Парамагнетизм и камни мегалитов

· Oct. 3rd, 2020 at 9:40 PM

...В одной из легенд о царствовании короля Артура рассказывается, как чародей Мерлин перевез «мистические камни» из древнего каменного круга в Ирландии в Стоунхендж. «Камни сии огромных размеров и дивных качеств, - сказал Мерлин, - имеют свойства поистине целебные. В старину гиганты перенесли их с дальних берегов Африки и установили в Ирландии, где жили тогда, и не было камня в этом круге, в коем не таилась бы сила исцеления». Сказание, записанное Джеффри Монмутским в 12-м веке, далее описывает, как бриты вторглись в Ирландию и с помощью магии Мерлина увезли огромные камни в Стоунхендж, где они и стоят по сей день...

Археологам известно, что голубые камни Стоунхенджа были привезены вовсе не из Ирландии, а из карьеров Уэльса, однако это не отменяет вопроса: зачем было тратить невероятные усилия, чтобы тащить мегалиты за три сотни километров? Что особенного в этих голубых вулканических валунах – долеритах? Неужели дело действительно в уникальных свойствах минералов, о которых знал Мерлин, а мы почти не имеем понятия?

Что это были за камни, тщательно отбираемые и помещенные в узлах всемирной сети из кругов, менгиров, дольменов и башен, - сети, следы которой обнаруживают не только в Европе, но и в Сибири, Японии, на Ближнем Востоке, в Африке и Центральной Америке?

Стоунхендж, фото сделано мной в 2003 году

Ирландско-американский биофизик и энтомолог, профессор Филип Каллахан (Philip Callahan) посвятил значительную часть своей долгой жизни (сейчас ему 97 лет) поиску ответа на этот вопрос. Каллахан пришел к выводу, что древние кельты и другие строители мегалитов знали нечто об энергиях, излучаемых породами вулканического происхождения, и могли управлять этими силами. В книге «Неслышимая музыка природы» он пишет: «Одну из этих сил, остающуюся во многом не изученной, мы называем парамагнетизмом».

В прошлой теме мы говорили о том, что все живое на Земле появилось и существует внутри геомагнитного поля, которое мы принимаем как данность - словно рыбы воду. Некоторые природные материалы могут вступать в резонанс с фоновым магнитным полем, усиливая его. Мы называем такие субстанции парамагнитными. Парамагнетизм – способность молекул вещества временно выстраиваться в соответствии с направлением магнитного поля, в которое их помещают. Среди минералов самыми сильными парамагнетиками являются вулканические породы – граниты, базальты и... да, конечно же, долериты, голубые камни Стоунхенджа.

А вот в диамагнитных веществах, молекулы, напротив, выстраиваются в направлении, противоположном магнитному полю. Вода и органические субстанции, включая почву, растения, тела живых существ – в том числе человека - в основном являются диамагнитными.

Каллахан считает, что, хотя у нас есть названия для диамагнетизма и парамагнетизма, мы не понимаем их истинной сути, а в древности люди владели знаниями о взаимодополняющих свойствах камней и почв. В Китае, пишет Каллахан, эти противоположные силы называли Инь и Ян.

Хотя я думаю, что в понятия Инь и Ян древними мыслителями был вложен гораздо более широкий смысл, чем подразумевал Каллахан, не могу не отметить, что китайские мастера фэншуй действительно относили парамагнитные горы к активному началу Ян, а диамагнитную воду – к пассивному Инь. Природное окружение, в котором присутствовали горы и воды, считалось идеальным для проживания. В фэншуй горные массивы разделяли на два вида: Инь, состоящие из легко выветриваемых осадочных пород и покрытые растительностью, и Ян – сложенные из более твердых минералов типа гранита, с проступающей на поверхность породой. Считалось, что в идеальном ландшафте должно быть сочетание двух этих видов гор, Инь и Ян – фактически, диамагнитных и парамагнитных.

Каллахан пишет, что у египтян было два иероглифа для обозначения камней: один из них использовался для «известняков, которые по природе диамагнитны или очень слабо парамагнитны, а другой представлял гранит, порфир, базальт и другие высокопарамагнитные породы». То есть и египтяне хорошо знали разницу в свойствах камня?

