האתר עוסק בשאלות של אמונה מול כפירה, ומיועד לעוסקים בנושא.
למדיניות האתר לחץ כאן

Kal-sites – בניית אתרים
רוצה לדעת כמה עולה לבנות אתר ? לחץ כאן

נושאים באתר

המים – פלא הנדסי

צוות האתר

צוות האתר

image_printלחץ לגירסת הדפסה

מאמרו של הרב אליעזר אייזיקוביץ, מתוך סדרת העיקרון האנטרופי:

 

פרולוג – הנוזל המתוחכם

מים הם חומר מעורר פליאה.

בתור נוזל המים נקווים על כדור ארץ בשלל צורות – מאוקיינוסים אדירים ועד אגמים קטנים ושלוליות זעירות. בהיותם בתנועה המים עשויים ליצור מפלים אדירים או לזרום בנחת על פני המישורים. הרוח הנושבת על פניהם של גופי מים גדולים מחוללת בהם גלים גדולים וקטנים – מהנחשולים האדירים של חופי הוואי ועד לאדוות העדינות של בריכת גן. טיפות זעירות של מים יוצרות את העננים. טיפות גדולות מעט יותר נופלות מהשמים בצורת גשם.

בתור מוצק המים הופכים לפתיתי שלג ואלה יוצרים את שכבות הקרח הגדולות של אזורי הקוטב ואת הקרחונים שבמרומי ההרים. באזורים הסמוכים לקטבים המים אחראים כמעט לכל הנוף שתראו: כיפות קרח שעל הקטבים עצמם; הקרחונים הצפים על פני גלים אפורים שאינם יודעים מנוח; הרסס הנישא מהגלים על ידי הרוח וקופא מיד לגושישי קרח דוקרניים החורצים את מדפי הקרח הסמוכים.

בתור גז המים מהווים חלק חשוב ממעטפת האוויר המקיפה את כדור הארץ, ורכיב קריטי במנגנון וויסות החום של כדור הארץ כולו.  ולכל אחד מאינסוף המופעים של המים יש פונקציה במערך הכולל של כדור הארץ והחיים.

גם הקולות שמשמיעים המים מגוונים להפליא. יש את ההלמות הקצביות של גלים המכים בחוף, את השאגה המחרישה של מפל אדיר, את קולות הפכפוך שמשמיע מעיין הררי קטן, את הטפטוף העדין של גשם קייצי, את נקישת הברד על גג מתכת, את הפיצוצים והחריקות של קרחונים מתקדמים, את הרעם של מפולת שלגים.

שום חומר אינו אחראי לכל הרבה מהדרמה, היופי והקסם של עולמנו כמו המים. אבל היופי של המים אינו צריך להסתיר מאיתנו את העובדה שהמים גם מתוחכמים להפליא. במבט מקרוב מולקולת המים מתגלה כמכונה זעירה המהונדסת באופן עילאי כדי לשרת את צורכי החיים. תוצאותיה של מכונה ננסית זו הן לא פחות מדרמטיות.

תמונה 1. שלושת מצבי צבירה בהם מתקיימים המים בכדור הארץ

 

פרק א’

להציל את פלנטה X

כדי להבין עד כמה המים מופלאים בואו נחשוב לרגע על כוכב לכת דמיוני בשם פלנטה X.

פלנטה X זהה לחלוטין לכדור הארץ מבחינת גודל, מסה, מרחק מהשמש, וכמעט כל יתר הפרטים. על פני השטח של פלנטה X יש שקעים עמוקים מלאים בנוזל, נכנה אותם “אוקיאנוסים”. יש גם בליטות רחבות עשויות סלע מוצק, נכנה אותן “יבשות”. למרות הדמיון הכללי יש הבדל אחד גדול בין הכוכב עליו אנחנו חיים לבין פלנטה X : היבשות של פלנטה X הן מקום מת לחלוטין, נטול חיים.

יש לכך כמה סיבות.

