כמה מים יש במערכת השמש? ולמה מדענים מחפשים חיים מחוץ לכדור הארץ בעולמות עם מים נוזלים על פני השטח? לכבוד יום המים העולמי, שחל היום (23 במארס), קבלו 10 עובדות על המולקולה הכי חשובה והכי מדהימה שיש:
1. המון מים אבל כמה מהם לשתייה?
התמונה המפורסמת ביותר של כדור הארץ נקראת "הגולה הכחולה". את התמונה צילם צוות אפולו 17 כשהיה בדרכו לירח ב-1972, וקל להבין מדוע היא נקראת כך: 71% מכוכב הלכת מכוסים מים. אבל האמת היא שאלה רק פני השטח. בפועל, רק 2.5% מהמים בכדור הארץ הם מים מתוקים. ומאחר שרובם קפואים בקרחונים, רק 1% מה-2.5% האלה זמינים לנו לשתייה.
2. לפחות חלק מהמים שלנו הגיעו משביטים
כשכדור הארץ הלך והתגבש, יחד עם מערכת השמש כולה, היו בו ככל הנראה גם הרבה מאוד מים אבל אלה לא כל המים שיש כיום. מדענים מעריכים כי לפחות חלק מהמים על פני כדור הארץ הגיעו מהתנגשויות של כוכבי שביט, שהם תערובת של קרח ואבק בעיקר.
15155837078_0c1edf1eeb_o.jpg
3. חלק זעיר מהמים אובד לחלל
מחזור המים בכדור הארץ הוא מערכת יחסית סגורה. לא בלתי סביר שהמים שתשתו היום, נשתו כבר על ידי דינוזאורים לפני מאה מיליון שנה. אבל המערכת אינה סגורה לחלוטין. כן, חלק קטן מהאטמוספירה שלנו מתנדף לחלל מדי שנה, וחלק מזה הוא מימן שפעם היה חלק ממולקולות מים.
4. טיפה אחת- בית למיליוני דיירים
כן, זו לא טעות: בטיפת אוקיינוס אחת יכולים להסתתר מיליוני וירוסים וחיידקים וייתכן שאפילו ביצי דגים זעירים, פלנקטון ותולעים זעירות מאוד. האוקיינוסים שלנו שורצים חיים בכמות שאי אפשר לדמיין! לכן מדענים כל כך מתעניינים במים בעולמות אחרים.
5. יש מלא מים ברחבי מערכת השמש
אפשר למצוא מים על אסטרואידים, על שביטים, במכתשים המוצללים בקטבים של כוכב חמה, במכתשים המוצללים של הירח, בקטבים ומתחת לפני השטח של מאדים, בענקים הגזיים צדק ושבתאי ובענקי הקרח אורנוס ונפטון. אלא שכדור הארץ הוא העולם היחיד במערכת השמש שבו מים מופיעים על פני השטח במצב צבירה נוזלי, כלומר לא כמוצק (קרח) או גז (אדים).
6. ירחי המים
כדור הארץ הוא ממש לא העולם עם הכי הרבה מים נוזלים במערכת השמש. לירחי הקרח של צדק אירופה, קליסטו וגנימד יש יותר מים מאשר כדור הארץ, וכך גם לטיטאן אחד מירחי שבתאי. גנימד הוא שיאן מערכת השמש במים: מדענים מעריכים שלא פחות מ-46% מסך כל הנפח שלו הוא מים נוזלים – לעומת רק 0.12% מנפח כדור הארץ.
1-pia19048-1041.jpg
7. קרח הוא מוצק אז איך ייתכן שהוא צף?
קוביית מים, למרות שהיא מוצק, היא דחוסה פחות ממים ולכן היא צפה. זה כל כך מוזר שנדמה שזה סותר את חוקי הטבע: הרי אנחנו יודעים שמוצקים הם דחוסים יותר מנוזלים בהגדרה וזו הסיבה שהם כבדים יותר ושוקעים. ובכן, מים הם מקרה מיוחד.
