Explore
Also Available in:

Veden ihmeet

Kirjoittaja: 

Kääntänyt:  

Vesi! Me juomme sitä, peseydymme siinä, keitämme sillä, uimme siinä ja yleisesti ottaen pidämme sitä itsestään selvyytenä. Tämä kirkas, mauton ja hajuton neste on niin suuri osa elämäämme, että me tuskin koskaan pysähdymme ajattelemaan sen ihmeellisiä ominaisuuksia. Kuolisimme muuta­massa päivässä ilman vettä kehom­mekin ovat 65 %:sti vettä. Vesi on välttä­mätön olennaisten mine­raalien ja hapen liu­ot­tami­seen, ke­hom­me huuhte­lemiseen jäte­aineista ja ravinto­aineiden kuljetta­miseen ympäri kehoa. Vesi on ainoa aine, jolla on nämä ominaisuudet. Ja kuten tulem­me näkemään, sillä on useita muitakin kiehtovia ominaisuuksia, jotka viit­taa­vat siihen, että se on suun­niteltu elämän kannalta ‘juuri oikein’.

Neste

Aineen kolme eri olomuotoa ovat kiinteä, neste ja kaasu. Kaikki kolme ovat välttä­mättö­miä elämän kannalta.

  • Kiinteä säilyttää muotonsa.
  • Neste kykenee virtaamaan ja muo­toutu­maan astiansa mukaisesti säilyttäen samalla alku­peräisen koko­nais­tilavuutensa.
  • Kaasu laajenee täyttämään sekä astiansa tilavuuden että muodon.

Molekyylit reagoivat parhaiten keskenään, kun ne ovat lähellä toisiaan, mutta silti vapaita liikkumaan. Neste­mäi­nen olomuoto mahdollistaa juuri tämän, joten se on ihan­teellinen kaikille niille tuhansille kemiallisille reak­tioille, joita tapahtuu jokaisen eliön jokaisessa solussa.

Mutta vesi on nestemäistä erittäin kapealla alueella, kun ajatellaan kuinka maailman­kaikkeuden lämpötilat vaihtelevat, alkaen ulkoavaruuden –270°C:sta kuu­mim­pien tähtien kymmeniinmiljooniin asteisiin. Nor­maa­lissa ilmanpaineessa vesi on nestemäistä aino­as­taan välillä 0–100°C. Ei siis pitäisi olla yllättävää, että maa on ainoa paikka maa­il­man­kaik­keu­dessa, jossa tiedetään olevan nestemäistä vettä. Ja tämä riippuu oikean­laisen tähden ole­mas­sa­olosta—tähti ei saa olla liian kirkas eikä toisaalta liian himmeä, eikä siten myöskään liian suuri tai pieni. Lisäksi planeetan tulee sijaita oikealla etäisyydellä siitä. [katso myös Englanniksi The sun: our special star].

Miksi jää on niin liukasta?

Monet ihmiset nauttivat talviurheilusta, kuten luistelusta ja hiihdosta. Mikä tekee jäästä niin liukasta mahdollistaen nämä urheilulajit? Useat ihmiset uskovat, että se johtuu paineesta, joka sulattaa jään luoden liukkaan, sulan kerroksen. Tämä on aivan totta. Fysikaalisen kemian tutkijoilla on hyvin tiedossa, että paineen lisäys pyrkii saatta­maan ainesosat vähiten tilaa vievään muo­toon. Tästä syystä paine aiheuttaa jään muuttumisen vedeksi (sula­minen), joten sen sulamispiste alenee.

Mutta vaikutus on paljon pienempi kuin monet ajattelevat – normaaliin verrattuna noin 100-kertainen ilmanpaine laskee sulamispistettä vain yhden Celsiusasteen.3 Joten tämä vaikutus ei voi millään mahdollistaa luistelua, tai vielä vähem­män hiihtoa, jossa paine on paljon pienempi. Eikä se olisi voinut myöskään aiheuttaa sitä, että lentokoneet olisivat sulattaneet jäätä ja vajonneet 75 metrin syvyyteen—katso Kadonnut lentolaivue.

