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

118 Масляные пятна

ГДЕ: на мокрой после дождя улице, возле луж, в болотах

1. Масляная пленка является одним из классических признаков нефтяных месторождений; но в наших краях такая пленка встречается в природе крайне редко, а если и встречается, то свидетельствует, скорее, о загрязнении окружающей среды, чем о природном источнике нефти.

2. На стоячей воде в болотах иногда видна мерцающая пленка, но это, как правило, окись железа или марганца, выделяемая бактериями. Пленку, образуемую окисью железа, можно отличить от настоящей нефтяной пленки: при прикосновении феррооксидная пленка распадается на угловатые «льдинки»; нефтяная пленка, наоборот, представляет собой жидкий слой, который после разделения рукой или палкой легко смыкается снова.

119 Мерцающая пленка

ГДЕ: на кухне

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: супница или большая миска, черный картон (а потом для разнообразия еще синий, белый, зеленый…), прозрачный (!) лак для ногтей, вилка

1. Налей в супницу (или в миску) 1–3 см воды. Нарежь из картона круги или квадратики, которые поместятся в тарелку. Окуни их в воду так, чтобы они полностью оказались под водой. Картон обычно слегка окрашивает воду, но это нам не помешает.

2. Открой флакончик с лаком для ногтей, достань кисточку и подержи ее над поверхностью воды – капелька лака медленно отделится и упадет в воду. Как правило, под действием растворителей, содержащихся в лаке, она моментально растекается во все стороны и образуется мерцающая круглая пленка, в которой иногда еще видны радужные водовороты.

Рис. 58. Создаем мерцающую пленку

3. Чтобы вытащить пленку из воды, осторожно подними черный картон (рис. 58). Лаковая пленка прилипнет к картону, можешь положить картон на полотенце (разумеется, пленкой кверху) и оставить сохнуть. Иногда радужный слой практически незаметен, но чуть повернешь лист на свету и посмотришь на него сбоку, как тотчас, откуда ни возьмись, появляются краски во всей своей чистоте и насыщенности: прекрасный золотисто-желтый, фиолетовый, синий и зеленый цвета. Все пятна выглядят по-разному – в зависимости от того, как разлетелась капля, – но все они прекрасны! Когда смотришь на них под другим углом, цвета могут меняться – зеленый на синий, фиолетовый на желтый; поистине таинственная, пленительная игра красок. В природе похожие необычные краски видишь иной раз на птичьих крыльях и телах насекомых, также они характерны для перламутра и опала.

4. Слой, порождающий такие призрачные чистейшие краски, невероятно тонок: его толщину нельзя ни увидеть, ни почувствовать. Но можно приблизительно ее рассчитать. Для этого, прежде всего, необходимо знать, сколько лака содержится в одном кубическом сантиметре лака для ногтей. Я проводил измерения только для одной марки лака для ногтей; получилось, что в одном кубическом сантиметре около одной трети лака, а все остальное – растворитель. Вероятно, этот результат можно обобщить. Из одного кубического сантиметра лака для ногтей можно выдавить примерно 40 капель, значит, объем одной капли составляет 0,025 см³. Из них 30 % занимает лак, следовательно, объем лака в капле – 0,0083 см³. В общем, не слишком много. И все же эта крохотная капелька лака образует такие широкие пятна на воде! Возьми самую широкую емкость – например, форму для запекания диаметром примерно 40 см, наполни ее водой, и пусть капли распространятся так далеко, как только смогут. Одна-единственная капелька растечется тогда на 20 см. Дальше, видимо, не получится – по крайней мере, с тем лаком для ногтей, который я использовал.

5. Какой толщины эта мерцающая пленка? Еще чуть-чуть, и мы найдем ответ. Осталось только рассчитать площадь пятен, умножив их радиус (половину диаметра) на самого себя, а потом на число π (пи). 10 см · 10 см · 3,14 = = 314 см². Это площадь лакового пятна. Теперь раздели объем капли (единица измерения – кубический сантиметр, см³) на площадь (единица измерения – квадратный сантиметр, см²).

6. Получится 0,000026 см, или 0,00026 мм, что составляет 260 нм. Такова толщина или, скорее, тонкость пленки. Таким образом, мы приблизились почти к самой границе атомарного диапазона. Именно поэтому возникают странные радужные цвета – постоянные индикаторы атомарной размерности. При такой толщине слоя мы, если бы захотели, могли бы смело заняться нанотехнологиями. Наиболее распространенный диаметр отдельных молекул или атомов находится в диапазоне от 1 до 0,1 нм.

