Într-o povestire a lui Robert Shekley, un mare investitor galactic îi comandă unui antreprenor metagalactic o… planetă. Cu oceane, munţi, atmosferă, vieţuitoare, ba chiar şi cu niscaiva făpturi raţionale, „după chipul şi asemănarea mea”, cere megabaştanul. Şi mai are o pretenţie: să fie ieftină (de unde şi titlul povestirii, Planetă ieftină).
Citind recent un articol dintr-o mare revistă (nu vă spun numele ei, colegul meu Cristi o „împrumută” cu dibăcie de pe net), am fost pur şi simplu bulversat de demascarea apei-noastre-cea-de-toate-zilele ca fiind încărcată de ciudăţenii şi mistere. Şi, făcând legătura (mă rog, link-ul) cu minunata poveste SF a lui Shekley (ne-a vizitat la sfârşitul Mileniului trecut, i-am şi luat un interviu), mi-am dat seama că, pentru a fi un bun calibrator de universuri, adică creator de anvergură al unor sisteme care încep cu Big Banguri, fabrică din energie materie, apoi viaţă şi raţiune, este suficient să dispui doar de două elemente fundamentale: apa şi Tabloul lui Mendeleev.
Nu-ţi mai rămâne decât să proclami „Fiat lux!” („Să se facă lumină!”) şi servitorul numit Evoluţie se pune pe treabă.
ANOMALIILE APEI
Apa caldă şi apa rece au proprietăţi opuse, comportamentul anormal fiind mai accentuat la temperaturi joase, la care proprietăţile apei suprarăcite diferă adesea de cele ale gheţii cristalizate hexagonal
Când apa suprarăcită este încălzită, dimensiunile moleculelor se diminuează şi apa devine mai uşor compresibilă, indicele său de refracţie creşte, la fel viteza de propagare a sunetului, capacitatea de a dizolva gaze scade, este mai uşor de încălzit şi conductivitatea sa termică creşte
Prin contrast, pe măsură ce apa caldă este încălzită, devine mai uşor compresibilă, indicele său de refracţie scade, la fel viteza de propagare a sunetului, gazele devin mai solubile, devine mai greu de încălzit şi un conductor termic mai slab
Prin creşterea presiunii, moleculele individuale se dilată, viteza de deplasare a moleculelor este mai mare în apa rece decât în apa caldă
Apa caldă îngheaţă mai rapid decât apa rece, iar gheaţa se topeşte la comprimare (cu excepţia situaţiilor în care se aplică presiuni înalte, când apa lichidă se solidifică la comprimare)
Poate e prea lungă introducerea mea, dar m-a întărâtat savanta Marcia Barbosa, cercetător la Universitatea Rio Grande do Sul din Brazilia, care m-a făcut să apreciez, încă o dată, că ştiinţa se echilibrează perfect cu imaginaţia, că parfumul misterelor face bine şi sănătăţii ştiinţelor fundamentale. Mă voi dezlănţui, în continuare, într-o pledoarie pentru miracolele pe care le avem lângă noi, fiecare dintre noi, de la naştere până la moarte – dar mă voi lăsa însoţit şi de informații factuale în care fizicienii, chimiştii şi inginerii bine crescuţi vor găsi argumente convingătoare.
Încep cu implicarea mea directă în „Afacerea Apei”, dincolo de atât de simpla formulă H-O-H (cunoscută, nu-i aşa, de toţi pământenii, încă din şcoala primară). S-a întâmplat în toamna lui 1977, când doi „evanghelişti în ştiinţă” (vorba colegului Marc Ulieriu), Buţiu şi Pal, organizează la Casa Sindicatelor din Sibiu o întâlnire – aveau să fie mai multe – a publicului local cu cercetători şi povestitori ai întâmplărilor de ştiinţă şi imaginaţie.
Printre vorbitori, inginerul Justin Capră, sosit la Sibiu într-una din maşinuţele artizanale care l-au făcut celebru, povesteşte auditoriului (peste 800 de spectatori) despre o observaţie pe care o făcuse mentorul lui, marele savant Henri Coandă, aceea că fulgii de zăpadă cristalizează diferit, în funcţie de locul de pe Pământ unde cade neaua.
