நீர்: புவியின் விநோதமான திரவம்

புவியில் உள்ள திரவங்களிலேயே நீரின் மூலக்கூறு வாய்ப்பாடு மட்டும்தான், நமது அன்றாட வாழ்க்கையின் மொழியில் நுழைந்திருக்கிறது. H2O என்பதில் என்னென்ன இருக்கிறது என்பது பற்றித் தெரியவில்லையென்றாலும், H2O என்றால் என்ன என்று எல்லோருக்கும் தெரியும். நீர் என்பது மிகவும் சாதாரணமான விஷயம்போல் தெரிந்தாலும், உண்மையில் அப்படியல்ல.

அன்றாட வாழ்க்கையோடு தொடர்புடைய இந்தப் பொருள், நம்முடன் மிகவும் நெருங்கியிருப்பதாலேயே கொஞ்சம் சலிப்பூட்டுவதுபோல் தோன்றலாம். ஆனால், அது எந்த அளவுக்குக் குழப்பத்தை ஏற்படுத்துவது என்பதும், தலையைப் பிய்த்துக்கொள்ள வைப்பது என்பதும் நீரின் இயல்புக்குள் ஆழமாய் எட்டிப்பார்ப்பவர்களுக்குத்தான் தெரியும்.

விதிகளை உடைக்கும்

எல்லா விதிகளையும் உடைக்கும் இயல்புடையது நீர். திரவங்கள் என்றால் என்ன என்பதை விவரிப்பதற்கான பெரிய வரையறையை 19-ம் நூற்றாண்டிலிருந்து வேதியியலாளர்கள் உருவாக்கிக் கொண்டிருக்கிறார்கள். நீரின் விநோதமான பண்புகளை விளக்குவதில், இந்த வரையறைகள் எல்லாம் பெரும்பாலும் பொய்த்தே போகின்றன.

ஒரு பானத்தில் ஐஸ் கட்டியைப் போடும்போது என்ன நிகழ்கிறது என்பதில்தான், நீரின் விநோதமான இயல்பு அடங்கியிருக்கிறது. இதை ஒரு கணம் யோசித்துப் பாருங்கள்: உங்கள் முன்னே ஒரு திடப்பொருள் இருக்கிறது, அது தன்னுடைய திரவ நிலையின் மீதே மிதக்கிறது! ஆனால், திட மெழுகு திரவ மெழுகில் மிதக்காது; உருக்கிய வெண்ணெயில் வெண்ணெய்க் கட்டி மிதக்காது; எரிமலையிலிருந்து பீறிட்டு வரும் எரிமலைக் குழம்பில் கற்கள் மிதக்காது.

விநோத இயல்பு

உறைய வைக்கப்படும்போது நீர் விரிவடைவதால், ஐஸ் கட்டிகள் மிதக்கின்றன. குளிர்பதனப் பெட்டியின் உறைநிலைப் பெட்டியில் ஓர் இரவு முழுவதும் சோடாவை விட்டுவைத்தால், அதனால் ஏற்படும் விரிவு எவ்வளவு சக்திமிக்கது என்பதை நாம் தெரிந்துகொள்ளலாம்: கண்ணாடியையே சுக்குநூறாகச் சிதறடித்துவிடும்.

நீரின் இந்த இயல்பு கொஞ்சம் விசித்திரமாகவோ, முக்கியமற்றதாகவோ தோன்றலாம். ஆனால், நீரின் எண்ணற்ற விநோதங்களுள் ஒன்றான இந்த விசித்திர இயல்புதான், நமது கோளையும் அதிலுள்ள உயிர்வாழ்க்கையையும் வடிவமைத்தது.

யுகம்யுகமாக நிகழ்ந்த உறைதல், உருகுதல் என்ற தொடர் நிகழ்வுகள் காரணமாகப் பெரும் பாறைகள் வழியாக நீர் துளைத்துக்கொண்டு வெளியேறியிருக்கிறது, அந்தப் பாறைகளை இரண்டாகப் பிளந்திருக்கிறது, அவற்றைச் சுக்குநூறாகச் சிதறடித்து மண்ணாக மாற்றியிருக்கிறது.

உறைபனியும் நீரும்

நமது பானங்களில் மட்டும் பனிக்கட்டிகள் மிதக்கவில்லை, நமது பெருங்கடல்களில் பனிக்கட்டிக் கடல்களும் (sea ice) பளபளக்கும் பனிப்பாளங்களும் மிதந்துகொண்டிருக்கின்றன.

