Моделирование неравновесных условий с коронным газовым электрическим разрядом, имитирующих первичную атмосферу

И. Игнатов
доктор наук Европейской академии Естественных наук (Ганновер, Германия), профессор, E-mail: mbioph@dir.bg

Игнат Игнатов

Болгарский биофизик и исследователь воды, доктор Европейской академии естественных наук (Германия), профессор, организатор и руководитель Научно-исследовательского центра медицинской биофизики (НИЦМБ). В Болгарии представляет проект EUHEALS, в котором принимает участие 20 европейских стран, является консультантом Национального Центра общественного здоровья (НЦОЗ). Главное научное направление – исследование структуры воды, информационных свойств воды и происхождение живой материи. Автор 80 работ и 6 книг по воде. Награждён международной премией им. В.И. Вернадского по альтернативной медицине и биофизике (2003 г.), Швейцарской премией по альтернативной медицине и биофизике – Швейцарская премия (2003 г.) и Премией им. А.Л. Чижевского (2005 г.), медалью С. Ганемана (2007 г.) и медалью им. Г. Коха (2008 г.) за электромагнитную концепцию зрения. Является членом Международной Пси Академии (Чехия), Международной Академии инновационных технологий и Духовного Развития (Россия), Европейской Академиии Естественных Наук (Германия). Включен в картотеку библиографического Центра Кембриджского Университета.

О.В. Мосин
канд. хим. наук, доцент
E-mail: mosin-oleg@yandex.ru

Олег Викторович Мосин

Российский исследователь воды, учёный биохимик, кандидат химических наук (1996 г.), доцент. Область научных интересов включает изучение структуры тяжёлой и протиевой воды, вопросы хранения и передачи информации водой, воздействие на воду различных воздействий (магнитное поле), очистку воды от тяжелых изотопов дейтерия и кислорода-18, активирование воды природными минералами (шунгит, цеолит), биотехнологию дейтерий-меченных природных соединений. Автор около 90 научных работ по воде и водоочистве. Лауреат Президентской Премии 1995 г. и премии профессора М. Маринова (Болгария) (2010 г.), член Японского общества биохимии, биотехнологии и бионауки. Награжден медалью За вклад в дело увековечивания памяти защитников Земли калужской в честь 335-летия со дня рождения Петра Великого (2009 г.). Включен в энциклопедию знаменитых людей России.

Введение

Эффектом Кирлиан обозначается характерное свечение электрического разряда (лавинное, коронное, стримерное) на поверхности предметов, находящихся в переменном электрическом поле с частотой (10…150 кГц) и электрическим напряжением от 5 до 30 кВ. В этом процессе в зоне ионизации развивается скользящий по поверхности диэлектрика коронный газовый разряд, возникающий в неоднородном электрическом поле вблизи электродов с малым радиусом кривизны, а между электродом и исследуемым объектом возникает поверхностное напряжение величиной от 5 до 30 кВ [1]. При уменьшении степени неоднородности электрического поля (радиус кривизны электрода ~1…3 мм), а также с повышением напряжения электрического поля коронный электрический разряд приобретает не однородную, а стримерную (иногда факельную или кустовую) форму. В этом случае активные электрические процессы выносятся на расстояния 10…20 см от поверхности электрода.

В научной литературе наряду с кирлианографией используются термины биоэлектрография, электрический высокочастотный (ЭВР) разряд, селективный высокочастотный (СВЧР) разряд и др. [2, 3].

Эффект Кирлиан нашел научно-практическое применение в биофизике, а также в других отраслях науки [4] и техники [5]. К его преимуществам относятся безопасность, стерильность, наглядность и интерпретируемость получаемых данных, удобство их хранения и последующей компьютерной обработки, возможность слежения за развитием процессов во времени, сопоставления структурных, функциональных и временных процессов и др.

Научно-фундаментальные аспекты эффекта Кирлиан и его научная ценность заключаются в том, что эффект Кирлиан создает в лабораторных условиях газовый селективный электрический разряд, аналогичный природным электрическим явлениям (молнии) и электростатическому разряду на поверхности биологических, органических объектов, а также на неорганических образцах различного характера, в т.ч. на каплях воды [6]. За последние десятилетия, используя энергию электрического поля, в лабораторных условиях из неорганических веществ были синтезированы разнообразные органические соединения – аминокислоты, протеины, нуклеозиды и др. [7]. В этих опытах (эксперименты С. Миллера) моделировались условия первичной бескислородной атмосферы, в которой был возможен синтез органических молекул из неорганических за счет энергии электрических разрядов (электросинтез), коротковолнового УФ-излучения Солнца и других геотермальных источников энергии [8].

