Yeryüzünün büyük bölümü sularla kaplıdır.
Okyanuslar ve denizler Dünya yüzeyinin toplam dörtte
üçünü meydana getirirler. Öte yandan karalarda da
sayısız göl ve nehir vardır. Yüksek dağların zirvelerini
kaplayan kar ise suyun donmuş halidir. Dünya'daki
suyun önemli bir bölümü de gökyüzündedir; bulutların
her birinde binlerce, bazen milyonlarca ton su bulunur.
Bu suların bir kısmı da zaman zaman damlalar halinde
yere iner, yani yağmur olur. Şu an solumakta olduğunuz
havanın da içinde, mutlaka belirli miktarda su buharı
vardır. Kısacası "yeryüzünün
neresine bakarsak orada su görürüz" diyebiliriz.
Ancak bundan daha da ileri gidebilir ve "şu anda
içinde oturduğunuz odanın bile içinde, yaklaşık
40-50 litrelik bir su kütlesi vardır" da diyebiliriz.
Acaba bu su kütlesini görebiliyor musunuz? Biraz
dikkat edin, göreceksiniz. Gözünüzü bu satırlardan
ayırıp, ellerinize, kollarınıza, bacaklarınıza,
gövdenize bakmanız yeterli olacaktır. Çünkü bu
40-50 litrelik su kütlesi sizsiniz!
Bu su kütlesi sizsiniz, çünkü insan
bedeninin yaklaşık % 70'i sudan oluşur. Hücrelerinizin
içinde başka her şeyden daha çok su vardır. Bedeninizin
her tarafında dolaşan kanın yine çok büyük bölümü
sudur. Sırf siz ve diğer insanlar değil, tüm canlıların
bedenlerinin büyük bölümü sudan oluşur. Susuz
bir hayatın var olabilmesi mümkün gözükmemektedir.
Su, hayatın temeli olması için
özel olarak tasarlanmış, her türlü fiziksel ve
kimyasal özelliği ile özellikle hayat için yaratılmış
bir maddedir.
Suyun Uygunluğu
Ünlü biyokimyacı A. E. Needham, The Uniqueness
of Biological Materials (Biyolojik Materyallerin
Özgünlüğü) adlı kitabında, yaşamın oluşması için
mutlaka sıvı maddelerin varlığının zorunlu olduğunu
anlatır. Eğer evrenin kanunları sadece maddenin
katı ve gaz haline izin vermiş olsa, hayat hiçbir
zaman var olamayacaktır. Çünkü katı maddelerde
atomlar birbirleri ile çok içiçe ve durgundurlar
ve canlı organizmaların gerçekleştirmek zorunda
oldukları dinamik moleküler işlemlere kesinlikle
izin vermezler. Gazlarda ise atomlar hiçbir istikrar
göstermeden serbestçe uçuşurlar ve böyle bir yapı
içinde canlı organizmaların karmaşık mekenizmalarının
işlemesi mümkün değildir.
Kısacası, hayat için gerekli işlemlerin
gerçekleştirilmesi için, sıvı bir ortamın varlığı
zorunludur. Sıvıların en ideali-daha doğrusu tek
ideal olanı-ise sudur.
Suyun hayat için olağanüstü derecede
uygun özelliklere sahip olduğu, eskiden beridir
bilimadamlarının dikkatini çekmiştir. Bu konudaki
ilk detaylı çalışma ise, İngiliz doğabilimci William
Whewell'in 1832 yılında yayınlanan Astronomy and
General Physics Considered with Reference to Natural
Theology (Doğal Teoloji Işığında Astronomi ve
Genel Fizik) adlı kitabı oldu. Whewell suyun özellikle
termal (ısıyla ilgili) özelliklerini inceledi
ve suyun genel doğa kanunlarına aykırı gibi duran
bazı termal özelliklerinin, bu maddenin yaşam
için özel yaratıldığına delil sayılması gerektiğini
anlattı.
