Текст книги "От звезды до росинки. 120 удивительных явлений природы"

87 Заколдованные камни

КОГДА: всегда, когда хочешь убедиться, что целое может быть и противоположностью суммы своих частей

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: маленький горшочек или большая прочная чашка (например, большая кофейная кружка), или другой цилиндрический сосуд (например, банка из-под арахиса); мелкая галька (для эксперимента можно также использовать стеклянные шарики или даже несоленый чищеный арахис)

1. Положи камушек в пустой сосуд и крутани его рукой по часовой стрелке: камушек тоже завертится по часовой стрелке.

2. Теперь положи к этому камушку горсть камней такой же величины и крутани кружку еще раз: галька будет крутиться уже не по часовой стрелке, а против! Она, по всей видимости, оказывает активное сопротивление движению!

3. Другой способ – добавлять к этому камушку другие постепенно. Так ты сможешь уловить момент, когда поведение всей системы обращается в свою противоположность. Это выглядит особенно впечатляюще, если проводить эксперимент не с галькой, а с шариками.

4. Известно, что в группе люди ведут себя совсем иначе, чем поодиночке; чего уж, казалось бы, ожидать от бесчувственных серых камней – чистой механики и линейного движения «в ногу». Однако эксперимент показывает, что даже самые простые природные феномены не так уж и просты, как это кажется поначалу. Физики только в последние 20 лет заинтересовались поведением гальки, песка и других скучных, на первый взгляд, масс: зерна, арахиса или разноцветного шоколадного драже «Smarties» – и решили присмотреться к ним внимательнее. Оказалось, что самое банальное из всех повседневных явлений таит в себе множество загадок. Мы говорим о «гранулярной физике», которая часто кажется трансцендентальной; эта область явлений сулит много новых открытий.

88 Загадочные явления на пляже

ГДЕ: на пляжах

1. Пляж – это место, где сталкиваются друг с другом галька, песок, скалы, вода и ветер. Вода накатывает на берег и перемешивает гальку и песок. Однако в результате возникает не беспорядок, а причудливо упорядоченные формы. На илистом или песчаном пляже волны оставляют следы ряби. Стоит нарушить этот узор, как он сразу же восстанавливается – от этого становится даже немного жутко.

2. Если же пляж состоит исключительно из гальки, на которой кое-где разбросаны ракушки, нам часто кажется, что перед нами скопление, лишенное какой-либо структуры. Но разве не говорил один французский философ, что всякий хаос – на самом деле порядок, принцип которого еще не понят?

3. Приглядись: вода вовсе не без разбора выбрасывает на сушу камни, песок и ракушки. Она сортирует предметы таинственным образом, и зачастую понять этот принцип можно лишь при более внимательном рассмотрении. Камни сходной формы и величины часто лежат рядом – это наблюдение сделал еще греческий философ Демокрит, обобщив его в афоризме: «Подобное тянется к подобному».

4. На пляжах творятся удивительнейшие вещи. На острове Гомера в Атлантическом океане есть пляжи, с которых зимой вода смывает весь песок, так что остается только галька. Весной песок снова наносит течением, как будто океан хотел почистить его перед началом нового сезона. Странное явление обнаружила близ Марселя аугсбургская семья Фрейнов. Родители и дети, охваченные безудержной страстью к собирательству, набрали на пляже несколько мешков ракушек сердцевидки. Детальный анализ, проведенный в Аугсбургском университете биологом Экхардтом Хартманном, показал, что из почти 1000 ракушек практически все створки оказались левыми. Правые попадались крайне редко (каждая ракушка имеет правую и левую створки, как мы – правые и левые ноги или руки). Поскольку все ракушки, умирая, распадаются на две половинки, наиболее вероятным было бы равномерное их распределение. С чего вдруг вода, выбрасывая ракушки на берег, оказывает предпочтение левым створкам? Одна из многочисленных загадок, которые вечно накатывающие на берег волны в буквальном смысле слова бросают нам под ноги на пляже. Следующая волна смоет ее и сразу же заменит новой.