ראשית, חיים זקוקים לנוזל ולנוזל הממלא את ה”אוקיאנוסים” של פלנטה X אין כל דרך לעלות ל”יבשה” הגבוהה מהם. אצלינו בכדור הארץ שלנו, כדי להעלות מים מותפלים מהשפלה אל ירושלים יש צורך בתחנות שאיבה ענקיות הדוחפות את המים אל מרומי ההר נגד כיוון הפעולה של כוח המשיכה. על פלנטה X אין תחנות שאיבה, בטח שלא בכמות הנחוצה להשקות יבשת שלמה. מכאן שהיבשות של פלנטה X צחיחות לחלוטין.

בעיה נוספת היא שגם באותם מקרים נדירים שהנוזלים באוקיאנוס איכשהו ניתזים על היבשה (אולי מפגיעת אסטרואיד באוקיאנוס?) אין להם סיבה להישאר שם. הנוזלים גולשים על פני הסלע האטום ושבים במהירות לאוקיאנוס ממנו באו. אפילו מעט הלחות שנדבקת לסלע נעלמת חיש מהר תחת קרני השמש הקופחת.

ויש בעיה נוספת, מורכבת יותר.

כדי להתקיים זקוק יצור חי לכעשרים סוגי מינרלים שונים המגיעים לגופו באמצעות הנוזל. הסלע המרכיב את ה”יבשה” של פלנטה X מכיל אומנם את כל המינרלים הנחוצים, אבל אין להם דרך להגיע אל ה”אוקיאנוס”. הנוזל של פלנטה X הוא אפוא צלול ונקי לחלוטין, יותר מדי נקי. כתוצאה מכך ה”אוקיאנוס” של פלנטה X צחיח לא פחות מהיבשה.

 

בעתיד הרחוק צוות מדענים נשלחים לפלנטה X בניסיון לבצע בו הַאֲרָצָה (Terraforming – הפיכת תנאי הסביבה בפלנטות אחרות לכאלה הדומים לתנאים בכדור הארץ). הם מצוידים באמצעי היי-טק משוכללים וביכולות הנדסיות סופר-מתקדמות. מטרתם להפוך את פלנטה X למקום המסוגל לשאת חיים (אולי כתחליף לכדור הארץ שהתכסה בנחילי ננובוטים שיצאו מכלל שליטה).

כבר בשלב מוקדם מזהים המדענים את הבעיה בנוזל הממלא את האוקיאנוס של פלנטה X. הם מבינים כי המשימה הראשונה שלהם היא להנדס נוזל חלופי שיפתור את בעיית הצחיחות שלו. הואיל ומדובר באנשי מדע הם מעניקים לפרויקט שלהם את הכינוי נטול ההשראה: “מערכת ייחודית מתקדמת”, או בקיצור – מי”ם.

תחילה הם מכינים את רשימת הדרישות שנוזל המי”ם יצטרך לעמוד בהם:

  • להיות מסוגל לנוע איכשהו נגד כיוון המשיכה ולעלות מהאוקיאנוס הנמוך ליבשה הגבוהה.
  • להתעכב איכשהו מספיק זמן על היבשה כדי שיוכל להביא תועלת למערכות חיים.
  • לספוג איכשהו את המינרלים שמערכות חיים זקוקות להם.
  • לבצע את כל הנ”ל באופן אוטומטי לחלוטין, ללא מעורבות של טכנולוגיה חיצונית. איכשהו כל התכונות הללו צריכות להיות מובנות בתוך הנוזל.

 

 

פרק ב’

המשאבה החזקה בפלנטה

המשאבה החזקה בתבל נקראת Pentair Fairbanks Nijhuis HP1-4000.340. שתי משאבות כאלה מותקנות בתחנת השאיבה ב- Ijmuiden, סמוך לתעלת הים הצפוני בהולנד. הן נועדו לסייע במניעת הצפה בחלקה המערבי של הולנד, מדינה שכידוע שוכנת מתחת למפלס גובה פני הים.

המשאבה, בעלת עוצמה של 5,634 כוחות סוס, מסוגלת לשאוב 60,000 ליטר בשניה. כמה זה חזק? ובכן, לו היה מחליטים להפוך את ה”אמפייר סטייט בילדינג” לבריכת שחיה (ממש עמוקה), למשאבה הזאת היה לוקח קצת פחות מחמש שעות כדי למלא את כל חלל הבניין במים. המשאבה מסוגלת למלא בריכת שחיה אולימפית בתוך 41.6 שניות. כדי למלא את ים כנרת תזדקק המשאבה הזאת לשנתיים ימים.

