По образу и подобию

Высота ящика полтора метра, сечение — примерно полметра на полметра. Три боковые стенки — металлические, четвертая — из органического стекла. Это своего рода витрина. Рядом с ящиком соединенное с ним водомерное стекло. Внутри, снизу, — песок, над ним слой чернозема. Сверху, пронизывая и чернозем и песок, почти до дна идет труба с заклепанным концом. Самая нижняя ее часть перфорирована — покрыта мелкими дырочками. Сбоку, через металлическую стенку, у самого дна в ящик входит другая такая же труба, горизонтальная. Через вертикальную трубу подают воздух, через горизонтальную — воду.

Вот, кажется, и все. Но именно про этот ящик под зонтом говорили в институте: «Наша Кулунда». И спорь не спорь, были правы. Потому что это действительно была маленькая модель Кулундинской степи. В ящике под зонтом существовали характерные для Кулунды взаимосвязи между песком, черноземом, влагой и воздухом.

Надо подчеркнуть вот что: Саша постарался в точности воспроизвести знакомые ему условия иссушенной степи.

Демчук занялся не просто повторением уже законченного опыта. Старая модель, по его мнению, передавала далеко не все свойства степи, которые в данном случае могли играть решающую роль. Там, в ящике со стеклянной стенкой, под слоем чернозема лежал лучший кварцевый песок, обычно используемый в литейном деле. А таков ли на самом деле грунт Кулунды? Нет. Значит, долой первосортный песок! Демчук взял самый обыкновенный песок, просушил его, утрамбовал, уплотнил, чтобы придать твердость естественного грунта. А чтобы сквозь перфорированные концы труб не проникал песок, обмотал их марлей. Словом, все было предусмотрено. Да и переход из погреба во двор был приближением к естественным условиям, усилением подобия модели и ее прототипа.

Через горизонтальную трубу подали немного воды, затем включили насос, и тот послал вниз воздух.

Вода стала подниматься вверх, поднялась на 9 сантиметров… А выше? Нет, выше она не двигалась. Как ни старались Саша и насос, толку не было. Кто-то, похлопывая студента по плечу, объяснял ему, что иначе и быть не могло, что все правильно — подтвержден прежний результат.

— Ничего! Свой хлеб ты не зря ешь, — утешали Сашу друзья, — второй раз проверить все-таки стоило.

А Демчук сидел на табуретке около ящика и словно чего-то ждал. И дождался. К концу дня он понял «секрет» — его выдало водомерное стекло.

Вода, поднявшись, была захвачена и удержана капиллярами. Слой же воды в нижней части ящика в результате опустился ниже уровня отверстий на вертикальной трубе, и воздух просто перестал доходить до воды. Выходило, что насос качает воздух вхолостую!

На следующий день Саша подал в ящик воду так, чтобы ее слой был на 100 миллиметров выше уровня перфорации. Теперь, как только начинал подаваться воздух, вода поднималась. За 20 минут — на 5 сантиметров. Еще 20 минут работы насоса — еще 5 сантиметров. Ничтожная скорость? Нет, даже если бы это количество воды шло не вверх, под давлением воздуха, а вниз, под силой собственной тяжести, оно двигалось бы медленней.

Словом, в конце концов вода поднялась до чернозема и вошла в почву. А почему?

Этот вопрос сначала надо задать по поводу первого неудачного опыта. Почему он был неудачен?

Потому, что опыт проводился не на воздухе, а в сыром помещении: состояние и движение воздуха не могло не оказывать воздействия на подъем воды. Виноват и кварцевый песок. У него во многом иные свойства, чем у песка Кулунды, он иначе смачивается водой, состоит из мелких кристалликов, а тот — из маленьких неровных шариков.

Нашлись и другие «потому». Отверстия трубок не были защищены, как в опыте Саши, марлей и засорялись.

Но за вопросом: «Почему сначала не удалось?» надо ответить и на другой вопрос: «Почему удалось теперь?»

А с водой происходили очень интересные вещи. Прежде всего — уже чисто механическое давление воздуха заставляло воду подниматься. Но роль играло не только это. Воздух, попав под землю и под воду, стремился выбраться «на волю». В утрамбованном песке для него оставались только дороги по выводным капиллярам — канальцам в массе грунта. Пузырьки воздуха сломя голову кидались в эти ведущие вверх тоннели. И второпях прихватывали с собой капельки воды. Говоря точнее, нижние части этих самых капилляров были уже заняты водой. Пузырек — воздушный шарик — поднимаясь сам, толкал перед собой и эту воду — каналы были слишком узки, чтобы вода и воздух могли в них разойтись.

Газ служит для жидкости лифтом. Давным-давно этот эффект «эрлифта» (от английского «Эйр» — воздух) предложил использовать в нефтедобыче изобретатель В. Г. Шухов.

И опять же, это еще не вся правда.

До сих пор мы говорили об орошении подземными водами с помощью воздуха. А как насчет самого воздуха?