Загадка двойственности и единства диамагнетизма и парамагнетизма заинтересовала меня с того момента, как я наткнулась на крайне любопытную периодическую систему элементов химика 19-го века Уильяма Крукса (William Crookes). Крукс расположил химические элементы по спирали вокруг некоей нулевой оси, на которой он впоследствии расположил инертные газы, открытые значительно позже. Таблица Крукса выявила неожиданную симметрию в каждом цикле спирали: элементы в правой части каждого из них были диамагнитными, а в левой – парамагнитными.

Периодическая таблица сэра Уильяма Крукса (источник)

Хотя эта система в целом устарела за полтора века, в течение которых были открыты новые элементы, следует отдать ей должное: никто, кроме сэра Крукса, не обратил внимание на периодичность и гармонический баланс диамагнетизма и парамагнетизма в системе элементов. Конечно, данный вопрос требует более подробного изучения, но когда я впервые увидела эту симметрию, подумала: «Да ведь это же Инь и Ян! Именно так и должно быть, потому что в Природе все красиво, и противоположности всегда сбалансированы». Я не знаю, видел ли Филип Каллахан таблицу Крукса, но когда мне встретилась аналогичная мысль в его исследованиях, появилось стремление изучить их подробнее.

В этой заметке мне хотелось бы уделить достаточное внимание работам Каллахана, поскольку они того, несомненно, стоят, а информации о них на русском языке практически нет.

...Все началось, когда Филип Каллахан служил радиотехником на передающей станции военно-воздушных сил Ирландии во время второй мировой войны. Опыт, полученный молодым исследователем во время работы с низкочастотными электромагнитными волнами, привел его к мысли, что древние мегалитические сооружения, в частности, так называемые круглые башни Ирландии (а также аналогичные сооружения в других частях света), были не чем иным, как трансиверами – приемниками и передатчиками космических волн. Исследователь пришел к выводу, что круглые башни, в большинстве своем построенные из гранита или базальта, обладают «способностью улавливать и сохранять поступающую извне электромагнитную и магнитную энергию».

Ирландские круглые башни

Каллахан заметил, что ирландские фермеры особо ценили земли вокруг каменных башен за их плодородие. Он наблюдал, как они на лодках перевозили коров на остров Девениш для выпаса среди сочной травы, растущей вокруг башни. Задумавшись о причинах столь необычного плодородия земель вокруг башни, он предположил, что каменное сооружение представляет собой антенну, собирающую магнитную радиацию от Солнца и передающую ее почве и корням растений, которые в результате лучше растут.

Круглая башня на острове Девениш, Северная Ирландия

В дальнейшем, когда в ходе своей научной работы Каллахан разработал прибор, измеряющий уровень парамагнетизма того или иного материала, он смог экспериментально подтвердить идею, что здоровые почвы – парамагнитны. Накопленный почвой заряд усиливает жизненную силу растений, способствует размножению полезной микрофлоры и дождевых червей, а также сохранению влаги.

Иллюстрация из книги Ф.Каллахана «Древние тайны, современное видение» (2001). Ее автор считает, что горы и каменные башни привлекают частицы энергии, разделенные в результате солнечной активности на магнитные «монополи» - S или N. S-монополи адсорбируются парамагнитными породами и почвой, а N-монополи связываются растениями. Кислород также связывает S-монополи, поскольку это самый парамагнитный из газов. S-монополи в почве встречаются с N-монополями семян и корней, и в присутствии азота и воды стимулируют рост и фотосинтез. Круглые башни действуют как каменные антенны, привлекая гораздо больше магнитоэлектрических монополей, чем окружающая почва. Высвобождая монополи в почву, они стимулируют рост растений.

В 70-е годы прошлого века несколько ученых, среди которых были инженеры, химики, физики и археологи, создали нечто вроде добровольной группы по изучению каменных кругов Великобритании, возглавляемой Доном Роббинсом (Don Robbins). Ученые назвали свою группу Проект «Дракон» - в честь мифического существа, символизирующего природные энергии. В результате пятилетних наблюдений с использованием различных научных приборов они пришли к однозначным выводам, что мегалиты являются источником аномально высоких излучений некоторых видов, в том числе электромагнитных и ультразвуковых, одновременно подавляя или полностью нейтрализуя излучения других видов. Правда, назначение мегалитических сооружений так и осталось загадкой для участников проекта.