כדי להשקות את פלנטה X אפשר להיעזר במשאבת HP1-4000.340, אבל ספק אם אפילו כמה מאות משאבות כאלה יצליחו להעביר את כמות הנוזל הנדרשות מהאוקיאנוס ליבשה, מה עוד שכדי להפעיל אותן יצטרכו לבנות מאות תחנות כוח. ועוד לא דיברנו על בלאי ותחזוקה.

במקום זאת בנו המדענים מערכת אלגנטית הרבה יותר, כזאת שלא רק מופעלת על ידי אנרגיה סולארית אלא אין בה בכלל חלקים זזים כך שאין לה בלאי והיא לעולם אינה זקוקה לתיקונים. למערכת  הזאת הם העניקו את הכינוי הבנאלי “מחזור המי”ם” (כבר דיברנו מקודם על כך שמדענים גדולים אינם בהכרח קופירייטרים מוצלחים).

זה עובד כך:

תחילה, אנרגיית השמש הופכת את הנוזל לגז; הגז מתרומם באוויר עד שהוא מגיע לשכבות הגבוהות של האטמוספירה שם הוא מצטנן והופך לטיפות נוזל זעירות (“עננים”); תנועות אוויר (“רוח”) דוחפות את הטיפות אל מעל ליבשה; עם התקררות האוויר הטיפות נופלות אל היבשה (“גשם”); לחילופין טיפות המים נופלות בצורת מוצק (“שלג”). באזורי יבשה גבוהים (או בקווי רוחב גבוהים) פתיתי השלג מתלכדים למוצק (“קרח”) שמפשיר רק באיטיות, מה שמבטיח אספקה שופעת של נוזל בכל ימות השנה ולא רק בעונת הגשמים. כל זה קורה בכוחה של אנרגיה סולארית בלבד, ללא צורך במיליוני משאבות ענקיות. גאוני ממש.

תנאי הכרחי לפעולת המערכת הוא שנוזל המי”ם יוכל להתקיים בשלושה מצבי הצבירה – גז, נוזל, ומוצק – בטווח הטמפרטורות המצומצם השורר בפלנטה X. הדבר אינו פשוט ואינו מובן מאליו. אחת התכונות המאפיינות חומרים היא המשקל המולקולרי שלו[1]. תחשבו על כך כמו משקל של מזוודה. ככל שהמזוודה שוקלת יותר כך קשה יותר להרים אותה או להזיז אותה ממקומה. מזוודה ששוקלת פחות קל יותר להרים וקשה לה יותר להישאר במקום. בלון הליום שוקל כה מעט שדי ברגע אחד של היסח דעת כדי שיעלם לנו לצמיתות.

בדרך כלל תרכובות בעלות משקל מולקולרי נמוך נוטות להתנדף בקלות. כדי להחזיק אותן במצב נוזל, ועוד יותר מכך במצב מוצק, צריך לקרר אותן לטמפרטורות נמוכות מאוד. אלא שאם נקרר את פלנטה X עד לטמפרטורות נמוכות, הדבר יאט את קצב התגובות הכימיות מתחת לרף הנחוץ לקיום חיים.

כדי להמחיש את הבעיה ניקח את התרכובת אמוניה שמשקלה המולקולרי הוא 17. המדענים יכולים למלא את האוקיאנוס של פלנטה X באמוניה (יש להניח שהם יעדיפו קודם לסתום את האף). אבל כדי שהאמוניה תישאר במצב נוזלי ולא תתנדף הם יצטרכו לקרר את פלנטה X ל-33 מעלות מינוס. כדי להפוך את האמוניה למוצק יהיה עליהם לקרר אותה עוד יותר לטמפרטורה של 78 מעלות מינוס. בטמפרטורות כאלה ספק אם אפילו איש השלג הנורא ירצה לחיות בפלנטה X.