Prezent la întâlnire, fizicianul Ion Mânzatu trage o concluzie care ne surprinde pe toţi: înseamnă că arhitectura moleculei de apă este influenţată de mediul înconjurător şi că, probabil, există un câmp al formei, afirma memorabil Profesorul.
ANOMALIIL E DE FAZĂ ALE APEI
Apa are un punct de topire şi un punct de fierbere anormal de înalte
Apa are un punct critic (punctul final al unei curbe în diagrama de fază) anormal de înalt
Apa solidă prezintă mai multe varietăţi structurale (stabile şi metastabile, cristaline şi amorfe) decât orice altă substanţă
Conductivitatea termică, modulul de rigiditate şi viteza de propagare a sunetului ale gheţii scad cu creşterea presiunii
Structura apei lichide se modifică la presiune înaltă
Apa suprarăcită prezintă două faze şi un punct critic suplimentar la aproximativ -91°C
Apa lichidă se poate suprarăci cu uşurinţă, dar este vaporizată cu dificultate
Apa lichidă există la temperatură foarte coborâtă şi îngheaţă (se solidifică) la încălzire
Apa lichidă poate fi supraîncălzită cu uşurinţă, iar apa fierbinte îngheaţă mai repede decât apa rece (efectul Mpemba)
Amplitudinea de vibraţie a apei calde este mai mare decât a apei reci
Moleculele de apă se contractă la creşterea temperaturii şi se dilată la creşterea presiunii
Doi ani mai târziu, transferat de la liceul meu craiovean la revista S&T, iar Profesorul avansat la rangul de demnitar în CNST (Ministerul Ştiinţei din acele vremuri), plecăm amândoi la Timişoara, unde fizicianul Ion Mânzatu urmărea evoluţia unui experiment încurajat de CNST, pe care-l făceau inginerii Gheorghe Lucaci şi Viorel Abrudan, asupra a ceea ce avea să se numească mai târziu „apa structurată”.
Profesorul era nemijlocit implicat în experiment, şi avea să rămână implicat nu numai în anii imediat următori, ci și în cele două decenii de după Revoluţia din Decembrie 1989.
Ce vor face Mânzatu şi Lucaci – Abrudan, din păcate, a fost răpus de o boală – în laboratorul bucureştean din Strada Dumbrava Roşie, în care s-au mutat mai ales pentru a folosi electronograful construit de pe atunci tânărul fizician Ioan Mamulaş şi doctorul Florin Dumitrescu? Vor iniţia sute, poate mii de experimente pentru a agrega „apă structurată”, adică apă… deranjată în fel şi chip cu radiaţii divese, cu ultraviolete, ultrasunete care să modifice vibraţiile moleculelor de H2O, „ademenindu-le” spre transformări care de care mai neobişnuite.
ANOMALIILE TERMODINAMICE ALE APEI
Căldura de topire a apei prezintă un maxim la -17°C
Căldura specifică de încălzire a apei are o valoare dublă faţă de cea a gheţii sau a vaporilor
Capacitatea termică specifică (CP şi CV) a apei este neobişnuit de ridicată
Capacitatea termică specifică CP prezintă un minim la 36°C şi prezintă un minim în raport cu temperatura
Capacitatea termică specifică Cv prezintă un maxim la aproximativ -45°C
Căldura şi entropia de vaporizare, ca şi căldura de sublimare au valori anormal de mari
Conductibilitatea termică a apei este mare şi creşte la o valoare maximă la aproximativ 130°C
Redau o singură experienţă la care am asistat acolo – şi pe care colegul şi prietenul Viorel Nicolau a filmat-o pentru una dintre emisiunile mele de ştiinţă de la TVR. Într-un vas de sticlă, Profesorul Mânzatu introduce o doză de apă semi-prelucrată, o supune unui bombardament cu ultraviolete, dar şi unor vibraţii produse de un oscilator şi, la un moment dat, adaugă în recipient câteva granule de sulfat de cupru.