Американский физик Дэн Винтер, об исследованиях которого я писала ранее, также считает, что парамагнитные породы обладают высоким уровнем имплозии, втяжения заряда из атмосферы, – а значит, конденсируют жизненную силу.

Каллахан утверждает, что в местах, где почвы бедны вулканическими элементами, где нет гор - естественных магнитных антенн, - функцию привлечения заряда могли выполнять искусственные сооружения из парамагнитных материалов. Возможно, именно так у наших предков появилась сеть мегалитических объектов – отдельно стоящих каменных столбов и обелисков, а равно кругов, башен или «медицинских колес». Хотя мегалитические комплексы, конечно, могли служить и для ритуалов, и для астрономических наблюдений, и даже для погребений, все же их главным назначением, похоже, было усиливать парамагнитную силу Ян и плодородие земли.

Мне думается, отзвуки утерянного знания о том, что каменные столбы и менгиры напрямую связаны с фертильностью Матери-Земли, можно найти в культе Шива-Лингама или вере в магические свойства каменных фаллосов, которые древние римляне устанавливали в своих имениях для повышения урожайности.

Говорят, что самая сочная трава растет на кладбищах – не потому ли, что места захоронений уставлены гранитными памятниками? В Европе и Северной Америке многие на лужайке перед домом устанавливают крупные валуны, иногда помещая на них номер дома. Хотя это бывает и удачным декоративным решением, я заметила, что трава вокруг таких камней зеленее и гуще. Может быть, валуны перед домом - тоже отголосок знания о свойствах минералов, мини-менгиры? А садовые статуи – гномы, горгульи, если они изготовлены из правильного материала, не являются ли способом повысить парамагнетизм почвы? Конечно, не таким мощным, как башни, но все же...

Садоводам и полеводам на заметку: если в природном окружении нет ни гор, ни даже камней, можно повысить фертильность почвы внесением измельченных парамагнетиков. Филип Каллахан известен в мире главным образом благодаря его экспериментам по повышению плодородия почв без химических удобрений. Он просто добавлял в землю смесь парамагнитного лавового песка с диамагнитным компостом (Инь и Ян!). На худой конец, если нет вулканической пыли, можно использовать кирпичную крошку – глина достаточно парамагнитна. Это - крайне перспективное направление в органическом растениеводстве, но, поскольку наша тема – мегалиты, я вернусь к ирландским башням.

Школы Строителей, судя по всему, обнаружили, что парамагнетитный резонанс каменных антенн можно в разы усилить, если придать им правильную форму и размеры. Тот загадочный факт, что многие из ирландских круглых башен до определенного уровня заполнены мелкими камнями и землей, Филип Каллахан объясняет необходимостью «тюнинга» - настройки антенны для ее более точного резонанса с определенными частотами.

Слева – иллюстрация из книги Ф.Каллахана «Древние тайны, современное видение», показывающая внутреннюю структуру ирландской башни Килмакдуа, с полостями особой формы и слоем земли внутри нижней части башни, целью которых, по мнению автора, является улучшение настройки каменной антенны. Справа – внешний вид башни Килмакдуа.

В статье «Загадочные круглые башни Ирландии: низкочастотное радио в Природе» (The Mysterious Round Towers of Ireland: Low Energy Radio in Nature; The Explorer's Journal; Summer, 1993) он пишет:

«...Еще одна странная вещь в башнях - это земля, заполняющая основание под высоко расположенным входом. Разные башни имеют разные уровни земли, заполняющей основание, как если бы они были «настроены», подобно церковному органу... Я давно предполагал, что башни были мощными усилителями атмосферного радиорезонанса... Удивительно, что чуть выше поверхности земли на высоте примерно от 2-х до 4-х футов атмосферные частоты почти не регистрируются, но с увеличением высоты они становятся все сильнее и сильнее, достигая пика на высоте 9-15 футов... Ирландские монахи хорошо знали об этом, потому что именно здесь они устанавливали дверные отверстия. На каждой башне, которую мы измеряли, была прямая корреляция между высотой двери башни и самыми сильными волнами...»