בשביל חיים זקוקה פלנטה X לטמפרטורה ממוצעת של סביבות 15 מעלות, עם סטיה של כ-25 מעלות לכל צד. במושגים קוסמיים זהו טווח צר מאוד. רוב גרמי השמיים ממוקמים הרבה מעליו או מתחתיו. פלנטה X זכתה לטמפרטורה נדירה כזאת רק משום שהיא ממוקמת בדיוק במרחק הנכון מהשמש שלה. המשימה הניצבת בפני מהנדסי פרויקט מי”ם הוא להמציא נוזל שמסוגל להימצא בכל שלושת מצבי הצבירה בתוך חלון הטמפרטורות הצר הזה.

אבל החבר’ה שלנו גאונים והם עומדים במשימה.

הנוזל שהם מפתחים, מי”ם, הוא בעל משקל מולקולרי 18 – רק מספר אחד מעל אמוניה! – ובכל זאת תכונותיו שונות ממנה לחלוטין. הוא מסוגל להיות נוזל בטמפרטורה של מאה מעלות ומטה, ונעשה מוצק באפס מעלות בלבד.[2] למעשה זהו החומר היחיד שמסוגל להתקיים בכל שלוש מצבי הצבירה בטמפרטורה המתאימה לחיים. התכונה הייחודית הזו מאפשרת את מערכת מחזור המי”ם. מיליוני מטרים מעוקבים של נוזל יכולים עתה לנוע נגד כיוון המשיכה אל היבשה, וכל זאת בכוח השמש בלבד.

עד כמה המערכת הזאת יעילה? ובכן, בכל יום היא שואבת 875 ק”מ מעוקבים של מים ומעלה אותם אל על. עם קצב שאיבה של סביבות מאה מיליון ליטרים לשניה המשאבה הסולארית הזאת יכולה למלא את האמפייר סטייט בילדינג בתוך 10 שניות ואת ים כינרת בפחות מ-11 שעות.

 

תמונה 2. ימין: למשאבת Pentair Fairbanks Nijhuis לוקח קרוב לדקה שלימה בשביל למלא בריכת שחיה אולימפית. שמאל: משאבה עוצמתית באמת

 

 

 פרק ב’

מכונת החציבה היעילה בתבל

בעיית שאיבת הנוזל נפתרה. אבל לפני שהצוות המדעי שלנו יוכל לזכות בפרס נובל ולפרוש לחיי בטלה מתוקים בכינוסים אקדמיים אי שם ביעדים אקזוטיים עליו לפתור שתי בעיות נוספות: כיצד להחזיק את המים על פני היבשה, וכיצד להחדיר מינרלים מאפשרי-חיים אל תוך המים.

כיוון שמדובר בצוות של גאונים הם הוגים פתרון מקורי הגורם לכך ששתי הבעיות יפתרו זו את זו: על מנת להחזיק נוזל על היבשה צריך לכרות מערכת מסועפת של תעלות זרימה ובריכות אגירה בגדלים שונים. את המינרלים הנחצבים במהלך מפעל הכריה הזה ניתן למהול לתוך הנוזל באופן שהם יכילו את כל החומרים הנחוצים לקיום חיים.

הבעיה היא שכריה וחציבה בהיקף גדול הן פעולות המצריכות מכונות ענקיות ואלה זקוקות להמון אנרגיה.

מכונת הכריה הגדולה בתבל, המכונה “באגר 293”, היא אכן בעלת ממדים עצומים. היא מתנשאת לגובה 96 מטרים (כמו בנין בן 35 קומות!), אורכה 225 מטרים, היא שוקלת 14 אלף טון, ודרושים חמשה בני אדם להפעיל אותה. היא מונעת באמצעות מקור כוח חיצוני המספק לה 16.5 מגוואט חשמל. יש לה להב חיתוך מפלצתי בקוטר 21.3 מטרים. היא מסוגלת להזיז 218,880 טונות אדמה ליום.

