Поиски жизни в Солнечной системе

Теперь понизим температуру ниже точки замерзания, чтобы жидкая вода превратилась в лед. Так как лед испаря ется в сухом воздухе, пары над ним также создают опреде ленное давление. Скажем, при температуре -20 С давление паров льда равно 1,0 мбар, при -10"С оно составляет 2,6 мбар. В воздухе с более низким давлением водяного пара лед испаряется, или возгоняется. Если давление водяного пара выше, то пар конденсируется прямо в лед-именно такой процесс происходит при образовании инея в холодную ясную ночь. В обоих случаях осуществляется непосредственный переход пара в твердое состояние или, наоборот, без образо вания жидкой воды.

В рассмотренных примерах речь идет не более чем о двух фазах: пар и вода либо пар и лед. Увеличивая давление, можно вызвать таяние льда. приведя тем самым воду и лед в состояние равновесия при температурах ниже 0 С без газооб разной фазы. Чтобы привести все три фазы в равновесие. необходимо установить температуру около 0"С, когда равно весное давление паров воды и льда равно 6,1 мбар. Это состояние равновесия трех фаз называется тройной точкой. Для наших целей важно знать величину давления в тройной точке, поскольку это самое низкое давление, при котором может существовать чистая жидкая вода*.

Все сказанное выше относится лишь к чистой воде, которая редко встречается в природе. Даже дождевая вода содержит растворенные атмосферные газы, а вода озер, рек и океанов - еще и растворенные соли. Наличие в воде раство ренных веществ (или какого-то другого растворителя) приво дит к уменьшению равновесного давления ее паров, а это в свою очередь влечет за собой понижение температуры точки

* Следует помнить, что величина 6.1 мбар относится к давле нию паров воды, а не к общему атмосферному давлению, как иногда указывают.

'замерзания и повышение температуры точки кипения. На сколько сильно проявляются эти эффекты, зависит от кон центрации растворенных веществ. Концентрированные раст воры могут существенно отличаться в этом отношении от чистой воды, а слабые растворы-лишь незначительно. Со гласно закону Рауля, давление паров слабых растворов пропорционально доле молекул воды в растворе.

Приведем несколько примеров. Давление паров над раствором сахарозы, в котором на одну молекулу сахара приходится 99 молекул воды (16%-й раствор по массе), почти точно составляет 99% давления паров над чистой водой при той же температуре. Температура точки замерза ния такого раствора равна - 1,10"С. Морская вода представ ляет собой сложную смесь солей, равновесное давление паров составляет 99% их давления над чистой водой при той же температуре, а замерзает морская вода при температуре -1,87 С. Из закона Рауля следует, что 98% молекул в морской воде приходится на долю чистой воды. (Если речь идет об электролитах, как в данном случае, то ионы рассмат риваются как молекулы.) Большое Соленое озеро, как и многие другие соленые озера, насыщено или почти насыщено хлоридом натрия (NaCI бытовая поваренная соль). Давле ние паров насыщенного раствора NaCI составляет 75% от давления паров чистой воды, а его температура замерзания близка к -21 С. Доля молекул воды в этом растворе составляет 82% (при такой высокой концентрации солей закон Рауля выполняется лишь приближенно). Другая соль. хлорид кальция (CaCI^), редко встречается в природе, но в одном из водоемов Антарктиды (о нем говорится далее в этой главе) она содержится в насыщающей концентрации. Температура точки замерзания насыщенного раствора хло рида кальция равна -51 С, а равновесное давление его паров при комнатной температуре составляет только 31 % от равновесного давления паров чистой воды.

Как видно из этих примеров, добавление к воде раство ренных веществ стабилизирует жидкую фазу при более низких (по сравнению с чистой водой) значениях давления пара и температуры. До экспедиции "Викингов" предполага лось, что благодаря этому эффекту на поверхности Марса может существовать жидкая вода. Далее мы проанализируем это предположение наряду с некоторыми данными о биоло гической пригодности воды, содержащей высокие концентра ции растворенных веществ.

Вода на Марсе

Открытия "Викингов"