Рис. 48. Черепичная структура гальки

5. Иногда на пляжах, особенно на пляжах речных островов, наблюдается правильное чередование гальки – так называемая черепичная структура (рис. 48). Камни расположены, как чешуя у рыбы, – так, чтобы оказывать максимальное сопротивление течению или прибою. Они становятся поперек – в точности как рябь на песке, возникающая в воде перед пляжем перпендикулярно волнам. Такое ощущение, что груда гальки пытается защититься от водной атаки. Распределение камней на галечном пляже напоминает стадо буйволов, в котором самые крепкие, сильные быки образуют внешнее кольцо, тогда как молодняк и буйволицы остаются в середине. Иногда это выглядит так, словно галька стремится отгородиться от накатывающих волн, как будто специально прикрывается сверху крупными камнями, которые трудно сдвинуть с места, чтобы лучше защитить лежащие снизу более легкие камни.

89 Подсчитай и удивись: галька и песок

1. Никакое другое сырье мы не используем в таких количествах, как гальку (и песок). На каждого жителя Германии в среднем приходится 5 т гальки в год (а в США в два раза больше – 10 т)! Представить себе, сколько это, можно, подняв в магазине стройматериалов или садовом центре десятикилограммовый мешок: чтобы получить 5 т, пришлось бы привезти 500 таких мешков.

2. Но для чего такое огромное количество гальки? Галька используется для строительства дорог и домов, мостов и вокзалов. Асфальт состоит по большей части из гальки или щебня, только 15 % – смола. Здания тоже строятся преимущественно из гальки, так как бетон примерно на 80 % состоит из гальки; остальное – цемент, т. е. собственно вяжущее вещество, и арматура.

90 Подсчитай и удивись: внутренняя поверхность

1. Представим себе кубик с гранью длиной 1 см – это соответствует небольшому камушку. Его площадь – шесть квадратных сантиметров. Разложим этот кубик на кубики поменьше с длиной сторон 0,1 см – это соответствует превращению гальки в крупный песок. Площадь такого 0,1-сантиметрового мини-кубика – 0,06 см². В результате разложения получится 1000 кубиков. Суммарная площадь этих кубиков составит 60 см². Сделаем из этих мини-кубиков еще 1000 кубиков поменьше – получим мини-мини-кубики с длиной ребра 0,01 см. Площадь каждого из этих мини-мини-кубиков – 0,006 см². Это уже на границе царства песка, практически в царстве пыли. Этих мини-мини-кубиков у нас получится целый миллион. Их суммарная площадь – 6000 см². На нашем письменном столе камушек займет место с ноготок. Если переработать его в песок, он покроет участок шириной с ладонь, а если измельчить в пыль, то всю поверхность стола.

2. Эти цифры вовсе не абстрактны, они обусловливают принципиально разные свойства гравийных, песчаных и пылеватых почв. Различия проявляются при использовании гальки и песка для фильтрации сточных вод: фильтрующий эффект песчаных почв гораздо выше, чем у гальки. А самые лучшие фильтры – пылеватые почвы.

3. Поэтому определенные виды пыли используются в гранулированном виде для чистки аквариумов и садовых прудов. Особенно эффективен так называемый бентонит, который добывается в Баварии. Бентонит образуется от выветривания вулканического пепла, и у него огромная внутренняя поверхность. Он применяется не только в аквариумах, но и в качестве наполнителя для кошачьих туалетов.

XIV. Земля

Песенка землееда

 
Другие едят картошку-фри, сосиски или стейки,
Яблоки, груши, виноград или тофу.
А я люблю землю.
Да, вы не ослышались!
Землю. По ней не только ходят.
Ее можно еще и есть.
 
 
Это нечто особенное! Земля не воняет.
Возьми, какую надо: она благоухает. Она мягкая на ощупь.
Она то рассыпается, то тает на языке, как масло.
 
 
Многие едят землю! Малыши на игровой площадке.
Бабушки кричат им: «Нет! Там же собачье пи-пи!».
А дети не слушают, пригоршнями запихивают землю себе в рот.
А гравий еще лучше: он солоноват.
 
 
Бабушки тоже едят землю – из диетического магазина,
красиво упакованную под видом «лечебной грязи».
Дома они тайком подмешивают ее
себе в чай, чтобы пищеварение снова заработало.
И замотанная мама – она тоже ест землю.
Кремнезем, чтобы
ногти и волосы снова стали красивыми.
 
 
Даже турбоменеджеры едят землю, упакованную в серебристые капсулы, рано
утром в виде нанокремния, по десять евро за штуку!
Для повышения работоспособности.
А внутри этих капсул чистая каменная мука. Земля.
 