כדי לבצע את מפעל הכריה העצום שהיבשות של פלנטה X זקוקות לו המדענים יצטרכו להנחית עליו כמה מאות מכונות בסגנון “באגר 293”, ואלה יצטרכו לעבוד אלפי שנים עד להשלמת הפרויקט. לא רק שהפתרון הזה אינו אלגנטי, הוא גם אינו יעיל. כדי לספק כוח לאלפי המכונות הללו יצטרכו תחילה לבנות מאות תחנות כוח (גרעיניות?) הפזורות בכל היבשות, ולפרוס תשתית אספקת חשמל על פני מאות אלפי ק”מ. גם אם יפעלו מכונות החפירה באופן אוטונומי ותוכנת AI תפקח מלמעלה על המערכת כולה, מדובר בפרויקט מסורבל במידה שספק אם הוא בר ביצוע.

מדעני פלנטת X פונים אפוא לאפיק שונה לגמרי.

במקום מכונות כריה ענקיות הם מהנדסים את נוזל המי”מ עצמו באופן שכל טיפה שלו הופכת למכונת כריה מיניאטורית המופעלת באנרגיה סולארית. האלגנטיות של הפתרון ניכרת בעליל: במקום מכונות חציבה ענקיות וזוללות אנרגיה, פעולת החציבה והכריה הנחוצות לפלנטה X יתבצעו באמצעות אותו נוזל שבלאו הכי נחוץ לקיום החיים על פניו. מכה אחת – שני ציפורים.

בשביל להבין איך זה קורה צריך להכיר עוד שורה של תכונות של נוזל המי”מ, שכולן מתוזמנות כדי להגדיל את כושר השחיקה הכימי והמכני שלו.

כמו בכל פרויקט הנדסי בהיקף גדול גם פעולת הכריה של המים מתנהלת במקביל בכמה מישורים: (1) המישור הגס והגולמי של פעולות גדולות; (2) מישור של פעולות כתישה וריסוק בינוניות; (3) ומישור של פעולות עדינות ברמה הקטנה והמיקרוסקופית.

פני הסלע אינן חלקות לחלוטין שכן ההתפשטות וההתכווצות שלו בתגובה לחום וקור יוצרים בו סדקים מיקרוסקופים. אלה מסמנים את המסלולים הראשונים בהם יזרמו המים ומגדילים את פני השטח החשופים לפעולת השחיקה של המים.

נבחן תחילה את כושר השחיקה הכימי של המים שמטבע הדברים פועל במישור המיקרוסקופי:

  • מולקולת המים היא קוטבית, מה שעושה אותה לסוג של מגנט זעיר[3]. כאשר טיפת מים פוגשת מינרל היא מושכת את האטומים שלו באלפי זרועות זערוריות שמושכות ומפוררות אותו. זו הסיבה שמים הם מסס מעולה – חומרים רבים מתמוססים בו בקלות.
  • מים סופגים גז דו תחמוצת הפחמן והופכים בעקבות כך לחומצה פחמתית המאיצה פירוק מינרלים, בפרט אבן גיר.

כעת נעבור לגורמים המשפיעים על כושר השחיקה המכני של המים.

התכונה הראשונה שיש להנדס היא דרגת הצמיגות. צמיגות מתארת את רמת הנוזליות של חומר – באיזה קלות ומהירות הוא זורם. יש חומרים כמו חנקן נוזלי שהם בעלי רמת צמיגות אפסית. אחרים, כמו שמן או דבש, הם בעלי צמיגות גבוהה. רמת הצמיגות של סלע היא כה גבוהה שאנחנו נוטים להתייחס אליו כמוצק, למרות שתחת נסיבות קיצוניות גם הוא מסוגל לנזול[4].

הצמיגות משפיעה על כושר השחיקה הכימי של נוזל שכן ככל שנוזל פחות צמיג כך הוא זורם מהר יותר, מה שמשאיר לו פחות זמן להשפיע כימית על הסלע שמעליו הוא זורם. הצמיגות משפיעה גם על כושר השחיקה המכני של הנוזל וזאת משתי סיבות. (א) ככל שנוזל פחות צמיג כך יש לו פחות יכולת לסחוף ולשאת חלקיקי חומר מיקרוסקופיים היוצרים חיכוך עם הסלע שעליו הוא זורם. (ב) ככל שמהירות הנזילה גוברת כך עלה כמות האנרגיה הקינטית (אנרגיית תנועה) של החלקיקים שהוא נושא גבוהה יותר וממילא יכולת השחיקה שלהם גוברת.