Suyun yaşam için uygunluğu hakkındaki
en kapsamlı yorumlar ise, Whewell'in kitabından
yaklaşık bir asır sonra, Harvard Üniversitesi
biyolojik kimya bölümü profesörü Lawrence Henderson'dan
geldi. Henderson, sonradan bazılarınca "20. yüzyılın
ilk çeyreğinin en önemli bilimsel eseri" sayılacak
olan The Fitness of the Environment (Çevrenin
Uygunluğu) adlı kitabında suya çok büyük yer ayırdı.
Henderson, kitabında Dünya'nın doğal çevresi hakkında
şu sonuca varıyordu:
Çevre, temel özellikleriyle (yani
canlıları oluşturan çeşitli kimyasallar ve fiziko-kimyasal
işlemler ile hidrosferin fiziksel ve kimyasal
özellikleri yönünden) yaşam için olabilecek
en uygun çevredir. (1)
Suyun Olağanüstü Termal Özellikleri
Henderson'ın kitabında üzerinde
durulan konulardan biri, suyun termal (ısıyla
ilgili) özellikleridir. Henderson, suyun termal
özelliklerinin beş ayrı yönden çok ilginç olduğuna
dikkat çeker. Bunlar sırasıyla şöyledir:
1) Bilinen tüm maddeler ısıları
düştükçe büzüşürler. Bilinen tüm sıvılar da
yine ısıları düştükçe büzüşür, hacim kaybederler.
Hacim azalınca yoğunluk artar ve böylece soğuk
olan kısımlar daha ağır hale gelir. Bu yüzden
sıvı maddelerin katı halleri, sıvı hallerine
göre daha ağırdır. Ama su, bilinen tüm sıvıların
aksine, belirli bir ısıya (+ 4°C'ye) düşene
kadar büzüşür, ama sonra birdenbire genleşmeye
başlar. Donduğunda ise daha da genleşir. Bu
nedenle suyun katı hali, sıvı halinden daha
hafiftir. Yani buz, aslında "normal" fizik kurallarına
göre suyun dibine batması gerekirken, su üstünde
yüzer.
2) Buz eridiğinde ya da su buharlaştığında,
etraftan ısı çekilir. Bunun tersi gerçekleştiğinde
ise, dışarıya ısı verilir. Bu "gizli ısı" olarak
bilinen kavramdır.
Gizli ısı, suyun ısısını değiştirmeyen,
ancak sadece onun katıdan sıvıya ya da sıvıdan
gaz haline geçmesini sağlayan ısıdır. Bir buzu
eritmek için ona ısı verdiğinizde, buz 0°C'ye
kadar gelir. Sonra biraz daha ısı verirsiniz,
buzun ısısında hiçbir artış olmaz, hala 0°C'dir.
Ama artık buz değildir, eriyip su olmuştur.
Isıda bir fark olmamasına rağmen, sadece katı
halin sıvıya dönüşmesi için kullanılan bu enerjiye
"gizli ısı" denir.
Tüm sıvıların gizli ısıları vardır.
Ancak suyun gizli ısısı, bilinen tüm sıvıların
en yükseği sayılabilir. Normal ısılarda, sadece
amonyak sudan daha yüksek bir donma gizli ısısına
sahiptir. Buharlaşma gizli ısısında ise hiçbir
sıvı, su ile boy ölçüşemez.
3) Suyun "termal kapasitesi",
yani suyun ısısını bir derece artırmak için
gereken ısı miktarı, bilinen diğer sıvıların
çok büyük bölümünden daha yüksektir.
4) Suyun termal iletkenliği,
yani ısıyı iletebilme yeteneği, bilinen diğer
herhangi bir sıvıdan en az dört kat daha yüksektir.
5) Buzun ve karın termal iletkenlikleri
ise düşüktür.
Teknik birer fiziksel özellik gibi
duran yukarıdaki beş maddenin ne gibi bir öneme
sahip olduğunu merak edebilirsiniz. Bunlar çok
büyük birer öneme sahiptir, çünkü dünya üzerindeki
yaşam ve bizim hayatımız, bu üstteki özelliklerin
tam tamına bu şekilde olması sayesinde mümkündür.