உறைந்த ஏரிகளிலும் ஆறுகளிலும் உறைபனி சும்மா அலங்காரப் பொருள்போல இருப்பதில்லை. கீழே இருக்கும் நீரின் வெப்பநிலையைப் பாதுகாத்து, மேற்பரப்பின் வெப்பநிலையைவிட சில டிகிரி அதிகமாக வைத்திருக்கிறது, கடும் குளிர்காலத்திலும்கூட. 4 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில்தான், நீர் அதன் அதிகபட்ச அடர்த்தியைக் கொண்டிருக்கும். ஆகவே, அந்த வெப்பநிலையில் ஏரி, ஆறு போன்றவற்றின் கீழ் பரப்புக்கு நீர் போய்விடும்.

நீர்நிலைகள் மேலிருந்து கீழாக உறைவதால், நீர்நிலையில் வாழும் மீன்களும் தாவரங்களும் மற்றும் பல உயிரினங்களும் கடும் குளிர் காலங்களில் தப்பிப் பிழைப்பதற்கு, வேறு இடங்களைத் தேடிச் செல்ல வேண்டியிருக்கும்.

இந்தக் காலகட்டத்தில் எப்படியோ எண்ணிக்கையிலும் அளவிலும் அவை பெருகிவிடுகின்றன. புவியின் காலப்போக்கில் அடுத்தடுத்து நிகழ்ந்த பனியுகங்கள், வேறு பல காலகட்டங்கள் போன்றவற்றை மீறியும் உயிரினங்கள் தப்பிப் பிழைத்ததற்கு மேற்கண்ட விநோதம்தான் காரணம்.

திரவமாக இருப்பது

மற்ற திரவங்களைப் போல் நீர் நடந்துகொண்டிருந்தால் ஈரப்பதமே இல்லாத, உறைந்துபோன நிலத்திலிருந்தும் உறைந்துபோன கடல்களிலிருந்தும் நொய்மையான உயிரினங்களெல்லாம் துடைத்தெறியப் பட்டிருக்கும்.

இது வெறும் தொடக்கம்தான். ஒரு கண்ணாடிக் குவளை நீரை எடுத்துக்கொண்டு அதனூடாகப் பாருங்கள். நிறமில்லா, மணமில்லா இந்த திரவத்தைப் பற்றிய விசித்திரமான விஷயம் என்னவென்றால், இது திரவமாக இருப்பதுதான்.

விதிமுறைகளையெல்லாம் நீர் பின்பற்றியிருக்குமானால் கண்ணாடிக் குவளையில் நாம் எதையும் பார்த்திருக்க முடியாது, நம் கோளில் எந்தக் கடலும் இருந்திருக்காது.

திரவமான வாயு

புவியில் உள்ள ஒட்டுமொத்த நீரும் நீராவியாகத்தான் இருக்க முடியும். உயிரினங்கள் வாழ முடிந்திருக்காத புவி என்று, அதைக் கற்பனை செய்துகொள்ளுங்கள். அதன் உலர்ந்த மேற்பரப்பில் கொதித்துக்கொண்டும் அடர்த்தியாகவும் இருந்திருக்கக்கூடிய வளிமண்டலத்தின் ஒரு பகுதியாக நீராவியின் வடிவில் நீர் இருந்திருக்கும்.

நீர் மூலக்கூறு என்பது ஹைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் ஆகிய கனமற்ற இரண்டு தனிமங்களின் அணுக்களால் ஆனது. அதாவது, ஒரு ஆக்சிஜன் அணு, இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள்.

புவி மேற்பரப்பின் சூழல்களைக் கணக்கில் கொண்டு பார்க்கும்போது, நீர் என்பது ஒரு வாயுவாகத்தான் இருந்திருக்க வேண்டும். ஹைட்ரஜன் சல்ஃபைடும் (H2S) ஒரு வாயுதான். ஆனால், நீரின் மூலக்கூறு எடையைவிட இரு மடங்கு எடை கொண்டது அது. நீர் மூலக்கூறினுடைய அளவில் மூலக்கூறுகளைக் கொண்ட அம்மோனியா, ஹைட்ரஜன் குளோரைடு போன்றவையும் வாயுக்களே.

