Сила разуплотнения поверхностного слоя жидких, твердых и газообразных веществ (стр. 23 )

В-третьих, хорошо известно, что растения ускоряют свой рост при повышении температуры, и, значит, они усиливают при этом свое давление на почву, убыстряя рост корней. Но осмос не зависит от температуры и поэтому не может являться главной причиной силы, создаваемой при росте растений.

Следовательно, можно констатировать, что осмотическим давлением можно объяснить только поддержание упругости клеток и составленных ими листьев растений, но для объяснения силы роста корней, да и вообще всей растительной ткани, необходимо искать другую причину, чем осмос. Эта сила должна зависеть от температуры и ее величина должна быть сопоставима с величиной температурного расширения твердых и жидких веществ, имеющей, как известно, огромное значение.

Всеми этими свойствами обладает предложенный автором эффект – давление разуплотнения поверхностного слоя жидкости. Это давление связано с температурой, так как сопровождается поглощением тепла из окружающей среды, и поэтому его сила также равна силе температурного расширения. Эта сила подтверждается тем, что эффект, как показано выше, объясняет механизм действия эффекта Ребиндера, т. е. расширение микротрещин в самых крепчайших горных породах при их резании, бурении, шлифовке и раскалывании.

В общем случае действие эффекта давления разуплотнения при росте растений можно объяснить следующим образом. Удлиняющиеся в процессе деления клеток корни растений проникают в микротрещины горных пород и между зернами почвы и увеличивают за счет этого общую поверхность корневой водосодержащей массы, создавая как бы растекание. Это сопровождается возникновением эффекта давления разуплотнения поверхностного слоя воды, которое давит на стенки трещин в составе клеток корневой системы растений и в составе опережающей ее в своем движении свободной интерстиционной воды, заставляя их раздвигаться.

Необходимо только рассмотреть, как это конкретно проявляется при росте клеток корней. В любой клетке главную массу органического вещества кроме воды составляют мембраны – внутренняя и внешняя, состоящие из бислоя липидных молекул. Именно за счет роста объема мембран и увеличиваются размеры клетки. Поэтому представляется вполне естественным предполагать, что в силе их роста и заключена сила роста самой клетки и растений в целом. Но как это осуществляется?

Мембраны состоят из двух слоев липидных молекул, в промежутке между которыми имеется своего рода воздушная прослойка между несмачиваемыми поверхностями. Значит, формирование каждого нового участка такого слоя сопровождается увеличением общего объема внутреннего содержимого клетки. Мембраны представляют собой двухмерные коллоидные жидкости. Каждая новая молекула липида или белка, встроившаяся в бислой, сразу же увеличивает общий объем клетки и создает давление на стенки клетки, заставляя их с силой расширяться.

Это подобно тому, что происходит при превращении воды в лед, т. е. преобразовании бесструктурной жидкости в структурированное твердое вещество. В этом случае молекулы укладываются в структуре льда так, что промежутки между ними становятся больше, чем были промежутки между ними в жидкости, и за счет этого твердый лед расширяется в объеме, обладая, как известно, огромной силой: он разламывает даже чугунные сосуды. Аналогичное происходит и при образовании в клетке новых мембран, когда из плавающих в воде липидных молекул формируются структурированные тела – мембраны. Значит, и встраивание каждой новой молекулы в мембрану должно происходить с такой же силой, с которой расширяются твердые тела при кристаллизации из жидкости.

Но мембраны, хотя и являются структурированными телами, не обладают большой твердостью и способны сжиматься. Поэтому здесь их силовому расширению должен способствовать еще один механизм. Вхождение каждой новой молекулы в состав мембраны увеличивает тесноту этих молекул и этим уменьшает толщину тонкой водной прослойки между гидрофильными головками липидных амфипатических молекул. Значит, за счет этого возникает расклинивающее давление Дерягина для этой же водной прослойки. Но это давление, как отмечалось выше, также достаточно слабое и, кроме того, оно уменьшается по мере повышения температуры. Значит, не оно является главным фактором при силовом разрастании мембран. Остается только одно: давление разуплотнения поверхностного слоя жидкости – Т-СРПС. В мембранах молекулы липидов находятся в постоянном хаотическом движении вдоль их поверхности, постоянно соударяясь. В процессе соударения при отталкивании их возникает давление разуплотнения, так как при рассоединении молекул удлиняется общая поверхность жидкости, она как бы растекается по обеим рассоединяющим поверхностям. Давление разуплотнения с силой температурного расширения как бы вдогонку отталкивает молекулы, придавая им дополнительную скорость. Чем чаще молекулы соударяются, тем чаще вступает в действие давление разуплотнения, отталкивая молекулы, тем, можно так образно сказать, более жесткие пружины держат молекулы на расстоянии друг от друга. Значит, если представить себе здесь решетчато-пружинный механизм, то в данном случае сила отталкивания пружин увеличивается и весь механизм способен с гораздо большей силой разжиматься, создавая большее давление. Это происходит при увеличении концентрации молекул в липидном бислое и, соответственно, более частом их соударении и отталкивании за счет давления разуплотнения.