Todellinen syy on jälleen eräs veden epätavallinen omi­nai­suus – jään pinnalla olevat molekyylit värähtelevät huo­mat­ta­vasti enemmän kuin kiinteissä aineissa yleensä, vaik­ka­kaan ne eivät liiku ympäriinsä. Tämä antaa pinnalle ‘näen­näi­sen nestemäisen’ ominaisuuden, toisin sanoen pinta on nesteen kaltainen, mutta se ei kuitenkaan ole nestettä.4

Lämpötilapuskuri

Toinen veden erittäin tärkeistä ominaisuuksista on sen korkea ominais­lämpö. Tämä tarkoittaa, että sen läm­mittä­mi­nen vaatii runsaasti energiaa (jotakuinkin kymmenen kertaa niin paljon kuin vastaava massa rautaa vaatisi) ja jäähtyäkseen sen tulee menettää runsaasti energiaa. Niinpä maapallolla olevat laajat vesimassat autta­vat pitämään maapallon läm­pö­tilan kohta­laisen tasaisena. Toisaalta taas maa-alueet lämpenevät ja jäähtyvät nope­ammin, mikä on hyvä asia, kun se yhdis­tetään vesi­mas­sojen melko tasaiseen lämpötilaan. Se tarkoittaa, että ilmakehän eri osat lämpe­nevät eri tavalla, minkä seurauksena syntyvät tuulet. Tämä on välttämätöntä ilman raikkaana pysymisen kannalta.

800-surface-tension
 Veden pinta­jännitys näh­dään selvästi siinä, että hyön­teiset (yllä) pys­ty­vät käve­le­mään ve­den­pin­na­lla up­poa­matta.

Pintajännitys

Vedellä on erittäin korkea pintajännitys —voima joka pyrkii pitämään veden pinnan pinta-alan mah­dol­lisim­man pienenä. Se on korkeampi kuin siirappi­maisten nesteiden, kuten glyserolin, pintajännitys. Pinta­jänni­tys pyrkii muodostamaan kuplista ja pisaroista pallon­muo­toisia ja se on riittävän vahva kannatellakseen kevyitä kohteita, kuten joitakin hyönteisiä. Mutta mikä tärkeitä, tämä tarkoittaa, että biologisia yhdisteitä voi väke­vöi­tyä lähelle pintaa, mikä nopeuttaa monia elämälle tärkeitä reaktioita.

Veden voima

Vesi on yleensä melko tyyntä, mutta jos suuret vesi­massat liikkuvat tarpeeksi nopeasti, ne voivat liikuttaa auton kokoisia lohkareita ja kaivertaa syviä kanjoneita pureutuen jopa kiinteään kiveen. Myös kemiallisella tasolla se hajottaa nopeasti monia elävien solujen tärkeitä, suurikokoisia molekyylejä.

Vaikka elävissä soluissa on monia nerokkaita korjau­sme­ka­nismeja, ei DNA säily kovin pitkään vedessä solun ulkopuolella. 5 Taannoinen artikkeli New Scientist –lehdessä kuvaa tätä sellaisten tutkijoiden ‘pään­säryksi’, jotka työs­ken­televät elämän alkuperää koske­vien kehi­tys­opil­listen ideoiden parissa.6 Myös mate­ria­istinen ennakkoasenne tuli esiin, kun artikkelissa sa­not­tiin, ettei tämä ollut ‘hyvä uutinen’. Mutta todellinen huono uutinen on varmastikin usko evoluutioon (kaikki syntyi itsestään), joka jyrää yli objektiivisen tieteen.

Haihtuessaan nesteet imevät lämpöä ympäristöstään. Tämä tarkoittaa, että meillä on käyttökelpoinen keino viileänä pysymiseksi: hikoilu. Mer­kit­tä­vänä tekijänä tässä on veden haihtumisen korkea latentti lämpö. Käytännössä tämä tarkoittaa, että veden haihtuminen vaatii paljon enem­män energiaa kuin useimpien muiden nesteiden haihtuminen. Meidän tarvitsee siis hikoilla suhteellisen vähän vettä pysyäksemme viileinä; jos hikoilisimme melkein mitä tahansa muuta nestettä, tarvittavat määrät olisivat valtavia.