பிரிக்க முடியாதது

எல்லா விதிமுறைகளையும் நீர் ஏன் வளைத்துவிடுகிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்ள வேண்டுமென்றால், நீரின் மேற்பரப்பில் கிழித்துக்கொண்டு செல்லும் நீர்ப்பூச்சியைப் பற்றி யோசித்துப்பாருங்கள். நீரில் மூழ்காமல் அந்தப் பூச்சியால் எப்படிச் செல்ல முடிகிறது? மற்ற எல்லா திரவங்களுடன் ஒப்பிடும்போது நீரின் பரப்பு இழுவிசை என்பது மிகவும் அதிகம்.

எனவேதான், அந்தப் பூச்சி நீரின் ஆழத்தில் மூழ்கிப்போகவில்லை. நீர் மூலக்கூறுகள் எல்லாம் ஒன்றுடன் ஒன்று ஒட்டிக்கொள்ளும் இயல்புடையவை என்பதால்தான், நீருக்குப் பரப்பு இழுவிசை என்ற இயல்பு ஏற்பட்டிருக்கிறது.

நீரின் ஒரு மூலக்கூறில் உள்ள ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் மற்ற மூலக்கூறுகளில் உள்ள ஆக்சிஜன் அணுக்களுடன் ஒட்டிக்கொள்ளும் இயல்புடையவை. ஒவ்வொரு நீர் மூலக்கூறும், இது போன்ற நான்கு ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள்வரை உருவாக்கக்கூடியவை. இப்படியாக ஒட்டுமொத்தமாகச் சேர்வது, திரவங்களில் நீருக்கே உரித்தான ஒருங்கிணைவுத்தன்மையைத் தருகிறது.

புவியின் மேற்பரப்பில் நீர் ஏன் திரவ நிலையில் இருக்கிறது என்பதற்கான காரணத்தை நாம் இப்படிச் சொல்லலாம்: ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் நீரின் மூலக்கூறுகளையெல்லாம் ஒன்றாக வைத்திருக்கின்றன. அவற்றைப் பிரிக்க வேண்டுமென்றால் சற்றே அதிகமான ஆற்றல் தேவைப்படும். எடுத்துக்காட்டாக, கொதிக்க வைப்பதன் மூலம் நீரை ஆவியாக்குவதைச் சொல்லலாம்.

உயிர் வளர்ப்பது

நீரில் உள்ள ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளின் முக்கியத்துவத்தைப் பற்றி இதற்கு மேலும் வலியுறுத்திச் சொல்வதென்பது கடினம். நமது உடலின் மிகக் குறுகலான ரத்தக் குழாய்களின் வழியாகவும் நீர் மூலக்கூறுகள் ஒன்றையொன்று இழுத்துக்கொண்டு செல்கின்றன என்றால், அதற்குக் காரணம் அந்தப் பிணைப்புகள்தான். பெரும்பாலும் புவியீர்ப்பு விசைக்கு எதிராகவே அவை செயல்படுகின்றன.

உடலுக்குள்ளே அவ்வளவு எளிதில் சென்றடைய முடியாத இடங்களுக்கெல்லாம் ஆக்சிஜனையும் ஊட்டச்சத்துகளையும் நீர் கொண்டுசேர்ப்பது இப்படித்தான். தரையின் ஆழத்திலிருந்து நீரை உறிஞ்சி இலைகளுக்கும் கிளைகளுக்கும் அனுப்பி, சூரிய ஒளியில் அவற்றைச் செழிக்க வைப்பது தாவரங்களால் சாத்தியப்படுவதும் இந்த ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளால்தான்.

எல்லாம் சாத்தியம்

நீரின் இந்த ஒட்டும் தன்மைதான், நமது அன்றாட வாழ்வில் நாம் சாதாரணமாகக் கருதும் பல்வேறு நிகழ்வுகளைச் சாத்தியப்படுத்துகிறது. அதாவது, நம் வீடுகளில் உள்ள ரேடியேட்டர்களுக்கு நீரைச் செலுத்துவது, டப்பாவில் இருக்கும் ஆரஞ்சு சாற்றைப் பிதுக்கிக் குடிப்பது, நமது தோட்டங்களில் உள்ள பூச்செடிகளுக்குக் குழாய் வழியாக நீரை இறைப்பது போன்ற எல்லாவற்றுக்கும் அந்தத் தன்மைதான் காரணம்.