Veţi asista la ceva neobişnuit, ne spune şi, într-adevăr, în câteva secunde, cristalele de CuSO4 se dizolvă în apă şi soluţia se autoorganizează… într-o dublă spirală! Adică, ne spune Profesorul, urmează legile, tiparul Vieţii! (înregistrarea ar trebui să existe încă prin uriaşa arhivă a Societăţii Române de Televiziune, multe dintre emisiunile realizate, în timp, de echipa Andrei Banc – Andrei Bacalu – Ştefana Bratu – Alexandru Mironov meritându-şi resuscitarea pe scena audiovizualului românesc).
Flerul meu de jurnalist m-a făcut să rămân alături de cercetările Profesorului, în acelaşi pas cu el, indiferent de vicisitudinile politice ale vremurilor (Ion Mânzatu a fost târât, în anii ’80, în sordida poveste a „meditaţiei transcedentale”) şi de „amabilităţile” colegilor săi de catedră şi de cercetare, deranjaţi, probabil, de originalitatea demersului într-un domeniu în care, credeau fizicienii şi chimiştii veacului trecut, absolut nimic nou nu mai era de semnalat.
ANOMALIILE FIZICE ALE APEI CA MATERIAL
Apa are o vâscozitate neobişnuit de mare, care creşte pe măsură ce temperatura scade şi, sub 33°C, scade cu creşterea presiunii
Coeficientul de difuzie este mare şi descreşte cu scăderea temperaturii
La temperaturi coborâte, autodifuzia apei creşte pe măsură ce cresc densitatea şi temperatura
Apa are o tensiune superficială neobişnuit de mare
Cu creşterea temperaturii, solubilitatea în apă a gazelor cu structură nepolară scade până la o valoare minimă, după care (respectând comportamentul normal) creşte
Constantele dielectrice (care reflectă opoziţia unui mediu faţă de forţele de atracţie între particulele încărcate cu sarcini) ale apei şi gheţii sunt neobişnuit de mari (la 0°C, aer: 1; gheaţă: 3,2; apă: 80)
Constanta dielectică a apei prezintă un maxim la aproximativ 30°C
Mobilităţile protonilor şi anionilor hidroxil (produşi ai ionizării apei) sunt anormal de mari în câmp electric
Conductivitatea electrică a apei înregistrează un maxim la 230°C şi creşte considerabil cu frecvenţa
Relaţiile dintre constantele de disociere a acizilor slabi în soluţie apoasă şi temperatură prezintă un minim
Personal, mai păstrasem şi amintirea unui curs special pe care ni-l ţinuse profesorul nostru de fizică din Craiova, Silviu Puşcaşu, cursul de „Lege a fazelor” – mie, studentul de atunci, mi se păruse atât de încărcată de parfum şi mister această „lege a fazelor” încât am păstrat-o ani mulţi în suflet şi, la întâlnirea cu noua perspectivă din care a început să fie privită apa-cea-de-toate-zilele, am avut declicul pe care trebuie să îl aibă un jurnalist, fie el şi de ştiinţă, la întâlnirea cu senzaţionalul.
În cazul de faţă, iscat de apă, adică de te miri ce şi mai nimic. De remarcat că informaţiile din casetele ce completează articolul nu sunt doar rezultatul unor cercetări făcute de universitari anglo-saxoni sau germani, ci și ale unei locuitoare a Braziliei, tărâm straniu în sine, ca toate cele ale Americii Latine, în care te aştepţi ca Macondo, cel sfinţit în literatură de Gabriel Garcia Marques, să trimită către lume personaje fabuloase de talia ţiganului-vrăjitor Melchiade.
Fiziciana Marcia Barbosa, după ce se plânge (cu aroganţă) că e acuzată că se ocupă de fleacuri (cu apa, pentru un fizician) în loc de, să zicem, nanotuburile de carbon, ne transmite un avertisment: „A subestima apa este o greşeală de neiertat!” Căci apa prezintă nu mai puţin de 72 de anomalii! Adică de greşeli, cumva intenţionate, pe care le fac Fizica şi Chimia cu blânda moleculă de H2O (pentru comparaţie, zice ea, banalul siliciu, parte a nisipului, cu doar 12 anomalii a făcut carieră fabuloasă de când Bardeen, Brattain şi Shokley au descoperit tranzistorul).
Ia să ne strecurăm printre interstiţiile dintre legile naturii, pare a spune Marcia, şi să vedem peste ce minuni mai dăm!