Superliuotin

Vesi on yksi niistä aineista, joita voimme nimittää lähes ‘yleisliuottimiksi.’ Useita mineraaleja ja vitamiineja voidaan kuljettaa kaikkialle kehoon sen jälkeen kun ne ovat liuenneet. Liuenneet natrium- ja kaliumionit ovat välttämättömiä hermoimpulsseille. Vesi liuottaa myös kaasuja, kuten ilmassa olevaa happea, ja mahdollistaa näin vesieläinten hapenkäytön. Vesi, veren1 pää­aine­osa, liuottaa myös hiilidioksidia, solujen ener­gian­tuo­tan­non kuonaainetta, kuljettaen sen keuhkoihin, joiden kautta se voidaan hengittää ulos.2

Täydellisestä yleisliuottimesta ei kuiten­kaan olisi mitään hyötyä, koska sitä ei voitaisi varas­toida mihin­kään astiaan! Rasvaiset yhdisteet hylkivät vettä, siksi solukalvomme on valmistettu niistä. Monilla pro­teiineil­lamme on osittain rasvaliukoisia alueita ja niillä on taipumus laskostua yhteen ympäröivän veden hylki­mänä. Tämä on osasyy proteiinien useille eri­lai­sille muodoille, jotka ovat keskeisiä elintärkeiden toimin­tojen suo­rit­ta­mi­sessa.

Näkemyksiä jäästä

Veden elintärkeä ja erittäin harvinainen ominaisuus on se, että se laa­je­nee jäätyessään, toisin kuin useimmat muut aineet. Tästä syystä jää­vuoret kelluvat. Itse asiassa vesi pakkaantuu tavallisesti jäähtyessään kunnes se saavuttaa 4°C:n lämpötilan, jonka jälkeen se alkaa jälleen laajentua. Käytännössä tämä tarkoittaa, että jääkylmän veden tiheys on pienempi, joten se pyrkii nousemaan pintaan. Tämä ominaisuus on erittäin tärkeä. Suurin osa kylmälle ilmalle altistuneista nes­teistä painuisi jäähtyessään pohjaan pakottaen samalla pohjalla olevan nesteen nouse­maan pintaan ilman jäähdytettäväksi. Ajan mittaan ilma jäähdyttäisi kaiken nesteen ja neste alkaisi jäätyä pohjasta käsin, jäätyen lopulta kokonaan. Veden kyseessä ollessa pienemmän tiheyden omaava kylmä vesi pysyy pinnalla mah­dol­listaen lämpi­mämmän veden alempana pysymisen ja siten estäen lämmön haihtumisen ilmaan. Tämä tarkoittaa, että pinta voi olla jäätynyt, mutta silti kalat kykenevät elämään vedessä pinnan alla. Mikäli vesi olisi niin kuin muut aineet, suuret vesialueet, kuten Pohjois-Amerikan Isot järvet, jäätyisivät täysin, mistä olisi kauheita seurauksia maapallon elämälle.

Tiesitkö?

  • Maapallo on 70 %:sti veden peitossa.

  • Vain 1 % maapallon vedestä on suoraan ihmisten käytettävissä. Noin 97 % on liian suolaista ja 2 % on jäätä.

National Oceanic & Atmospheric Administration (NOAA), U.S. Dept Commerce800-ice-caps
Maapallon laajat jäätiköt sisältävät järisyttävät 29 miljoonaa kuutio­kilometriä vettä, joka on noin 2 % maapallolla olevan veden kokonais­määrästä. Meret sisältävät 1 370 miljoonaa kuutiokilometriä vettä. Vettä sataa vuosittain noin 110 300 kuutiokilometriä.
  • Australia on maailman kuivin asutettu maanosa, jolla on vähäisin valuma. Australiasta 70 % on aavikkoa.

  • Perheauton valmistuksessa tarvitaan noin 150 000 litraa vettä.

  • Ainoastaan 1 % kotitalouksien vedenkäytöstä menee juomiseen. Loput vedestä kuluu suihkuihin, nurmikon kasteluun yms.

  • Kotitalouksien WC-altaat huuhtovat päivittäin noin 150 litraa vettä.