מולקולת מים היא מולקולה בצורת V, המורכבת משני אטומי מימן ומאטום אחד של חמצן בבסיס. שני אטומי המימן חולקים שני אלקטרונים טעונים שלילית, אלא שאטום החמצן הגדול מושך את האלקטרונים בעוצמה רבה יותר. התוצאה היא שהמטען החשמלי של מולקולה כולה טיפה יותר שלילי בקצה של החמצן וטיפה יותר חיובי בקצוות של המימן. ומאחר שהפכים נמשכים, המטענים החשמליים נקשרים זה לזה בתופעה שנקראת "קשרי מימן". במצב נוזלי, כשהמולקולות נמצאות בתנועה חופשית יותר ממוצק, הקשרים האלה נוצרים ונשברים מהר. אבל כשהמים קופאים, קשרי המימן האלה בין המולקולות מתחזקים ולא מאפשרים לקצה החיובי של מולקולה אחת להתקרב יותר מדי לקצה החיובי של מולקולה אחרת, או לקצה שלילי להתקרב לקצה שלילי, כמו מגנט, ו. כך נוצרים רווחים קטנים ביניהן. דחייה זו במצב המוצק מסבירה שתי תופעות: אחת היא התופעה שבקבוק מים בפריזר מתנפח ועלול אף להתנפץ משום שהקרח מתרחב; והשנייה היא שהקרח צף על המים משום שהוא פחות דחוס מהמים.
8. מים ממש "רוצים" להיות נוזלים.
כולם יודעים שמים קופאים ב-0 מעלות צלזיוס ורותחים ב-100 מעלות צלזיוס (בלחץ אוויר של אטמוספירה אחת, כלומר בגובה פני הים). אבל התכונה הזאת, שנראית לנו רגילה, היא למעשה חריגה. מתאן, לדוגמה, קופא במינוס 182 מעלות צלזיוס ורותח במינוס 162 מעלות – טווח של 21 מעלות בסך הכול. אמוניה קופאת במינוס 78 מעלות ורותחת במינוס 34 – טווח של 44 מעלות. כלומר, טווח הטמפרטורות של מים במצב נוזל הוא פי שניים מאמוניה נוזלית ופי חמישה ממתאן נוזלי. כשאסטרונומים מחפשים אחר כוכבי לכת ישיבים, הם מחפשים כוכבי לכת במרחק הנכון מהכוכב שלהם כדי לאפשר את קיומם של מים נוזלים על פני השטח.
9. מדוע מים בכוכבי לכת אחרים מעלים את הסיכוי לקיום חיים?
כל היצורים החיים צריכים להיות מסוגלים לקלוט חומרים מהסביבה, לעבד אותם ולהפיק מהם אנרגיה. קוראים לתהליך הזה מטבוליזם. מים מאפשרים את ההמרות האלה בזכות התכונה הייחודית, שבה המולקולות שלהם נושאות גם מטען חשמלי חיובי וגם שלילי. תכונה זו מאפשרת למים להיקשר למולקולות אחרות, כמו נניח הסוכר בתפוח שאתם אוכלים, ולפרק אותן. זו הסיבה שלמים קוראים "הממיס האוניברסלי". וזו גם הסיבה שמדענים מניחים שגם צורות חיים אחרות ישתמשו במים בשביל תהליכים מטבוליים – ומחפשים אחר כוכבי לכת עם מים נוזלים על פני השטח.
10. תינוקות הם בעיקר מים
מים הם המרכיב העיקרי בדם שלנו. הם מסייעים לנו להזין את עצמנו, להיפטר מפסולת ולווסת את טמפרטורת הגוף שלנו. הם אפילו בולם הזעזועים של מוחינו. רובנו למדנו שאדם ממוצע מורכב מ-55-60% מים. תינוק בן יומו מורכב מ-78% מים.