные полвека небогатая страна стала первой в мире и пока что единственной, девять из десяти домов в которой отапливаются геотермальным теплом, а энергия почти на 100 % «зеленая», то есть вырабатывается из возобновляемых источников: тепло Земли, ветер, сила воды – как в сказке!

                                                                                                                                                                                                                                            TTstudio / surangastock / ru.depositphotos.com

Тайны тибетских монахов

Тибетская практика визуализации живого пламени в собственном теле называется туммо. Все очень просто: нужно сесть в снег (желательно голышом) и представить, что глубоко внутри вас рождается крошечный огонек, этакая частица пламени толщиной в волос, она растет и разгорается, пока не переполнит тело и не вырвется наружу! А заодно сожжет все болезни и высушит, например, мокрое белье или полотенце... Нет, ни один врач не станет рекомендовать такое лечение, хотя эффективность туммо давно подтверждена исследованиями: у тибетских монахов все получается.
   Возможно, о секретах монахов могли бы рассказать Брэд Питт и Дэвид Тьюлис после съемок фильма «7 лет в Тибете». Съемочная группа работала в Тибете по заданию режиссера фильма Жан-Жака Анно в полной тайне, а после выхода картины правительство Китая запретило голливудским звездам въезд в страну. Интересно, что в фильме также снялась также родная сестра далай-ламы, причем в роли собственной матери. Осудили ли актрису соотечественники, неизвестно, но одна из тайн, поведанных тибетцами в фильме, гласит: «Один из путей к свободе – это служить другим».