  • Jatkuvasti valuttava hana kuluttaa noin 600 litraa vettä päivässä. Tipoittain vuotava hana (1 tippa/se­kunti) kuluttaa noin 30 litraa päivässä.

  • Puutarhojen maankate vähentää haihtumista 75 %.

  • Keskiverto puutarhasadetin kuluttaa 1 000 litraa tunnissa.

  • Luonnonvedessä on pieniä määriä liuenneita mineraalisuoloja, jotka antavat sille ominaismaun. Puhdas vesi on mautonta.

(Kotitalouksien veden­kulutus­määrät ovat keskiarvoja ja ne vaihtelevat henkilökohtaisista tavoista ja laitteista riippuen.)

Mikä tekee vedestä ainutlaatuisen?

Veden pienin rakenneosa on vesimolekyyli. Se koostuu kahdesta vetyatomista, jotka ovat kiin­nit­tyneet happi­atomiin V-muodossa, 104°:n kulmassa. Vesi­mole­kyyli on polaa­rinen, toisin sanoen happiatomilla on nega­tiivinen sähkövaraus, kun taas sen kaksi vetyatomia ovat posi­tiivi­sesti varautuneita. Siksi vesi liuottaa niin monia aineita, kuten suolaa, jolla myös on sähköisesti varautu­neita raken­neosia; vesi ei liuota öljyä, jonka molekyylit ovat varauksettomia.

Lisäksi vesimolekyyli on liittynyt melko voimakkaasti muihin vesimolekyyleihin vetysidoksin. Nämä sidokset ovat kymme­nen kertaa heikompia kuin tyypilliset kemialliset sidokset, mutta ne ovat silti riittävän vahvoja tekemään vedestä neste­mäistä huoneenlämmössä. Vastaa­van­lainen yhdiste, vetysulfidi, jolla ei ole vety­sidok­sia, on kaasu. Vetysidokset ovat myös vastuussa veden korkeasta pintajännityksestä sekä ominaislämmöstä ja latentista lämmöstä.

Molekyylin muodon ja vetysidosten vuoksi jäällä on hyvin avoin kuusikulmainen kide­rakenne, joka on edustettuna kauniisti lumihiutaleiden valtavassa moni­muotoi­suu­dessa. [Katso myös Englanniksi: The treasures of the snow: Do pretty crystals prove that organization can arise spontaneously? Lumen aarteet: Ovatko kauniit kiteet todistaneet, että organisaatio voi syntyä spontaanisti?] Tämä rakenne vie paljon tilaa, mutta se luhistuu sulaes­saan, joten nestemäinen vesi on tiheämpää. Tästä syystä jää kelluu. Taannoinen tutkimus osoittaa, että vesi­mole­kyylit muodos­tavat nestee­seen rykelmiä, erityisesti häkin kaltaisia rakenteita, joissa on kuusi mole­kyyliä.7 Tämä on syynä useille veden ainut­laa­tui­sista ominaisuuksista.

Toinen tutkimus osoittaa, että vedessä on luultavasti kahdenlaisia vetysidoksia, joista toinen on noin kaksi kertaa toista vahvempi.7 Tämä voisi selittää, miksi vesi on neste­mäistä melko laajalla lämpötila-alueella. Sulaminen rikkoo vain hei­kom­mat sidokset, kun taas kiehumisen täytyy murtaa myös vahvemmat sidokset. Tutkimus osoittaa myös, että muutos vahvoista sidoksista heikoiksi vaatii tiettyjä lämpötiloja, joista yksi on 37°C. Tämä on ruumiin­lämpömme, joten voimme päätellä, että kyseessä on yksi monista taidokkaasti suun­nitel­luista omi­nai­suuksis­tamme.

Vesi, Raamattu ja tiede

Ainakin kaksi veteen liittyvää Raamatun viittausta osoittavat, että Raamattu ennakoi jo paljolti nykyistä tiedettä. Toinen on viittaus veden kiertokulkuun—höyrystyminen, pilvet, sade [Suom. huom.: höyry mainitaan englan­nin­kieli­sessä Raamatussa]:

Job. 36:26–281 ‘Katso, Jumala on suuri, emme häntä käsitä, hänen vuot­tensa luku on ilman määrää. Hän kokoaa vedenpisarat; ne vihmovat vir­ta­naan sadetta, jota pilvet vuodat­tavat, valuttavat ihmis­jouk­kojen päälle.’ 