நீரைக் குறுக்க முடியாது என்பதால்தான் இவையெல்லாம் சாத்தியமாகிறது. ஏனெனில், மூலக்கூறுகளெல்லாம் ஒன்றையொன்று ஈர்த்துக்கொள்வதுடன் ஒன்றுக்கொன்று மிகவும் நெருக்கமாகவும் இருக்கின்றன. மற்ற திரவங்களில் இருப்பதைவிடவும் இந்த நெருக்கம் அதிகம். ஒன்றைக் குறுக்குவது எந்த அளவுக்குக் கடினமோ, அதேபோல் அதன் ஒரு பக்கத்தில் மட்டும் அழுத்துவதன் மூலம் அதைப் பாயவைப்பதும் மிகவும் எளிது.

அனைத்தையும் கரைக்கும்

நீரை மட்டுமே நீர் ஈர்ப்பதில்லை, அது கடக்க நேரிடும் எல்லாவற்றுடனும் ஒட்டிக்கொள்கிறது. அனைத்தையும் கரைக்கக்கூடிய கரைப்பான் என்ற தகுதியைக் கிட்டத்தட்டப் பெறுவது, நீர் மட்டும்தான். மற்ற சேர்மங்களைத் தனித் தனியாகப் பிய்த்துப்போடக் கூடிய தன்மை கொண்டது அது.

சோடியம் குளோரைடு படிகங்களால் ஆன சமையல் உப்பு நீரில் எளிதாகக் கரைகிறது. நீரில் உள்ள ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள், உப்பில் உள்ள சோடியம் அணுக்களையும் குளோரின் அணுக்களையும் படிகத்திலிருந்து தனித்தனியாகப் பிய்த்து நீரினுள் மிதக்கச் செய்கின்றன.

அத்துடன், நீர் என்பது மிகச் சிறந்த கரைப்பான் என்பதால் சுத்தமான வடிவத்தில் நீரை நாம் காண்பதே அரிது. எப்படிப் பார்த்தாலும், நீரில் ஏதாவது ஒன்று கரைந்திருக்கும். ஆய்வகங்களில் தூய்மையான நீரை உருவாக்குவதும்கூடக் கடினமே. நாம் அறிந்திருக்கும் அனைத்து வேதிச் சேர்மங்களும், நம்மால் உணரக்கூடிய வகையில் சிறிதளவுக்காவது நீரில் கரையும். அதனால்தான், நாம் அறிந்த வேதிப்பொருட்களிலேயே மிக அதிக அளவில் வினைபுரியக் கூடியதும் அரிக்கக் கூடியதுமாக நீரே இருக்கிறது.

உடலுக்கு அடிப்படை

ஏராளமான பொருட்களுடன் ஊடாடக் கூடிய இயல்புதான் உயிர்வாழ்க்கைக்கு மிகவும் முக்கியமானது. இந்த இயல்பால்தான் எண்ணற்ற ஊட்டச்சத்துகளையும் வேறு பொருட்களையும் நீர் கரைத்து நம் உடலுக்குள் பரவ விடுகிறது. உயிர்வாழ்க்கைக்கு அடிப்படையான டி.என்.ஏ., புரதங்கள், செல்களில் உள்ள சவ்வுகளை உருவாக்கும் மூலக்கூறுகள் போன்றவையும் இன்ன பிறவும் நீரில்லாமல் ஒன்றுமே செய்ய முடியாது.

அதேநேரத்தில் நீரை விலக்கும் எண்ணெய் போன்றவையும் இருக்கின்றன. நம் உடலில் உள்ள நூறு கோடிக்கணக்கான புரதங்கள், சரியான அளவில் மடங்கி உருவங்களைப் பெற்றுத் தங்கள் பணிகளைச் சரியாகப் புரிகின்றன என்றால், அதற்குக் காரணம் நீர்தான். நீருடன் உறவாடுவது, அந்தப் புரதங்களைச் சரியான அளவில் முப்பரிமாணங்களை பெறச் செய்கிறது.