 
Китайцы едят землю.
Африканцы едят землю. Они берут немного глины,
скатывают из нее шарик,
который тает на языке.
Мусульмане едят землю. Они берут пыль с могилы пророка,
пекут из нее маленький пирог и съедают его.
 
 
Я люблю, когда земля светлая и не хрустит на зубах.
Подогреваю ее и откусываю. И запиваю стаканом воды.
Вкуснятина!
 

Открой для себя грязь!

91 Пригоршня садовой земли

ГДЕ: в саду

1. Присмотревшись к садовой земле, ты заметишь, что она имеет рассыпчатую структуру. Откуда берутся эти крошки? Многие из них имеют характерную форму (круглую или цилиндрическую) и величину. Часто это крохотный оформленный кал; кажется, что весь гумус состоит из него.

Рис. 49. Обитатели лесной подстилки

2. Кто это все переварил? Живых существ в садовой земле ты увидишь лишь изредка. Они хорошо прячутся. А вот если зачерпнешь в лиственном лесу горсть лесной подстилки, то заметишь этих существ: маленьких клещей, крохотных прыгучих насекомых и червей (рис. 49). Они, как правило, белого цвета, так как в темноте им не нужны пигменты, чтобы защищаться от солнца. А от света они разбегаются, расползаются и отпрыгивают в разные стороны.

92 Эрозия почв

ГДЕ: везде, особенно на наклонной плоскости

1. Если присмотреться к горной тропинке, мы увидим, что там, где отсутствует растительный покров, почва легко смывается. Чем отвеснее местность, тем быстрее выглядывает голая скала.

2. Это наблюдение универсально: везде, где почва обнажается, ее постепенно начинает сдувать и смывать. Чем больше угол наклона поверхности, тем быстрее. Пахотные земли тоже подвержены эрозии, так как там земля долгое время остается без защитного растительного покрова. Для того чтобы образовался слой почвы в палец толщиной, должно пройти от нескольких столетий до нескольких тысячелетий. А из-за эрозии ее может смыть или сдуть уже за одно столетие. Велика вероятность того, что хорошая почва закончится раньше, чем нефть. Только в регионах с лессовыми грунтами, на Великих равнинах, в некоторых регионах Европы и в Китае эрозия почв не является такой большой проблемой, поскольку толщина плодородной почвы достигает здесь нескольких метров.

3. Предотвратить эрозию позволяет так называемая консервирующая обработка почвы – форма сельского хозяйства без использования плуга. В Европе и США она завоевывает все больше сторонников.

93 Крайняя земля

ГДЕ: в городе

НАМ ПОНАДОБИТСЯ: по возможности термометр

1. Почвы в городах часто заасфальтированы или забетонированы, но из трещин повсюду пробивается земля. И на бетоне образуется новая почва – из принесенной ветром пыли, которую активно собирают и скрепляют мхи, лишайники и мелкие растения. Выдерни какое-нибудь растение и посмотри на его корни: они цепко держат крохотные песчинки.

2. Если потрогать жарким солнечным днем асфальт, он может оказаться таким горячим, что едва не обжигает. Лежащий на земле термометр с легкостью может показать 50–60 градусов. Температуры, которые логичнее было бы ожидать в пустыне! И все же мелкие растения выдерживают такую жару.

3. Они выдерживают и многое другое: тяжелые металлы, постоянное вытаптывание, соль для посыпания дорог зимой. Так что они заслужили, чтобы ты разок опустился на колени и посмотрел, кто там внизу живет. Однако есть люди, которые эту героическую жизнь, эту землю-первопроходца выскребают кухонным ножом, поскольку она якобы нарушает порядок и оскорбляет их эстетические чувства!

XV. Пыль

Ругать пыль давно стало традицией, и традиция эта гласит: «От пыли вся грязь, от пыли все болезни». Пыль даже вызывает печаль, поскольку часто она образуется, когда что-то другое было уничтожено. В этом смысле пыль – довольно депрессивная, меланхоличная материя. Стал ли бы мир лучше без пыли? Врачи-пульмонологи, специалисты в области медицины труда и промышленной экологии и борцы с мелкой пылью во всех странах, наверное, в один голос восторженно воскликнули бы: «Да!».