120 Молекулы в солнечном свете

ГДЕ И КОГДА: на улице при ярком солнце; летом

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: две крышки от коробок для компакт-дисков, а еще лучше – предметное и покровное стекло, немного молока

1. Еще одно явление позволит нам заглянуть в мир атомов и молекул – так называемое броуновское молекулярное движение. Обычно его видно только под хорошим микроскопом. При высоком разрешении можно разглядеть крошечные частицы, например жировые комочки в молоке, которые беспорядочно двигаются в различных направлениях. Долгое время это движение считалось признаком жизненной силы, действующей внутри микрочастиц. Однако это бодрое движение проявлялось и после кипячения жидкости, и в мельчайшей каменной пыли, и даже после замораживания препаратов. Отсюда возникла другая теория: возможно, это движение является результатом столкновений. Столкновений чего с чем? В расчет, очевидно, следует принимать только молекулы воды, которые натыкаются на гораздо более крупные жировые комочки и толкают их в разные стороны. Чем теплее жидкость, тем быстрее.

2. Это явление – броуновское движение, которое находится на границе микроскопического и молекулярного миров, – можно увидеть и без микроскопа, без стократного увеличения и высоких технологий, в солнечном свете.

3. Возьми две крышки от коробок для компакт-дисков, вытащи из них обложки. Капни на лицевую сторону одной крышки немного молока и положи на нее другую крышку лицевой стороной вниз, сильно сожми крышки, чтобы молоко растеклось между ними. Крепко держа их обеими руками на расстоянии примерно 20 см от глаз, расположи их так, чтобы солнце светило в них наискосок, т. е. тебе нужно смотреть на солнце. Когда поймаешь нужный угол, увидишь в молоке беспорядочное движение. Это и есть броуновское движение! Это те самые жировые комочки трепещут в молоке. Ты видишь не сами комочки, а их дрожь и кишение, которые непосредственно связаны с атомарным миром: вызывают их молекулы воды. Они в некоторой степени подталкивают комочки.

4. Это явление будет еще заметнее, если вместо коробок от компакт-дисков ты возьмешь предметное стекло, капнешь на него молока и положишь сверху покровное стекло. Но и описанным здесь способом можно увидеть достаточно. Нужно только безоблачное небо – солнце не должно прятаться.

5. Вообще-то такое маленькое явление, которое обычно видно под микроскопом только при максимальном увеличении, не должно поддаваться восприятию невооруженным глазом. Вероятно, сильный свет, который, натыкаясь на комочки, преломляется, за счет этого преломления – и движения комочков – проецирует на сетчатку глаза гораздо более крупное изображение, чем без преломления. Так, по крайней мере, предполагает биолог Ганс Молиш, впервые описавший это явление (правда, с использованием других принадлежностей). Разве не здорово, что простейшие подручные средства позволяют нам достичь крайней границы видимого?

Благодарности

Когда книга имеет долгую историю создания, всегда бывает много тех, кто помогал. Я особенно благодарен моим коллегам по Аугсбургскому университету, в частности тем, кто работает в Научно-исследовательском экологическом центре, а также в Географическом и Физическом институтах. Кроме того, важные указания дали мне наши партнеры из Национального научно-исследовательского центра экологии и здравоохранения в Мюнхене и Института метеорологии и исследования климата в Гармиш-Партенкирхене («Кампус Альпин») при Технологическом институте в Карлсруэ (КИТ). Очень полезным во многих отношениях был регулярный обмен опытом с экспертами из баварского Земельного управления по охране окружающей среды в Аугсбурге. Экскурсии, организованные Музеем природы в Аугсбурге и членами Общества естественных наук Аугсбурга и Швабии, принесли мне радость и заставили на многое взглянуть по-другому.

В порядке следования глав я хотел бы назвать некоторых из своих спутников на новом пути, чьи указания и советы тем или иным образом особенно помогли мне в написании книги.

Звезды и Луна

Благодарю за разнообразную информацию и указания доктора Симона Майснера (Научный экологический центр, Аугсбургский университет), Герхарда Черны (Аугсбургский планетарий) и Дирка Вундерлиха, который как-то летней ночью установил на территории Аугсбургского университета свой телескоп, чтобы все желающие могли увидеть особенно близкий Марс.