Башен по всей Ирландии было много, возможно, несколько сотен (к настоящему времени их сохранилось около 60-ти), и при этом основные параметры этих сооружений – высота, диаметр основания, толщина стен - удивительно схожи, как будто они были построены одной артелью строителей по единым стандартам. Каллахан сомневается, что эти технические объекты использовались как наблюдательные пункты или крепости. В вышеуказанной статье он пишет:

«В большинстве источников утверждается, что монахи прятались в круглых башнях от викингов, совершающих набеги на Ирландию. Башни, несомненно, могли быть и колокольнями, и наблюдательными пунктами, однако предположение, что монахи спасались там от налетчиков (которые, несомненно, знали, как выкурить пчел из улья или подняться на 9-15 футов, чтобы выломать дверь) граничат с нелепостью. Круглые башни идеально бесполезны для защиты людей или церковных ценностей...»

В подтверждение аргумента Каллахана не так давно обнаружилось, что в другой части света - на границе между Китаем и Тибетом - кто-то почти одновременно с ирландскими монахами 10-12 вв. возводил столь же «идеально бесполезные» для обороны каменных башни. Причем возводил их тысячами, - иногда располагая две башни бок-о-бок, а иногда вообще помещая их в местах, где люди не жили.

О каменных башнях Гималаев не было ничего известно вплоть до последних десятилетий, когда эти районы открыли для посещений иностранцами. Да и сейчас проникновение вглубь этих горных территорий сопряжено с большими трудностями, поскольку дорог почти нет, а те, что есть, становятся непроходимыми во время дождей и снегопадов. То, что люди на Западе вообще узнали об этих удивительных сооружениях, является заслугой Фредерики Даррагон (Frederique Darragon), отважной французской исследовательницы, снявшей интересный фильм и написавшей книгу на эту тему.

Каменные башни Гималаев, снимки Фредерики Даррагон

Как пишет Фредерика, местные народы, никогда не имевшие письменности, не знают, кто, когда, как и зачем возвел эти таинственные сооружения. Хотя некоторые башни были позже приспособлены под хозяйственные нужды, маловероятно, что объекты высотой с 15-этажный дом были построены как хлевы или амбары. Нет свидетельств и об их использовании в религиозных или ритуальных целях. Тогда каково было их назначение?

Гималайские башни не круглые – в разрезе они звездообразной формы, с 8-ю или 12-ю острыми выступами, придающими им сейсмоустойчивость. Возможно, в древности похожие сооружения строили не только в этом затерянном мире между Китаем и Тибетом, но на гораздо более обширной территории, включающей Центральную Азию. Фредерика обнаружила остатки двух похожих башен в Афганистане, и возможно, ранее таких объектов было значительно больше, просто их переделали в минареты.

Минарет 12 в. в Газни, Афганистан

Если принять гипотезу Каллахана о техническом назначении ирландских башен, то, возможно, и функция загадочных сооружений Гималаев станет более понятной? Не были ли и они антеннами, настроенными на природные магнитные энергии, с тем, чтобы передавать их земле и людям? Не являются ли волноводами также церковные шпили, пагоды, минареты и чеди? Филип Каллахан действительно нашел сходство в конструкции полых резонансных башен Ирландии и буддийских пагод.

Но что бы ни создал человек, когда-то это уже было придумано Природой. В начале заметки я не зря упомянула о том, что Каллахан – энтомолог. Идею технического сходства мегалитов с антеннами он стал разрабатывать по мере изучения чувствительных «антенн» покровов насекомых – сенсилл, природных детекторов и усилителей парамагнетизма.

Усики-сенсиллы у «бумажной» осы подвида Vespidae пирамидальной и гофрированной формы - две из лучших конфигураций для фокусировки и концентрации парамагнитной силы. Египетский иероглиф, обозначающий ос вида Vespidae, хотя и редко упоминается в литературе, в сакральных текстах встречается даже чаще, чем иероглиф для обозначения священного жука-скарабея. Эта и следующие иллюстрации - из книги Ф.Каллахана «Древние тайны: современное видение», 2001

В книге «Древние тайны: современное видение» Каллахан пишет: «Зарисовывая сенсиллу мотылька, я говорил себе: «О, да это же сиамская чеди!», или: «Церковный шпиль или пагода – не иначе!», или: «Эта гофрированная спинка - прямо Красная башня Индии».