Значит, мембраны в клетке с силой растут и расширяются внутри клеточной жидкости, передавая ей это давление, а она, в свою очередь, – на стенки клетки, заставляя их раздвигаться и разрастаться. Но давление внутриклеточной жидкости регулируется еще и осмосом. Следовательно, расширение мембран создает дополнительное давление на внутриклеточную жидкость, кроме осмотического давления. Это давление зависит только от температуры и увеличивается с ее повышением. Если осмос только поддерживает тургорную упругость листьев и других тканей растений, то давление разуплотнения и связанная с ним сила разрастания мембран ускоряет рост растений и придает ему большую силу. Эта же сила проявляется не только при росте корней, но также стволов и стеблей и листьев растений, так как, например, нетрудно себе представить, какое давление проходится преодолевать клеткам при своем росте у основания ствола дерева высотой 20 м, качавшегося под действием ветра или наклонившегося.

3.4.11. Роль в набухании глины, семян растений, сухой древесины и т. д.

Набухание веществ – это увеличение их объема при смачивании водой и другими жидкостями. Наиболее изучено влияние поверхностного слоя воды в набухании глин, где одним из главных минералов является монтмориллонит. Однако признается, что пока еще природа набухания недостаточно изучена и нет еще удовлетворительно объясняющей ее теории. Одни исследователи (Norrish, 1954; Овчаренко, 1951; Злочевская и др., 1988) отдают предпочтение так называемой осмотической теории, сущность которой заключается в том, что при смачивании глин водой начинается сорбция влаги из контактирующего раствора за счет более высокой концентрации ионов в приповерхностном слое глины и более низкой концентрации в контактирующем растворе. Избыточная концентрация ионов в глинах обусловлена их поверхностным растворением при движении жидкости вдоль плоскостей кристаллической решетки глинистых минералов. Набуханию глин способствует их повышенная гидрофильность, т. е. способность к смачиванию и предрасположенность к действию капиллярных сил.

Другие исследователи (Осипов и др., 1988) объясняли причину набухания глин действием расклинивающего давления Дерягина. В частности, это, по их мнению, лучше объясняет первую (внутрикристаллическую) стадию набухания, а также набухание глин в растворах с высокой концентрацией растворенных солей, когда осмотическое давление действует в обратном направлении – из глин в раствор.

Я объясняю причину набухания глин действием Т-СРПС, которая действует, как сила расклинивающая микропоры и слоистые пакеты кристаллической решетки вдоль плоскостей спайности. Благодаря гидрофильности глин вода легко проникает в них, и затем начинается саморазвивающийся процесс силового разбухания глин. Вода, попадая вдоль плоскостей решетки, разуплотняется за счет действия Т-СРПС, раздвигает плоскости и этим всасывается дальше вдоль в острие удлиняющейся трещины, далее вода опять разуплотняется и раздвигает плоскости дальше – и так далее.

Такой же механизм набухания, по-моему, действует при замачивании сухих семян всех растений (пшеницы, риса, гороха, бобов и т. д.), высохшей древесины, сухарей из хлеба и т. д., являющихся гидрофильными веществами.

Конкретным подтверждением силовой деятельности Т-СРПС воды может служить очень простой пример. Чтобы топорище туго держалось в топоре, надо топор положить в воду. После размокания оно плотно заклинивается в отверстии топора, так как древесина разбухает. Причем это осуществляется с такой силой, что топор вдавливается в древесину топорища, прочно удерживаясь там. Если толстую сухую доску оставить под дождем, то после намокания ее верхней половины она изгибается, приобретая в поперечном сечении выпуклую вверх дугообразную форму. Нетрудно себе представить, какую силу надо приложить, чтобы придать доске такой же профиль, создав механическое усилие, по-видимому, не менее нескольких сотен килограммов.

Примером действия силы разуплотнения является увеличение объема зерен пищевых злаковых культур и гороха при их размокании. Так, до войны советский пароход “Харьков” с грузом гороха оказался на мели возле пролива Босфор и вдобавок получил пробоину. Когда горох намок, он с силой вспучился, и корабль со стальной обшивкой разорвало пополам. Так его обе половинки и транспортировали для ремонта и сшивания (Смирных, 1995).

3.4.12. Роль в понижении температуры замерзания грунтов и их морозном пучении

Известно, что тонкий поверхностный слой воды на контакте с твердыми частицами грунтов не замерзает до очень низких температур – до –78 °С (Овчаренко, 1961). Не замерзает и тонкая пленка воды на поверхности льда в контакте с воздухом. Но единой и вполне убедительной интерпретации понижения точки замерзания воды в капиллярно-пористых телах пока не имеется (Чистотинов, 1973). К числу одних из последних гипотез о физической причине понижения температуры пленочной воды относится представление о том, что оно обусловлено взаимодействием воды с поверхностью твердого тела, точнее, с активными центрами или с ионами в растворе (Ананян, 1977; Квливидзе и др., 1988). Энергия взаимодействия молекул воды с активными центрами поверхности твердых тел, с полярными центрами биополимеров и с ионами в растворе больше энергии взаимодействия молекул воды между собой. Это приводит к тому, что активный центр вызывает возмущение в ближайшем окружении, т. е. нарушает сетку водородных связей в воде.