எங்கும் எதிலும்

நீங்கள் எந்தத் திரவத்தைப் பற்றி நினைத்துப்பார்த்தாலும் அதில் நீர் இருக்கிறது. ரத்தம், பியர், ஆப்பிள் பழரசம் என்று எதையெடுத்தாலும் எல்லாமே நீர்தான். அதில் சிறிதளவு மற்ற விஷயங்களும் கலந்து பரவியிருக்கின்றன, அவ்வளவுதான். பெட்ரோலியம், சமையல் எண்ணெய் போன்ற தூய்மையான திரவங்கள் குறைவாகத்தான் இருக்கின்றன. ஆனால் நீருடன் நாம் கொள்ளும் உறவுக்குப் பக்கத்தில், அவையெல்லாம் வரவே முடியாது.

நீர் என்பது எங்கும் காணப்படுவது, நம்முடன் நெருக்கமானது என்பதாலேயே, அதை ஒரு முக்கியமான விஷயமாகவே நாம் கருதுவதில்லை: தினமும் நாம் அதைக் குடிக்கிறோம், தொடுகிறோம், அதைக் கொண்டு கழுவுகிறோம், துவைக்கிறோம், பொருட்களை ஈரப்பதத்துக்கு உள்ளாக்குகிறோம், உலரவைக்கிறோம், நீரைக் கொதிக்க வைக்கிறோம், உறைய வைக்கிறோம், அதில் நீந்துகிறோம்.

முற்றுப்பெறாத புதிர்

வெவ்வேறு தட்பவெப்ப நிலையையும் அழுத்தத்தையும் கொண்டிருக்கும் நீரின் வெவ்வேறு பரப்புகளைத் தேடி பயணம் செய்ய வைக்கும் இயற்கைச் சூழலைக் கொண்ட உலகத்தில் நாம் வாழ்கிறோம். வேறுபட்ட அந்தத் தட்பவெப்பநிலைகளில் நீர் வெகு லாவகமாகத் திடப்பொருளாகவும் திரவமாகவும் வாயுவாகவும் மாறுகிறது (சில சமயங்களில் ஒரே நேரத்தில் மூன்று நிலைகளையும் அடைகிறது).

நீரை ஆராய ஆராய, அது மென்மேலும் புதிரானதாகத்தான் தோன்றுகிறது. நாம் அதிலிருந்து உருவானவர்கள் என்பதால், அதை நாம் ஆராய்ந்துகொண்டிருக்கிறோம். நாம் எதனால் உருவாகியிருக்கிறோமோ, அது இப்படிப்பட்ட ஒரு புதிராக இருக்கிறது என்பதே, ஒருவேளை நமக்கு வியப்பு ஏற்படக் காரணமாக இருக்கலாம்.

மாணவன் கண்டுபிடித்த விளைவு

நீரைப் பற்றிய பல விஷயங்கள் உங்களுக்கு விநோதமாகத் தோன்றினால், கீழே வரும் விஷயத்தைப் பற்றி என்ன நினைப்பீர்கள்?: குளிர்ந்த நீரைவிட வெந்நீர் விரைவாக உறைந்துவிடும். இந்த விசித்திர இயல்புக்கு பெம்பா விளைவு என்று பெயர் (Mpemba effect).

தான்சானியாவைச் சேர்ந்த மேல்நிலைப் பள்ளி மாணவன் எராஸ்டோ பி பெம்பா, 1963-ல் வகுப்பறைப் பரிசோதனையின்போது கண்டுபிடித்ததால்தான், அந்த விளைவுக்கு இந்தப் பெயர். சூடான ஐஸ்கிரீம், ஜில்லென்ற ஐஸ்கிரீமைவிட வேகமாக உறைந்துபோனதை அவன் கண்டுபிடித்தான். அவனது ஆசிரியர் அதை நம்பாமல், அவனைக் கேலி செய்திருக்கிறார்.

ஆனால், நீரின் விசித்திரமான இந்த இயல்பைக் கண்டுகொண்டவர்கள் பெம்பாவுக்கு முன்னரே இருந்திருக்கிறார்கள்; அரிஸ்டாட்டில், ஃபிரான்சிஸ் பேகன், ரெனே தெகார்தே போன்றோரும் இதைப் பற்றி எழுதியிருக்கிறார்கள்.

(அலோக் ஜா, ஐ.டிவி நியூஸின் அறிவியல் செய்தித்தொடர்பாளர், நீரைப் பற்றி ‘தி வாட்டர் புக்’ என்றொரு புத்தகத்தை எழுதியிருக்கிறார்.)

© ‘தி கார்டியன்’, தமிழில்: ஆசை