Небо

Профессор, доктор Штефан Эмайс (Научно-исследовательский центр в Карлсруэ / Институт метеорологии и исследования климата в Гармиш-Партенкирхене), обладающий огромной профессиональной компетентностью, помог мне в некоторых вопросах. Доктор Петер Зуппан из этого же университета дал мне важные советы относительно погоды и климата. Профессор, доктор Юкундус Якобейт, доктор Эльке Хертиг и Клаус Хагер из Географического института тоже терпеливо и компетентно отвечали на мои вопросы из области метеорологии.

Солнце

Здесь я особенно признателен ушедшему на пенсию профессору, доктору Райнхарду Шостаку (Мюнстерский университет), который дал мне много ценных указаний для экспериментов и вдохновил меня на наблюдения за солнцем.

Озеро и остров

Штарнбергское озеро и остров Розенинзель я исследовал вместе с доктором Мартинусом Феск-Мартином, который тоже опубликовал книгу об этом озере. Главы, посвященные озеру и острову, многим обязаны его компетентности и умению радоваться всему, что можно наблюдать за окном. Много важных указаний по вопросам картографии дала мне профессор, доктор Сабине Тимпф (Аугсбургский университет).

Деревья

Долгая и крайне поучительная беседа о деревьях состоялась у меня в Аугсбурге с Берндом Корокнаем, специалистом по уходу за деревьями и дендрологом. Манера, в которой Бернд Корокнай относится к деревьям и рассказывает о них, уникальна. Важные указания по древесной химии дал мне доктор Ян Хансс (кафедра химии твердых тел Аугсбургского университета). Экспериментальному опыту Яна и его хорошему оборудованию я обязан и кое-чем еще. За разговоры о грибах хотелось бы сказать спасибо Гюнтеру Гроссу, председателю Грибного общества Аугсбург-Кёнигсбрунн.

Человек

Для опытов по чтению следов очень полезной оказалась подробная беседа с начальником криминальной полиции Гюнтером Весселем (криминальная полиция Аугсбурга). Благодаря посредничеству доктора Эрика Крупики мне удалось побывать в службе уголовного розыска в Висбадене, где я многое узнал от специалистов по закреплению следов. Критические замечания по поводу моих расчетов CO₂ сделали Йоахим Герман (Институт плазменной физики им. Макса Планка) и профессор, доктор Томас Хамахер (Мюнхенский университет им. Людвига Максимилиана); я кое-что почерпнул из этих комментариев – надеюсь, то, что надо.

Птицы

Из всех друзей природы любители птиц – не только самые многочисленные, но и самые организованные. Поэтому мне удалось принять участие во многих походах, целью которых было послушать птичьи голоса; с особой радостью я вспоминаю о походе с Рихтером, лесником в гессенском заповеднике Келлервальд, а также о прогулке с Робертом Куглером, возглавляющим орнитологическую группу Общества естественных наук Аугсбурга и Швабии.

Летучие мыши

Первые сведения о летучих мышах я получил от Фридриха Зайдлера из Общества естественных наук Аугсбурга и Швабии; Кармен Лигль взял меня потом с собой в Вёрлешванг на экскурсию, посвященную летучим мышам. Благодарю за ссылки на специальную литературу приват-доцента, доктора Бьёрна Зимерса из Орнитологического института им. Макса Планка в Зевизене на Штарнбергском озере.

Мята

Растения были моей страстью с самого детства; но невероятно разнообразный растительный мир Баварии я по-настоящему узнал лишь благодаря доктору Экхарду Хартману из Аугсбургского университета.

Голубянка

Доктор Эберхард Пфойфер, председатель Общества естественных наук Аугсбурга и Швабии, не только поведал мне многое о бабочках, но и взял меня с собой на экскурсию. Ему и его жене я обязан также важными идеями для иллюстраций. Доктор Тим Лаусман из Общества естественных наук в Вуппертале прислал мне яйца малого ночного павлиньего глаза, благодаря чему я приобрел чудесный опыт. Выведение гусениц заняло много времени, зато доставило большую радость!

Земля и гравий

О земле я продуктивно побеседовал с географом доктором Христофом Хиршем. Профессор, доктор Арне Фридман (Аугсбургский университет), с которым мы вместе бурили скважину в болоте, наглядно продемонстрировал мне, что почва – это архив прошлого. Благодаря общению с художником Клаусом Цёттлем и археологом профессором, доктором Клаусом Хильбертом из Епископального католического университета в Порту-Алегри, я стал намного более внимателен к гравию и земле. Во время незабываемой экскурсии с доктором Михаэлем Руммелем, директором аугсбургского Музея природы, я обнаружил необыкновенные ископаемые. Пройдя курс промывки золота под руководством Франца-Йозефа Андорфа, я убедился в том, что найти золото среди речной гальки действительно возможно.