Ja toinen on maininta ‘meren poluista’ Psalmissa Ps. 8:9. Meren­tutki­muksen pioneeri Matthew Fontaine Maury (1806–1873) tutki veden virtauksia tämän Raa­matun­jakeen pohjalta.8 Kuten Maury huomautti: ‘Raamattu on auk­tori­teetti kaikessa mitä se käsittelee’—ei ainoastaan opillisesti vaan myöskin tie­teelli­sesti ja historiallisesti. Hänen työnsä mullisti laivaliikenteen lyhentäen matkus­tusaikoja dramaattisesti. Maury antoi keksin­nöistään kunnian Jumalalle. Ja meidän tulisi antaa kunnia Jumalalle kaikista veden ihmeistä ja olla kiitollisia Hänelle sen monista käyttökohteista.

LÄHDELUETTELO JA KOMMENTIT

Viitteet

  1. Mutta veri on ainutlaatuista - se on kemiallisesti liian erilaista ollakseen kehittynyt merivedestä, Encyclo­paedia Britannican (15th Ed., 1992) 2:290 ”veri”-artikkelin väit­teestä huolimatta — katso Don Batten, ”Red-blooded evidence”, Creation 19(2):24-25, March-May 1997. Palaa tekstiin.
  2. Itse asiassa ainoastaan 5% CO2:sta [hiili­diok­sidista] kuljetetaan sellaisenaan liuenneena. 88% on bikarbonaatti-ioneina (HCO₃⁻), jotka pH-puskureina auttavat meitä pitämään pH:mme (happo-emäs-tasomme) tasaisena. Osa CO2:sta sitoutuu veren hemo­globii­niin ja muodostaa karbamaattia. Katso ”Respiration and Respiratory Systems”, Encyclopaedia Britannica (15th Ed., 1992) 26:742. Palaa tekstiin.
  3. Tämä voidaan osoittaa soveltamalla ‘Clausius–Clapeyron’-yhtälöä, joka selittää kuinka paine ja lämpötila liittyvät vaihemuutoksen aikana:
    Δp/ΔT = L/TΔv
    p = paine, T = lämpötila, L = piilevä veden fuusiolämpö = 3.35 × 10⁵ J/kg, Δv = erityinen tilavuuden muutos, kun jää sulaa = –9.05 × 10⁻⁵ m³/kg.
    Laskemalla nämä luvut yhtälöön saadaan:
    Δp/ΔT = –13.5 MPa/K = –133 atm/K.
    Negatiivi (miinus) merkki tarkoittaa, että 13,5 MPa: n (133 atm = 1 960 psi) painetta vaadi­taan per kelviini (Celsius­astetta) jäätymis­pisteen alen­tami­seen.Tyypillinen jääkiekko- tai luis­te­lu­rata on noin -4°C. Jopa 100 kg painava mies, joka luistelee yhdellä jalalla tyypillisellä luistelu­saap­paalla, jonka terä on 30 cm × 0,5 mm, aiheuttaa noin 980 N / (0,3 m × 0,0005 m) = 6,53 MPa (64,5 atm = 948 psi) paineen, mikä alentaisi sula­mis­pistettä vain puolella celsius­asteella.
    Palaa tekstiin.
  4. D. Kestenbaum, New Scientist 152(2061/2): 19, 21/28 Dee., 1996; C. Seife, Science 274(5295): 2012, 20 Dec., 1996. Palaa tekstiin.
  5. T. Lindahl, ”Instability and decay of the primary structure of DNA”, Nature 362(6422):709–715, 1993. Palaa tekstiin.
  6. R. Matthews, ”Wacky Water”, New Scientist 154(2087):40–43, 21 June 1997. Palaa tekstiin.
  7. R. Matthews, Ref. 6. Palaa tekstiin.
  8. Katso Ann Lamont, 21 Great Scientists who Believed the Bible, Creation Science Foundation, Australia, 1995, pp. 120–131. Palaa tekstiin.

Readers’ comments

Comments are automatically closed 14 days after publication.