לו האוקיאנוס של פלנטה X היה מלא בחנקן נוזלי יכולת השחיקה שלו הייתה דלה[5]. החנקן היה נוזל במדרון במהירות רבה ולא היה לו זמן רב להשפיע כימית על הסלע. בנוסף, היכולת שלו לשאת חלקיקים מיקרוסקופיים הייתה מועטת. וכל זה עוד לפני שהזכרנו את העובדה שלחנקן נוזלי פשוט אין את יכולת ההמסה הכימית המעולה שיש למים והוא גם לא יוצר חומצה פחמתית.

מאידך, לו היינו ממלאים את האוקיינוס של פלנטה X בשמן קנולה, מסתבר שהוא היה נשאר זמן רב על הסלע, דבר שהיה ממקסם את יכולת ההשפעה הכימית שלו. אבל האנרגיה הקינטית שלו הייתה נמוכה וכך גם יכולת השחיקה.

איטיות הזרימה יוצרת בעיה נוספת: חלק ניכר מהנוזל לא היה מספיק לחזור לאוקיאנוס עד להגעת החורף. הוא היה קופא על היבשה ובגלל צמיגותו היה מפשיר הרבה יותר לאט בקיץ, מה שאומר שחלק גדול ממנו לא היה מספיק להפשיר עד לחורף הבא. בתוך כמה שנים אזורים גדולים של פלנטה X היו מתכסים בשכבות אדירות של נוזל קפוא בעוד השטח הנותר ביבשות היה צחיח לחלוטין.

כדי למנוע את כל הבעיות הללו נוזל המ”ימ מהונדס באופן אופטימלי. רמת הצמיגות של המים היא כזאת הגורמת להם לזרום במהירות הנדרשת – לא מהר מדי וגם לא לאט מדי. הזרימה איטית דיה כדי למקסם את ההשפעה הכימית של המים על הסלע, אך מהירה ודחוסה דיה כדי לסחוף גרגרי אבן מיקרוסקופיים ולהעניק להם מספיק אנרגיה קינטית שמגבירה את יכולת השחיקה שלו.

כך הופכים המים לסוג של “נייר שיוף נוזלי” המסוגל לפרק סלעים ולהמס אבנים ביעילות מדהימה.

 

 

פרק ג’

קרחון דחפור

 עכשיו אנחנו מגיעים לתכונות המים המועילות לכושר השחיקה הבינוני שלו, זה שמפורר סלעים והופך אותם לחלוקי אבן.

בגלל תכונת ה”מגנטיות” שלהן טיפות מים זעירות נשאבות אל תוך חרכים וסדקים מיקרוסקופיים בסלע. טיפול אלה גוררות אחריהן טיפות נוספות. למים יש תכונה ייחודית שבעת שהם קופאים, במקום להתכווץ הם מתפשטים בשיעור של 10 אחוז[6]. כאשר המים בתוך סדקי הסלע קופאים ומתרחבים הם מפעילים לחץ פנימי שמרחיב את הסדקים ומפצח את הסלע.

מעבר לכל התהליכים הללו יש את ה-D9 של עולם המים – תהליך שחיקת קרחונים שמסוגל לרסק הרים שלמים, להפוך אותם לסלעים, ובכך מכשיר את הקרקע לשיטות שחיקה עדינות יותר.

שחיקת קרחונים נוצרת כאשר שכבות קרח נערמות בגושים אדירים המגיעים לגובה מאות מטרים ולמשקל של מיליארדי טונות. גם כאן שילוב תכונות יחודיות הקרח מאפשר את התנהגותו השימושית של הקרחון.

לקרח יש רמת צמיגות נמוכה מאוד ביחס למוצקים גבישיים אחרים. בעוד צמיגות הסלעים בקרום כדור הארץ היא בסביבות 10 בחזקת 21-24, צמיגות הקרח בקרחונים היא רק בסביבות עשר בחזקת 11, היינו כעשרה סדרי גודל פחות.