Я смотрю на это иначе. Не спорю, некоторые виды пыли оказывают вредное воздействие. Но, несмотря на этот факт, пыль – положительное природное явление, которое мы должны хвалить, любить и превозносить. Ведь пыль – начало всей культуры. Ей мы обязаны пищей, наукой и искусством.

В одной старой истории есть трогательный пример. Когда кельтов, защищавших испанский город Нумантию, захватили римляне, чтобы увести в рабство, кельты, по рассказам греческого историка Диодора, бросились на землю, «целовали ее, причитая, и прятали горсти пыли в складках своих одежд, так что вся армия преисполнилась жалости и сочувствия. Каждого… охватил священный трепет при виде того, как даже звериные души варваров, которых судьба разлучает с привычной жизнью на родине, не забывают искренней любви к земле, их вскормившей».

Не только кельты в Нумантии, но и землепашцы во всем мире тянули по пыли свои плуги и сеяли семена. Пылеватая почва по сей день приносит лучшие урожаи. Я говорю не в переносном смысле – так как чернозем иногда называют пылью, – а в прямом. Потому что крестьяне эпохи неолита – как в Европе, так и в Месопотамии и Китае – охотнее всего обрабатывали лессовые почвы. Они жили на пыли, на земле, которую принес ветер. Слово «лесс», которое сейчас используется во всех языках, изначально пришло из южно-немецкого, а точнее, алеманского диалекта, и означает оно «свободный», «рыхлый». Нижние слои лесса представляют собой желтоватую порошкообразную, но очень стабильную почву, состоящую из каменной пыли. Образовалась она, прежде всего, за счет выветривания каменных пород под воздействием мороза у подножия крупных ледников. Именно предгорье Альп, где простирается Штарнбергское озеро, когда-то было огромным «пылеметом». Зимой, когда ледниковые потоки замерзали, ветер высушивал и разносил мелкую каменную муку ледников. Как и сейчас, ветер тогда часто дул с запада. Он уносил с собой пыль и опускал ее на востоке. Пыль, поднятая с Альп, оседала в предгорье Баварского Леса – так же, как в комнате комки пыли скапливаются у стен. Так называемый Дунгау – лессовая местность перед Баварским Лесом – до сих пор считается житницей Баварии. Лессовая пыль там метровой толщины.

Лесс не содержит крупных камней, которые могли бы сломать лемех плуга, – ведь такие камни не переносятся ветром, – он легок и очень богат минералами. Лесс – то, чем обычно и является пыль, а именно пестрое скопление разнородных частиц. И именно в этом его совершенство, так как он содержит все питательные вещества, которые необходимы растению. Он гигроскопичен, т. е. поглощает влагу из воздуха, накапливает ее и отдает растениям. А поскольку его частицы такие мелкие, поверхность у них большая, поэтому они легко отдают ионы воде; такие почвы очень плодородны, их можно возделывать самыми простыми приспособлениями. Везде, где лесс срезан водой или человеком, он образует отвесные гладкие стены. Звери, а порой и люди роют себе норы в податливых лессовых склонах и используют их для жилья.

На лессовых почвах хорошо растет трава и зерновые культуры, а вот для леса они непригодны из-за своей высокой водопроницаемости. Поэтому там, где лесс, в лесистых местностях нередко образуются прогалины. У первых европейских землепашцев было настоящее чутье на эти почвы, они предпочитали селиться именно там. Археологи знают, что везде, где есть лесс, они наткнутся на остатки древних поселений. Дунгау в Баварии, где осела пыль из предгорья Альп, был заселен с 5500 г. до н. э.

И в других местах основной фонд высокосортных пахотных земель, отличающихся наибольшим плодородием, чаще всего составляют лессовые почвы. Не только в Европе, но и в США – там лессы залегают в области Великих равнин, где когда-то команчи и индейцы лакота охотились на бизонов. В наши дни Великие равнины являются житницей Соединенных Штатов: там возделывается половина американской пшеницы и пасутся 60 % стад крупного рогатого скота.

В обеспечении Китая продуктами питания огромную роль играет район Желтой Реки. Плотно населенный Северный Китай кормится преимущественно урожаями, выросшими на тамошних обширных лессовых почвах. В некоторых местах эти почвы достигают нескольких сотен метров в толщину, а у нас в Центральной Европе – только 20–30 м.