Şimdi sırasıyla bu özelliklerin
etkilerini inceleyelim.
Üstten Donmanın Etkisi
Suyun yukarıdaki birinci maddede
anlatılan özelliği, Dünya üzerindeki denizler
açısından çok önemlidir. Eğer bu özellik olmasa,
yani buz suyun üzerinde yüzmese, Dünya üzerindeki
suyun çok büyük bir bölümü tamamen donacak, göllerde
ve denizlerde hiçbir yaşam kalmayacaktı.
Bu gerçeği biraz detaylı olarak inceleyelim.
Dünya'nın pek çok yerinde soğuk kış günlerinde
ısı 0°C'nin altına düşer. Bu soğuk elbette denizleri
ve gölleri de etkiler. Bu su kütleleri giderek
soğurlar. Soğuyan tabakalar dibe doğru çöker,
daha sıcak kısımlar yüzeye çıkar, ama bunlar da
havanın etkisiyle soğur ve yine dibe doğru çöker.
Ancak bu denge sıcaklık 4°C'ye gelince birden
değişir, bu kez ısının her düşüşünde, su genleşmeye
ve hafiflemeye başlar. Böylece 4°C'lik su en altta
kalır. Daha yukarıda 3°C, onun üstünde 2°C, böylece
devam eder. Suyun yüzeyi ise 0°C'ye vararak donar.
Ama sadece yüzey donmuştur. Yüzeyin altında kalan
4°C'lik bir su tabakası, balıkların ve diğer su
canlılarının yaşamlarını sürdürmeleri için yeterlidir.
(Bu arada suyun yukarıdaki beşinci
maddede değindiğimiz özelliği de çok büyük bir
işlev görmektedir: Bu özellik, buzun ve karın
termal iletkenliklerinin düşük olmasıdır. Yani
buz, havadaki soğuğu, altındaki su tabakasına
çok az iletir. Böylece dışarıdaki hava –50°C'yi
bulsa bile, denizin üstündeki buz tabakası bir-iki
metreyi geçmez. Foklar, penguenler ve diğer kutup
hayvanları, bu sayede denizin üstündeki buzu delip
alttaki suya ulaşabilirler.)
Eğer böyle olmasa ne olurdu? Su
"normal" davransaydı, tüm diğer sıvılar gibi onun
da ısı kaybına paralel olarak yoğunluğu artsaydı,
yani buz suyun dibine batsaydı ne olurdu?
Suyun üstten donma özelliği
sayesinde, Dünya’daki denizler
yüzeyde oluşan buz tabakalarına
rağmen her zaman için sıvı olarak
kalırlar. Eğer su bu “olağanüstü”
özelliğe sahip olmasaydı, denizlerin
tamamına yakını sürekli olarak
donacak ve deniz yaşamı imkansız
hale gelecekti. |
|
Bu durumda okyanuslar, denizler
ve göllerde, donma alttan başlayacaktı. Alltan
başlayan donma, yüzeyde soğuğu kesecek bir buz
tabakası olmadığı için, yukarı doğru devam edecekti.
Böylece Dünya'daki göllerin, denizlerin ve okyanusların
çok büyük bölümü dev birer buz kütlesi haline
gelecekti. Denizlerin yüzeyinde sadece birkaç
metrelik bir su tabakası kalacak ve hava sıcaklığı
artsa bile, dipteki buz asla çözülmeyecekti. Böyle
bir Dünya'nın denizlerinde hiçbir canlı yaşayamazdı.
Denizlerin ölü olduğu bir ekolojik sistemde kara
canlılarının varlığı da mümkün olamazdı. Kısacası
Dünya, eğer su "normal" davransaydı, ölü bir gezegen
olacaktı.
Suyun neden "normal" davranmadığı,
yani 4°C'ye kadar büzüştükten sonra neden birdenbire
genleşmeye başladığı ise, hiç kimsenin cevaplayamadığı
bir sorudur.
|