לו צמיגות הקרח הייתה דומה יותר לצמיגות הסלע, כל המים בכדור הארץ היו ננעלים בכיפות קרח אדירות בקטבים וברום ההרים. במקרה כזה לא רק שהיו מעט מאוד מים נוזליים בכדור הארץ,  אלא הקרח גם לא מסוגל היה למלא תפקיד מפתח בשחיקת סלעים. כי בשביל לשחוק סלע על הקרח להיות נייד, לפחות במידה מסוימת.

תנועת הקרחונים הייתה בכל מקרה איטית מאוד אלמלא משקל הקרח מנמיך את צמיגותו והופך קרח שעומקו מעל חמישים מטרים ממוצק נוקשה למשהו שמתנהג יותר כמו נוזל צמיג – מצב שמאפשר לו זרימה פלסטית.

בנוסף, בנקודת המגע שבין תחתית הקרחון לבין פני הקרקע נוצרת שכבת מים נוזלית הפועלת כחומר סיכה המייעל את תהליך הגלישה של הקרחון (תהליך זהה יוצר שכבת מים בין המחליקיים לבין הקרח ומאפשר לחובבי החלקה לגלוש על זירת קרח)[7].

 

השילוב של כל הגורמים הללו הופך הקרחון מגוש פאסיבי למכשיר חציבה אקטיבי. הקרחון גולש לאט ובהתמדה ומשקלו המאסיבי הוא פועל כמו בולדוזר ענקי המרסק כל מה שעומד בדרכו: הרים, צוקים, גבעות. הקרחון גם לוכד בתוכו גושי סלע וחומרים אחרים המגבירים את רמת החיכוך וכושר השחיקה שלו.

האלגנטיות של הפתרון מתבטאת בכך שלאחר שהקרחונים מסיימים את עבודתם הם נעלמים מהשטח: הקרחון מפשיר; המים שבו זורמים לדרכם; ואילו התעלות האדירות שהוא חצב נותרות על מקומן ויוצרות אפיק לנהר עתידי.

כושר השחיקה של המים מורכב אפוא משלושה תהליכים המתרחשים במקביל: הקרחונים מרסקים הרים; שחיקה מכנית מפוררת סלעים; ושחיקה כימית הממיסה אבנים והופכת אותם לגרגרי חול.

על מידת היעילות של מערכת החציבה הזאת נוכל להתרשם מכך שמפלי הניאגרה נסוגו מרחק של עשרה ק”מ במהלך 12,000 שנה האחרונים. לורנס ג’וזף הנדרסון מציין כי כמות המינרלים הנישאים בידי הנהרות אל הים, עומד על סדר גודל של חמש מיליארד טונות של חומר מינרלי בשנה, שהם כ-14 מיליון טון ליום. לא רע בשביל מכונת חפירה שאפשר להחזיק בקצה האצבע והיא לא זקוקה אפילו למנוע!

 

אפילוג – כוסית לחיים

אנחנו חוזרים כעת לחללית העוגנת עדיין אי שם בחלל מחוץ לפלנטה X. מסיבה חגיגית מתקיימת בתוכה.

אפשר להבין את שמחת המדענים. שלושת הבעיות ההנדסיות שמנעו מכוכב הלכת המבטיח להיות מקום נושא חיים, באו על פתרונן: נמצאה הדרך להעלות כמויות דמיוניות של נוזל מהאוקיאנוס ליבשה; נמצאה הדרך לחצוב בתוך הסלע הנוקשה של היבשה מערכת מסועפת של תעלות השקיה ובריכות אגירה; ובתוך כך נמצאה גם הדרך לשחוק את המינרלים מהסלעים ולמהול אותם במים, מה שיתגלה כדבר חיוני עבור צורות החיים שעתידות לאכלס את הפלנטה.

כל זה הושג ללא צורך במכונות מסורבלות ובלי שום מקור כוח חיצוני מלבד אנרגיה סולארית.  הכל בזכות ההינדוס הגאוני של תכונות המים – הנוזל החכם ביותר בפלנטה X.