Las cititorul să-şi bată capul – şi să se desfete – descifrând proprietăţile bizare ale apei în informațiile care completează articolul, dar nu pot să nu vă invit să plutiţi, cu imaginaţia, peste unele dintre stranietăţile apei – care, mărturisesc, mie, jurnalist de ştiinţă, dar şi scriitor de SF, îmi lasă pur şi simplu gura apă!
- În toate cele trei stări de agregare ale sale, apa face trei „greşeli” fizice greu de înţeles (dar uşor de iertat): ca gaz, este unul dintre cele mai uşoare, ca lichid, e mult mai densă decât oricare altul, ca solid e mult mai uşoară decât ar fi de aşteptat;
- Mai mult, este în acelaşi timp şi lunecoasă şi lipicioasă – iar neortodoxa doamnă Barbosa ne avertizează că multe alte surprize se vor ivi atunci cînd vom face legătura între molecula de H2O şi fenomenul de supraconductivitate la temperatură ordinară;
- Căldura latentă de evaporare mare împiedică deshidratarea şi răcirea prea rapidă a organismelor;
- Apa hidratează bio-macromoleculele (proteine, acizi nucleici), asigurându-le astfel structuri tridimensionale extinse şi, în consecință, funcţii biologice;
- Apa ionizează şi permite schimbul de protoni între molecule;
- Capacitatea calorică mare a apei transformă oceanele în rezervoare de căldură pentru organisme şi regulatoare pentru climatul planetei;
- Densitatea apei variază în mod neobişnuit în funcţie de temperatură: la răcire, substanţele se contractă, apa nu; sloiurile plutesc pe râuri, cuburile de gheaţă plutesc în paharele cu whisky;
- Sub 0°C, râurile îngheaţă de la suprafaţă spre adâncuri, protejând astfel viaţa;
- Tampon împotriva oscilaţiilor de temperatură, asigură stabilitatea vieţii;
- Apa are un grad de compresibilitate extrem de scăzut, iar viteza de propagare a sunetului prin apă (de 4,3 ori mai mare decât prin aer) sporește cu creşterea temperaturii până la 74°C (cine ştie ce aplicaţii vor găsi experţii în termodinamică şi fizica sunetului în viitorul apropiat?);
- Zguduitor: banalele molecule de apă se auto-organizează în clusteri icosaedrici realizaţi prin legături de hidrogen. (Oare asupra acestor structuri să fi intervenit experimentele Profesorului Mânzatu?);
- Comportamentul cuantic al moleculelor H2O, D2O şi T2O diferă semnificativ, din motive încă insuficient clarificate; amintesc că D (deuteriul) şi T (tritiul) sunt izotopi ai hidrogenului, având față de atomul de hidrogen unul, respectiv doi neutroni suplimentari în nucleu;
- Apa fierbinte îngheaţă mai repede decât apa rece!
- Paradoxul (al câtelea?) presiune – densitate: la presiune înaltă, moleculele de apă se îndepărtează unele de altele (să te cruceşti, nu alta!);
- Vâscozitate şi tensiune superficiale ilogic de mare;
- Fiecare moleculă de H2O poate forma până la patru legături de hidrogen, ceea ce generează o structură tetraedrică stabilă;
- aici apare o proprietate secundară uluitoare: la densitate şi presiune ridicate moleculele de apă „lunecă” mai repede – un experiment absolut scandalos făcut după anul 2000 şi repetat în mai multe laboratoare a arătat că, atunci când apa este confinată (înghesuită) în interiorul unui nanotub de carbon, moleculele se aliniază după o linie unică în interiorul nanotubului, iar apa curge… de 1.000 de ori mai repede decât ne-ar fi indicat legile termo şi hidrodinamicii!
