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.