Сенсиллы мухи, чье строение напоминает форму ступы или пагоды

И далее пишет Каллахан: «За последние 25 лет я нашел точную миниатюрную копию каждого вида религиозных сооружений, которые я когда-либо посещал, в антеннах насекомых».

Шпили соборов Солсбери и Норвича в точности похожи на антенны капустной моли, имеющие свои конические шпили. Конические датчики считаются органом вкуса моли.

*****

Каллахан был не единственным из энтомологов, кому Природа позволила проникнуть в свои тайны посредством изучения насекомых. Другим человеком, удостоившимся подобного озарения, был советский энтомолог Виктор Степанович Гребенников, заново открывший человечеству так называемый эффект полостных структур.

Почему «заново открывший»? Об этом мы поговорим в следующей теме.

 

Современная модель воды

Относится к «Про химию»

https://scorcher.ru/art/chemistry/chemistry1.php

 Современная модель воды

Относится к «Про химию»

Современная модель воды

 

Особенности физических свойств воды и многочисленные короткоживущие водородные связи между соседними атомами водорода и кислорода в молекуле воды создают благоприятные возможности для образования особых структур-ассоциатов (кластеров), воспринимающих, хранящих и передающих самую различную информацию.

Одна из первых моделей воды – модель Фрэка и Уэна [Frank & Wen, 1957]. В соответствии с ней водородные связи в жидкой воде непрерывно образуются и рвутся, причем эти процессы протекают кооперативно в пределах короткоживущих групп молекул воды, названных “мерцающими кластерами”. Их время жизни оценивают в диапазоне от 10^-10 до 10^-11 с. Такое представление правдоподобно объясняет высокую степень подвижности жидкой воды и ее низкую вязкость. Считается, что благодаря таким свойствам вода служит одним из самых универсальных растворителей.

Однако модель “мерцающи кластеров” не может объяснить множество уже давно известных фактов, и тех, что стали стремительно нарастать в последнее время.

Но во второй половине XX века возникли две группы „смешанных“ моделей: кластерные и клатратные. В первой группе вода представала в виде кластеров из молекул, связанных водородными связями, которые плавали в море молекул, в таких связях не участвующих. Модели второй группы рассматривали воду как непрерывную сетку (обычно в этом контексте называемую каркасом) водородных связей, которая содержит пустоты; в них размещаются молекулы, не образующие связей с молекулами каркаса. Нетрудно было подобрать такие свойства и концентрации двух микрофаз кластерных моделей или свойства каркаса и степень заполнения его пустот клатратных моделей, чтобы объяснить все свойства воды, в том числе и знаменитые аномалии.

Среди кластерных моделей наиболее яркой оказалась модель Г. Немети и Х. Шераги: предложенные ими картинки, изображающие кластеры связанных молекул, которые плавают в море несвязанных молекул, вошли во множество монографий.

Модель клатратного типа предложил О.Я. Самойлов в 1946 году: в воде сохраняется подобная гексагональному льду сетка водородных связей, полости которой частично заполнены мономерными молекулами. Л. Полинг в 1959 году создал другой вариант, предположив, что основой структуры может служить сетка связей, присущая некоторым кристаллогидратам.

В течение второй половины 60-х годов и начала 70-х наблюдается сближение всех этих взглядов. Появлялись варианты кластерных моделей, в которых в обеих микрофазах молекулы соединены водородными связями. Сторонники клатратных моделей стали допускать образование водородных связей между пустотными и каркасными молекулами.