לא פלא שבמקום לפתוח בקבוקי שמפניה, המדענים מוזגים לעצמם כוסית מים. מדובר אומנם בנוזל חכם היפר-טכנולוגי שבבנייתו הושקעו אינספור שעות מחשבה, אבל ברגעי אושר שכאלה מותר להם לבזבז קצת ממנו גם לצרכים טריוויאליים כמו השקת כוסית לחיים.

 

 

תכונות אנתרופיות הקשורות למחזור המים ולשחיקת סלעים:

  1. החומר היחיד המסוגל להתקיים בטמפרטורת כדור הארץ בכל שלוש מצבי צבירה.
  2. רמת קוטביות גבוהה.
  3. סופגים דו תחמוצת פחמן ויוצרים חומצה פחממתית.
  4. רמת צמיגות מיטבית.
  5. חדירת מים לסלעים באמצעות מתח פנים גבוה (בזכות קשרי מימן).
  6. התרחבות בעת קפיאה.
  7. התנהגות הקרח תחת לחץ מנמיכה את רמת הצמיגות.
  8. שכבת מים בתחתית הקרחון מאפשרת גלישה.

 

הערות:

[1] משקל מולקולרי הוא מדד למשקל הכולל של אטומים המרכיבים מולקולה של תרכובת מסוימת.

[2] כדי להעריך עד כמה התנהגות המים חריגה שימו לב למשקלים המולקולריים של חומרים בעלי משקל דומה למים ואף גבוהים ממנו: דו תחמוצת הפחמן (44); חמצן (32); פחמן חד חמצני (28); חנקן (28); מתאן (16). המשותף לחומרים הללו שבטמפרטורת החדר כולם נמצאים במצב גזי, דבר צפוי בהתחשב בכך שמשקלם המולקולרי נמוך ולכן הם מתנדפים בקלות.

 

[3] תכונת הקוטביות של המים נובעת מתופעה הקרויה “קשרי מימן” והיא האחראית לכך שהמים מתנהגים באופן “דביקי”. כל מולקולת מים גוררת את חברתה. הדביקיות של המים היא הגורם למתח הפנים הגבוה של המים המאפשר לו להיות גבוה יותר מהכלי בו הוא מוחזק. רק לכספית יש מתח פנים גבוה יותר משל מים.

[4] טווח הצמיגות של חומרים שונים הוא רחב מאוד. צמיגותו של חנקן נמוכה מאוד: 0.0000167 פסקל-שניות (פסקל-שניה הוא יחידת מדידה מקובלת לצמיגות). צמיגות המים היא 0.001; צמיגות שמן קנולה היא 0.033; שמן מנוע 0.2; זפת 30,000; סלעים – בין 10 בחזקת 21 ל-10 בחזקת 24.

[5] זאת מלבד העובדה שפלנטה בה חנקן מסוגל להתקיים במצב נוזלי אינה מסוגלת לשאת לחיים, כפי שהוסבר לעיל.

[6] התרחבות המים בעת קפיאה היא תכונה אנומלית וכמעט ייחודית של המים. קיים רק חומר אחד בעל תכונה דומה: המתכת גליום המתרחבת בעת שהיא קופאת בטמפרטורה של 26 מעלות. אבל גליום אינו מסוגל להימצא בשלושה מצבי צבירה בטווח הטמפרטורות של כדור הארץ ולכן אינו יכול למלא את מגוון התפקידים העצום של המים. 

[7] האפקט נגרם בגלל שמבנה הקרח הוא יציב-למחצה והוא מתקיים רק עד לטמפרטורה של עשרים מעלות מינוס. מתחת לטמפרטורה הקרח נוקשה מדי והחיכוך הגבוה מונע את פעולת המחליקיים.

 

 

5 2 votes
Article Rating

שתף מאמר זה

שיתוף ב facebook
שיתוף ב twitter
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב pinterest
שיתוף ב print
שיתוף ב email

תגובות ישירות

Subscribe
Notify of
guest
2 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
מרים
מרים
6 days ago

מדהים !

קוקה קולה
קוקה קולה
26 days ago

ואנחנו מתלהבים שהמציאו קולה בלי סוכר…

2
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x