ANOMALIILE PRIVIND DENSITATEA APEI
În cazul apei, relaţia temperatură – densitate prezintă un punct de maxim la 4°C
Densitatea gheţii creşte la încălzire (până la 70K)
Apa se contractă la topire
Presiunea reduce punctul de topire al gheţii
Apa lichidă are o valoare mare a densităţii, care creşte la încălzire (până la 3,984°C)
Suprafaţa apei este mai densă decât întregul volum
Creşterea presiunii reduce temperatura la care densitatea apei este maximă
Apa suprarăcită prezintă o valoare minimă a densităţii
Apa are un coeficient de dilatare termică coborât
Gradul de dilatare termică al apei scade (devine negativ) la temperaturi coborâte
Dilatarea termică a apei creşte cu creşterea presiunii
Numărul de molecule din prima vecinătate a unei molecule de apă creşte la topire, dar şi cu creşterea temperaturii
Apa are un grad de compresibilitate neobişnuit de scăzut
Compresibilitatea scade cu creşterea temperaturii până la 46,5°C
Relaţia temperatură-compresibilitate prezintă un punct de maxim
La frecvenţe înalte, se înregistrează „sunetul rapid”, care prezintă discontinuitate la presiune înaltă
Timpul de relaxare spin-reţea în RMN este foarte mic la temperaturi coborâte
Frecvenţa de rezonanţă RMN a nucleelor prezintă un maxim la temperaturi coborâte (la suprarăcire)
Indicele de refracţie al apei prezintă o valoare maximă imediat sub temperatura de 0°C
Modificarea de volum la vaporizare este foarte mare
Vă daţi seama ce aplicaţii zguduitoare naşte acest fenomen de supracurgere?
Rămân la această manevră pur şi simplu vrăjitorească a apei şi vă dezvălui că moleculele numite aquaporine (descoperite de compatriotul nostru Gheorghe Benga de la UMF Cluj-Napoca – dar pentru care a luat premiul Nobel doar americanul Peter Agre) exact asta fac, ne spune Marcia Barbosa: în membranele celulare (toate membranele celulare, din toată lumea vie) aceste canale minuscule au pori microscopici care permit curgerea rapidă a apei, probabil supracurgerea, exact ca în nanotuburile de carbon; idem, rinichii desalinizează fluidele noastre corporale.
Iar aici, tot la această ciudată proprietate – greşită din punct de vedere fizic – a apei, îi putem asocia pe bioinginerii de la care aşteptăm o invenţie esenţială pentru omenire, desalinizarea apei de mare. Probabil că o combinaţie între osmoza inversă, distilare şi supracurgerea prin nano-tuburi ar putea fi soluţia acestei uriaşe probleme a omenirii.
În sfârşit, o adevărată declaraţie de dragoste a savantei braziliene faţă de obiectul studiului ei: cea mai bună unealtă pe care ne-o furnizează anomaliile apei este Viaţa însăşi…
Împlinindu-şi misiunea pe care o avea în lumea noastră, prietenul meu, Profesorul, a plecat spre alte universuri, lăsându-ne însă un început solid de cercetare în profunzimile apei, entitatea numită BIOTEHNOS, complex de laboratoare, dar şi unitate industrială unde produsul pornit cu decenii în urmă, apa structurată, a devenit marfă normală, chiar de export – şi de unde echipele de cercetare conduse acum de doamna Liliana Mânzatu pot propune şi împinge spre democratizare cercetarea acestei modeste, dar scandaloase substanţe care este H2O.
Iar eu mă întorc la prietenul Robert Shekley, plecat şi el în Universul către care se îndreaptă visătorii, şi vă repet că marea invenţie a constructorului de planete ieftine este această moleculă miraculoasă.
Porniţi Big Bang-ul, treceţi peste spasmul de 200.000 de ani de la începuturi, eliberaţi fotonii, demaraţi fabricarea particulelor de tip quark, construiţi atomul de hidrogen, dezlănţuiţi fuziunea şi de aici încolo puteţi să nu mai aveţi nici o grijă (în a şaptea zi, puteţi să vă odihniţi) – Evoluţia îsi va urma marşul triumfal spre planete ieftine pe care va apărea Viaţa, aşadar Domnia Ta, Observatorul.
P.S. Pentru că uneori întâlnesc fel de fel de necredincioşi de toate religiile, sceptici întru imaginaţie, vreau să vă împărtăşesc un citat din genialul Gregory Benford, fizician la Universitatea California Irvine, autor de sute lucrări ştiinţifice şi de zeci de romane SF:
Acceptarea limitelor cunoaşterii umane, a enormităţii ignoranţei noastre, este o abilitate care se dobândeşte
Sau nu (nota autorului).