В 1990 г. чл.-корр. АН СССР Г.А. Домрачев (Ин-т металлоорганической химии РАН) и физик Д.А. Селивановский (Ин-т прикладной физики РАН) сформулировали гипотезу о существовании механохимических реакций радикальной диссоциации воды [Домрачев, 1995]. Они исходили из того, что жидкая вода представляет собой динамически нестабильную полимерную систему и что по аналогии с механохимическими реакциями в полимерах при механических воздействиях на воду поглощенная водой энергия, необходимая для разрыва Н-ОН, локализуется в микромасштабной области структуры жидкой воды. Реакцию разрыва Н-ОН связи можно записать так: (Н₂О)_n(Н₂О...H-|-OH) (Н₂О)_m + E (Н₂О)_n+1(H) + (OH) (Н₂О)_m, где “ E” обозначает не спаренный электрон.

Поскольку диссоциация молекул воды и реакции с участием радикалов H и OH происходит в ассоциированном состоянии жидкой воды, радикалы могут иметь громадные (десятки секунд и более) продолжительности жизни до гибели в результате реакций рекомбинации [Blough et al., 1990].

Таким образом, существуют достаточно убедительные свидетельства в пользу того, что в жидкой воде присутствуют весьма устойчивые полимерные структуры. В 1993 году американский химик Кен Джордан предложил свои варианты устойчивых “квантов воды”, которые состоят из 6 её молекул [Tsai & Jordan, 1993]. Эти кластеры могут объединяться друг с другом и со “свободными” молекулами воды за счет экспонированных на их поверхности водородных связей. Интересной особенностью этой модели является то, что из нее автоматически следует, что свободно растущие кристаллы воды, хорошо известные нам снежинки, должны обладать 6-лучевой симметрией.

В 2002 году группе д-ра Хэд-Гордона методом рентгеноструктурного анализа с помощью сверхмощного рентгеновского источника Advanced Light Source (ALS) удалось показать, что молекулы воды способны за счет водородных связей образовывать структуры - "истинные кирпичики" воды, представляющие собой топологические цепочки и кольца из множества молекул.

Другая исследовательская группа Нильссона из синхротронной лаборатории всё того же Стенфордского университета, интерпретируя полученные экспериментальные данные как наличие структурных цепочек и колец, считает их довольно долгоживущими элементами структуры.

Несмотря на то, что разные модели предлагают отличающиеся по своей геометрии кластеры, все они постулируют, что молекулы воды способны объединяться с образованием полимеров. Но классический полимер – это молекула, все атомы которой объединены ковалентными связями, а не водородными, которые до недавнего времени считались чисто электростатическими. Однако в 1999 г. было экспериментально показано, что водородная связь между молекулами воды во льду имеет частично (на 10%) ковалентный характер [Isaacs E. D., et al.,1999]. Даже частично ковалентный характер водородной связи “разрешает”, по меньшей мере, 10% молекул воды объединяться в достаточно долгоживущие полимеры (неважно, какой конкретной структуры). А если в воде есть полимеры воды, то даже слабые воздействия на абсолютно чистую воду, а тем более ее растворы, могут иметь важные последствия.

В химии полимеров хорошо известен тот факт, что под действием механических напряжений, в частности – звуковой обработки, растяжения, продавливания полимера через тонкие отверстия, молекулы полимеров могут “рваться”. В зависимости от строения полимера, условий, в которых он находится, эти разрывы сопровождаются либо образованием новых беспорядочных связей между “обрывками” исходных молекул, либо уменьшением их молекулярной массы. Такие процессы служат, в частности, причиной старения полимеров. Редко уточняют, что фрагментация полимеров при подобных воздействиях – явление нетривиальное. Так, например, интактные молекулы ДНК, составленных из сотен тысяч и миллионов мономеров-нуклеотидов, легко распадаются на более мелкие фрагменты от простого перемешивания препарата палочкой. При этом, чем меньше фрагменты, тем более высокой плотности требуется энергия для дальнейшего дробления. Во всех случаях – и в длинных и в коротких полимерах разрываются химически идентичные ковалентные связи. Следовательно, если для разрыва ковалентной связи между двумя атомами в малой молекуле необходимо приложить энергию, эквивалентную энергии кванта УФ- или по меньшей мере видимого света, то такая же связь в полимере может разорваться при воздействии на него механических колебаний. В первом случае частота колебаний соответствует величинам порядка 1015 Гц, во втором – герцам – килогерцам. Значит, молекула полимера может выступать в роли своеобразного трансформатора энергии низкой плотности в энергию высокой плотности. Образно говоря, полимеры превращают тепло в свет. А тогда, если жидкая вода может хоть в какой-то степени рассматриваться как квази-полимер, то и в ней могут осуществляться подобные процессы.