Лесс можно назвать примадонной среди почв: он дает лучшие результаты, но бывает и обидчивым. Так, неправильное обращение может запросто вывести его из себя. Как следует из его немецкого названия, он легко отделяется. Если рассердить его нерациональными методами земледелия, он тучей поднимется в воздух и исчезнет вместе со своим старым дружком ветром. На Великих равнинах в США такое произошло после ужасных засух в 20-е и 30-е годы XX в. Тогда огромные пыльные бури так сильно докучали людям, что им пришлось в массовом порядке покинуть родину. В Китае пыльные бури тоже не редкость.

Итак, пыль, говорю я, кормила людей. Но это еще не все! Все тени для век и румяна – не что иное, как мелкая пыль, которая кисточками или ватой наносится на кожу. Еще в каменном веке люди разрисовывали себя пылью: черной (углем), серой (золой), белой (мелом) и красной (охрой). Так они учились преображаться и одновременно защищали этим порошком свою кожу. Неприятная липкость пыли стала полезной.

Но и это еще не все. Пыль – мать письменности. В каждом более или менее сухом месте, где летом разбивают лагерь, почва со временем обнажается, и на ней образуется тонкий слой пыли – когда идешь по нему, он шелковистый на ощупь. На нем видны даже муравьиные следы! Непроизвольно начинаешь рисовать на этом слое, оставлять знаки и следы. Тех, кто не путешествует с палатками, такой же порыв охватывает при виде пыльных автомобилей. Руки так и чешутся оставить на них какое-нибудь послание. Разве письменность не могла зародиться на покрытых пылью дорогах и площадях?

По крайней мере, известно, что во времена Античности пыльные поверхности воспринимались как естественные доски для письма. На них ученые записывали свои формулы. Об Архимеде античные биографы рассказывают, что он оставлял свои каракули в каждом пыльном месте, даже в золе очага, и смерть настигла его, когда он чертил на песке теорему, а какой-то римский солдат его потревожил. «Ты никогда не касался ученой пыли!» – выкрикивает Цицерон в одном из своих диалогов, изображая человека, ничего не смыслящего в математике. Занятия математикой назывались во времена Античности pulvis eruditus attingere – «прикосновение к ученой пыли».

Существует даже теория, согласно которой нуль обязан своим возникновением пыли. Об этом учении совсем недавно вспоминал гарвардский математик Роберт Каплан. Он ссылается на то, что древние казначеи считали, рисуя в пыли таблицы с сотнями, десятками и единицами, а потом наглядно представляли соответствующие числа с помощью камней. Позднее они стали использовать покрытые пылью счеты. Пыль выполняла важную функцию: она служила для контроля счета.

Простой арифметический пример – 47 минус 34 – выглядит на счетах без пыли так (рис. 50):

Рис. 50. Счеты

В такой форме ошибки, допущенные по рассеянности, или плутовство можно и не заметить. А если посыпать счеты пылью, результат можно перепроверить (рис. 51):

Рис. 51. Счеты, посыпанные пылью

Когда камень убирают, остается круглый след – пустой круг. Не эта ли картина навела древних математиков на идею нуля? Вышло бы слишком складно, если бы именно пыль, почти «ничто», указала людям путь к важнейшему понятию категории «ничто».

В конце концов, пыль значительно влияет на облик мира! Она великий художник, создающий малыми средствами большую красоту. Не только потому, что благодаря ей возникают облака. Именно пыль образует в воздухе легкую дымку, за счет которой воздух становится видимым, а горы отдаляются и кажутся голубыми. Без пыли не было бы мягкой полутени, а только густая иссиня-черная тень. А еще мы обязаны пыли красивыми закатами – нашим любимым природным явлением, которое чаще всего фотографируют. Его причина – пыль, рассеянная в воздухе, поэтому после извержений вулканов или сильных пыльных бурь закаты бывают особенно насыщенными.

Так что эти невзрачные на вид пылинки, танцующие в лучах солнца, на самом деле очень влиятельны и являются друзьями человека. По крайней мере, в большинстве случаев. Вот мой стишок, посвященный пыли:

 
И шепчет песчинка,
Бормочет комочек,
О пыль!
Наша муза!
Века камень точат!
 

Открой для себя крохотные частицы!