М Аджиев - Атомная энергетика — что дальше?

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.

А биологи… Разве полностью исследованы биохимические процессы в живых организмах, где присутствуют изотопы водорода? Это тоже, по существу, чистая страница науки, на которой написано разве что несколько букв. Очевидно, что если вода — спутник всего живого, то, видимо, присутствие дейтерия в ней тоже играет какую-то роль в развитии живых организмов.

А может быть, именно этому веществу обязана живая материя своим появлением? А что, если есть новые формы жизни? Возможно? Конечно, возможно. Прогнозы, гипотезы, проекты… Пока же биологи, как и химики, очень мало работают с тяжелой водой. Только избранные, только заслуженные. Слишком дорогой это ресурс, слишком редкий, чтобы быть в каждой лаборатории. Будь его больше в распоряжении исследователей, можно было бы, не экономя на миллиграммах, провести масштабные опыты, позволяющие поставить на повестку дня много новых вопросов, например о биотехнологиях в деле разделения изотопов. Да-да, именно биотехнологиях!

Еще в 1952 году стало известно, что некоторые дрожжи выделяют из тритиевой воды тритий и включают его в свои биохимические процессы. Несколько позже были выявлены водоросли, которые тоже успешно и давно «освоили» технологию изотопного разделения… Как это им удается?

Нет, не потеряли своей актуальности слова, написанные академиком Н. Д. Зелинским еще в 1934 году: «Кто бы мог подумать, что в природе существует еще другая вода, о которой мы до прошлого года ничего не знали, вода, которую в весьма небольшом количестве мы ежедневно вводим в свой организм вместе с питьевой водой. Однако небольшие количества этой новой воды, потребляемые человеком в течение жизни, составляют уже порядок величины, с которым нельзя не считаться».

И далее, развивая свою мысль, ученый продолжал: «В эволюции химических форм в биосфере и литосфере тяжелая вода не может не принимать участия, и вопрос о том, в какой стадии такого эволюционного процесса находится тяжелая вода в нашу эпоху, в стадии накопления ее в природе или в стадии деградации, представляется весьма важным и с точки зрения обмена веществ в живых организмах, в которых вода играет первостепенную роль.

Все живое проводит через свой организм громадные массы обыкновенной воды, а вместе с ней и тяжелую воду; какое же влияние оказывает последняя на жизненные функции организма? Пока это неизвестно, но такое влияние должно быть несомненным».

Изменилось ли что-нибудь в познании природы тяжелой воды за прошедшие полвека? Конечно. Но немного. Новых вопросов появилось куда больше, чем ответов… И все потому же… По-прежнему слишком дефицитен ресурс, очень мало его достается ученым-естественникам.

Наука пока не может ответить на некоторые вопросы. Скажем, такой. Если процесс образования дейтерия протекал на Земле постоянно, то правомерно предположить, что так было и миллион и миллиард лет назад и много раньше. Дейтерий — стабильный изотоп, который, по-видимому, должен накапливаться в природе, по крайней мере его должно становиться все больше. Однако если провести очень приблизительный расчет с максимально возможными «невыгодными» допущениями, то… не сходятся концы с концами.

Приняв планету за идеальный водный шар без защитной атмосферы, на который равномерно поступает космическая радиация, и зная «скорость» образования дейтерия, можно подсчитать, сколько его должно бы было быть на Земле. Затем, зная общие запасы природной воды, можно вычислить по среднепроцентному показателю фактические запасы дейтерия. Если сравним полученные цифры, то увидим, что они будут отличаться на несколько порядков.