Модель структурированной воды определяет почти все её аномальные свойства, имеющие огромное практическое значение - вода самое аномальное из всех известных природе веществ. Диаметр молекулы воды 2,8 А (1 ангстрем = 10-10м). Если рассматривать воду как простую совокупность молекул Н₂О, то оказывается, что её удельный вес должен составлять 1,84 г/см3, а температура её кипения будет равна 63,5°С. Но, как известно, при нормальной температуре и давлении удельный вес воды равен 1 г/см3, а кипит вода при 100°С. Исходя из этого, следует предположить, что внутри воды должны быть пустоты, где нет молекул Н₂О, то есть воде присуща особая структура. Это принципиальное открытие было сделано английским физиком Берналом. С тех пор в этой области проведено множество исследований, но полной ясности в этом вопросе еще нет.

Способность молекул воды образовывать определенные структуры, основана на наличии так называемых водородных связей. Эти связи не химической природы. Они легко разрушаются и быстро восстанавливаются, что делает структуру воды исключительно изменчивой. Именно благодаря этим связям в отдельных микрообъемах воды непрерывно возникают своеобразные ассоциаты воды, её структурные элементы. Связь в таких ассоциатах называется водородной. Она является очень слабой, легко разрушаемой, в отличие от ковалентных связей, например, в структуре минералов или любых химических соединений.

Интересно, что свободные, не связанные в ассоциаты молекулы воды присутствуют в воде лишь в очень небольшом количестве. В основном же вода – это совокупность беспорядочных ассоциатов и «водяных кристаллов», где количество связанных в водородные связи молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц.

«Водяные кристаллы» могут иметь самую разную форму, как пространственную, так и двухмерную (в виде кольцевых структур). В основе же всего лежит тетраэдр (простейшая пирамида в четыре угла). Именно такую форму имеют распределенные положительные и отрицательные заряды в молекуле воды. Группируясь, тетраэдры молекул H2O образуют разнообразные пространственные и плоскостные структуры. И из всего многообразия структур в природе базовой, судя по всему (пока лишь не точно доказанное предположение) является всего одна – гексагональная (шестигранная), когда шесть молекул воды (тетраэдров) объединяются в кольцо.

Такой тип структуры характерен для льда, снега, талой воды, клеточной воды всех живых существ.

Рис. 1. Кристаллическая структура льда

Каждая молекула воды в кристаллической структуре льда участвует в 4 водородных связях, направленных к вершинам тетраэдра. В центре этого тетраэдра находится атом кислорода, в двух вершинах — по атому водорода, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей. При взаимодействии протона одной молекулы с парой неподеленных электронов кислорода другой молекулы возникает водородная связь, менее сильная, чем связь внутримолекулярная, но достаточно могущественная, чтобы удерживать рядом соседние молекулы воды. Каждая молекула может одновременно образовывать четыре водородные связи с другими молекулами под строго определенными углами, равными 109°28', направленных к вершинам тетраэдра, которые не позволяют при замерзании создавать плотную структуру (при этом в структурах льда I, Ic, VII и VIII этот тетраэдр правильный).

Когда лёд плавится, его тетрагональная структура разрушается и образуется смесь полимеров, состоящая из три-, тетра-, пента-, и гексамеров воды и свободных молекул воды. Схематически этот процесс показан ниже.

Рис. слева - Структура жидкой воды. В воде кластеры периодически разрушаются и образуются снова. Время перескока составляет 10^-12 секунд.

Изучить строение этих образующихся полимеров воды оказалось довольно сложно, поскольку вода – смесь различных полимеров, которые находятся в равновесии между собой. Сталкиваясь друг с другом, полимеры переходят один в другой, разлагаются и вновь образуются.

Разделить эту смесь на отдельные компоненты тоже практически невозможно. Лишь в 1993 году группа исследователей из Калифорнийского университета (г. Беркли, США) под руководством доктора Р.Дж.Сайкалли расшифровала строение триммера воды, в 1996 г. – тетрамера и пентамера, а затем и гексамера воды. К этому времени уже было установлено, что жидкая вода состоит из полимерных ассоциатов (кластеров), содержащих от трех до шести молекул воды.