Пыль

Глава, посвященная пыли, получилась особенно объемной, поскольку пыль так давно и сильно меня занимала! Я многое узнал от своих коллег из аугсбургской рабочей группы по исследованию аэрозолей; в частности, от профессора, доктора Аннетте Петерс (Центр им. Гельмгольца, Мюнхен), профессора, доктора Ральфа Циммермана (Центр им. Гельмгольца, Мюнхен), доктора Йозефа Цюрюса (Научно-исследовательский экологический центр / Центр им. Гельмгольца, Мюнхен) и доктора Майка Питца (Научно-исследовательский экологический центр / Центр им. Гельмгольца, Мюнхен). В Хемнице, городе, построенном на окаменевшей вулканической пыли, доктор Ронни Рёсслер и Ральф Кречмар из Музея природы помогли мне совершенно по-новому взглянуть на динамику облаков вулканической пыли.

Диатомовые водоросли и бактерии

Как диатомовые водоросли, так и бактерии я впервые увидел в микроскоп доктора Экхарда Хартмана (Аугсбургский университет). Он не только выдающийся специалист по полевой ботанике, но и квалифицированный микробиолог; от него я получил много советов о выращивании бактерий и грибов.

С микробиологией крупной больницы я познакомился благодаря профессору, доктору Вернеру Эрету из аугсбургской центральной клиники. Сильке Вайгель с кафедры химии твердых тел Аугсбургского университета выполнила анализ предполагаемой пробы стенной селитры – при этом выяснилось, что на стенах иногда распускается сернокислый натрий.

Атомы углерода

Из незабываемого разговора, который произошел у меня в Штутгарте с профессором, доктором Хартмутом Зайфридом, геологом, я узнал, в том числе, насколько редки атомы углерода в природе. В лаборатории профессора, доктора Франц-Йозефа Гисибля я впервые вступил в (акустический) контакт с отдельным атомом углерода. Обращению с мощным стереомикроскопом, с помощью которого я измерял одноцентовую монетку, меня обучил Роберт Меркль из Прикладного центра исследования материалов и окружающей среды при Аугсбургском университете.

С Андреасом Калиттой, который работает там же на кафедре химии твердых тел, я обсуждал толщину мерцающей лаковой пленки и возможности ее использования в качестве прекурсора в нанотехнологиях.

Очень увлекательными были доклады об истории отдельных атомов углерода профессора, доктора Армина Реллера. Истории о находках нефти на Тегернзе я услышал от доктора Роланда Гётца (архив архиепископства Мюнхена и Фрайзинга).

Комментариями и идеями по поводу более ранних версий глав со мной поделились доктор Вальтер Фрейн, доктор Конрад Хойман и мой отец, Эрих Зёнтген. Больше всего я благодарен своей жене Керстин, которая прочитала текст и высказала критические замечания. Кроме того, мы вместе с нашими детьми Хенриком и Мерле проделали большинство из описанных здесь экспериментов, что доставило нам всем величайшую радость.

Об авторе и иллюстраторе

ОБ АВТОРЕ

Йенс Зёнтген, 1967 г. р., изучал химию и философию, после государственного экзамена защитил диссертацию по феноменологии незримого. Работал свободным журналистом, потом снова обратился к занятиям наукой. Преподавал философию в двух бразильских университетах, с 2002 г. возглавляет научный экологический центр при Аугсбургском университете. В 2003 г. в издательстве Peter Hammer Verlag была опубликована его книга по философии «Сам подумай!», которая принесла ему большой успех.

ОБ ИЛЛЮСТРАТОРЕ

Виталий Константинов родился в 1963 г. в Бессарабии. Он изучал изобразительное искусство и архитектуру в России, а позднее – графику, живопись и историю искусства Византии в Германии. Константинов живет и работает в качестве свободного художника и иллюстратора в Марбурге и преподает искусство книжной иллюстрации, в частности в Высшей школе прикладных наук г. Гамбурга. За иллюстрации к книге Даниила Хармса «Странные страницы» был удостоен премии «Самая красивая немецкая книга» немецкого фонда «Искусство книги» («Штифтунг Бухкунст»).