На рисунке ниже показано строение три-, тетра-, пента-, и гексамера воды. Все они цикличны, т. е. образуют довольно устойчивые «кольца».

Более сложным оказалось строение гексамера. Самая простая структура – шесть молекул воды в вершинах шестиугольника, – как выяснилось, не столь прочна, как структура клетки. Более того, структуры призмы, раскрытой книги или лодки тоже оказались менее устойчивыми. В шестиугольнике может быть только шесть водородных связей, а экспериментальные данные говорят о наличии восьми. Это значит, что четыре молекулы воды связаны перекрёстными водородными связями.

Структуры кластеров воды были найдены и теоретически, сегодняшняя вычислительная техника позволяет это сделать. Более того, именно сопоставлением экспериментально найденных и рассчитанных параметров удалось доказать, что полимеры имеют то строение, которое описано выше.

В 1999 г. Станислав Зенин провёл совместно с Б. Полануэром (сейчас в США) исследование воды в ГНИИ генетики, которые дали интереснейшие результаты. Применив современные методы анализа, как-то рефрактометрического, протонного резонанса и жидкостной хроматографии исследователям удалось обнаружить полиассооциаты - "кванты" воды.

Рис. Возможные кластеры воды

Объединяясь друг с другом, кластеры могут образовывать более сложные структуры:

Рис. Более сложные ассоциаты кластеров воды

Кластеры, содержащие в своём составе 20 молекулу оказались более стабильными.

Рис. слева - Формирование кластера из 20 молекулы воды.

Согласно гипотезе С.В. Зенина вода представляет собой иерархию правильных объемных структур "ассоциатов" (clathrates), в основе которых лежит кристаллоподобный "квант воды", состоящий из 57 ее молекул, которые взаимодействуют друг с другом за счет свободных водородных связей. При этом 57 молекул воды (квантов), образуют структуру, напоминающую тетраэдр. Тетраэдр в свою очередь состоит из 4 додекаэдров (правильных 12-гранников). 16 квантов образуют структурный элемент, состоящий из 912 молекул воды. Вода на 80% состоит из таких элементов, 15% - кванты-тетраэдры и 3% - классические молекулы Н₂О. Таким образом, структура воды связана с так называемыми платоновыми телами (тетраэдр, додекаэдр), форма которых связана с золотой пропорцией. Ядро кислорода также имеет форму платонова тела (тетраэдра).

Элементарной ячейкой воды являются тетраэдры, содержащие связанные между собой водородными связями четыре (простой тетраэдр) или пять молекул Н₂О (объемно-центрированный тетраэдр).

Рис. слева - Тетраэдр

 

Рис. Тетраэдр воды

 

При этом у каждой из молекул воды в простых тетраэдрах сохраняется способность образовывать водородные связи. За счет их простые тетраэдры могут объединяться между собой вершинами, ребрами или гранями, образуя различные кластеры со сложной структурой, например, в форме додекаэдра.

Рис. справа - Додекаэдр

Таким образом, в воде возникают стабильные кластеры, которые несут в себе очень большую энергию и информацию крайне высокой плотности. Порядковое число таких структур воды так же высоко, как и порядковое число кристаллов (структура с максимально высоким упорядочением, которую мы только знаем), потому их также называют «жидкими кристаллами» или «кристаллической водой». акая структура энергетически выгодна и разрушается с освобождением свободных молекул воды лишь при высоких концентрациях спиртов и подобных им растворителей [Зенин, 1994]. "Кванты воды" могут взаимодействовать друг с другом за счет свободных водородных связей, торчащих наружу из вершин “кванта” своими гранями. При этом возможно образование уже двух типов структур второго порядка. Их взаимодействие друг с другом приводит к появлению структур высшего порядка. Последние состоят из 912 молекул воды, которые по модели Зенина практически не способны к взаимодействию за счет образования водородных связей. Этим и объясняется, например, высокая текучесть жидкости, состоящей из громадных полимеров. Таким образом, водная среда представляет собой как бы иерархически организованный жидкий кристалл.