Целью данной работы являлось изучение возможностей применения эффекта Кирлиан в моделировании неравновесных условий с газовым электрическим разрядом, имитирующих первичную атмосферу и прогнозирование возможных электрохимических реакций, протекающих при обработке воды электрическим полем высокой напряженности и частоты.

Материалы и методы

Методом Цветного коронного спектрального Кирлиан-анализа  с комбинацией метода ИК-спектроскопии и метода дифференциально неравновесного энергетического спектрального анализа (ДНЭС) были проанализированы образцы воды различного происхождения и различной степени водоочистки, а также минеральные воды различных Болгарских источников.

Экспериментальные данные получены методом Цветного коронного спектрального Кирлиан-анализа на приборе с электродом из полиэтилентерефталата (ПЭТФ, хостафан) с электрическим напряжением на электроде ~15 кВ, длительностью электрического импульса ~10 мкс и частотой электрического тока ~15 кГц.

Регистрация ГР-свечения проводилась в темной комнате при красном светофильтре. Для этого на диэлектрическую пластину из хостафана, служащую электродом, генерирующем поле высокого электрического напряжения, помещался лист светочувствительной фотопленки. Капля воды помещалась сверху фотопленки. Между ней и диэлектрической пластиной подавались импульсы электрического напряжения от генератора электромагнитного поля напряженностью 15…24 кВ и частоты электрического тока – 15 кГц. При заданных параметрах напряженности и частоты поля в газовой среде пространства контакта объекта и пластины развивался газовый коронный разряд в виде характерного свечения вокруг объекта – коронного электрического разряда в диапазоне длин волн l = 380…490 нм и l = 560…780 нм, засвечивающего цветную фотобумагу или фотопленку, по которому судили о электрических свойствах изучаемого объекта.

ИК-спектры образцов воды регистрировали на Фурье-ИК спектрометре Brucker Vertex (Brucker, ФРГ) (спектральный диапазон: средний ИК – 370…7800 см-1; видимый – 2500…8000 см-1; разрешение – 0,5 см-1; точность волнового числа – 0,1 см-1 на 2000 см-1).

Оценка характеристических параметров производилась на основании анализа полученных изображений, обработанных стандартным пакетом программ.

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с помощью программы статистического пакета STATISTIСA 6, используя критерий t-Стьюдента (при р < 0,05).

Результаты и обсуждение

Техника визуализации ГР-свечения

Для визуализации ГР-свечения используется приборы, генерирующие электромагнитное поле высокой частоты и напряжения [9]. Принципиальная схема типового прибора показана на рис. 1. На один электрод подается переменное электрическое напряжение высокой частоты 15 кГц и напряженностью 15 кВ (в других методах эти значения принимаются равными 0,2…15 кГц и 5…30 кВ). Другим электродом является изучаемый объект. Если объектом является человек, то он не заземляется. Если объект представляет собой предмет неживой природы, то его заземляют с помощью проводника. Электрод и изучаемый объект разделены между собой изолятором – диэлектриком и тонким слоем воздуха, молекулы которого подвергаются диссоциации под действием генерируемого электродом электромагнитного поля, возникающего между электродом и исследуемым объектом.

В тонком слое воздуха, толщиной 10…100 мкм между объектом и электродом развиваются следующие процессы [10]:

1) Возбуждение, поляризация и ионизация электрическим полем высокой частоты молекул азота (78 масс.% N2), кислорода (21 масс.% O2) и двуокиси углерода (0,046 масс.% СO2) – основных компонентов воздуха. В результате образуется ионизированный газ, т.е. газ с отделенными электронами, обладающими отрицательными зарядами, создающими электропроводящую среду наподобие плазмы;

2) Образование слабого тока в виде отделившихся от молекул N2, О2 и СО2 свободных электронов – газового разряда между исследуемым объектом и электродом. Форма ГР-свечения, плотность, яркость и поверхностное распределение определяются, в основном, электромагнитными свойствами объекта;

3) Переход электронов с низших на высшие энергетические уровни и обратно, в процессе которого происходит излучение дискретного кванта света – фотона в виде излучения. Энергия перехода электрона зависит от величины внешнего электрического поля, так и от электронного состояния изучаемого объекта. Поэтому в различных областях окружающего объект электрического поля электроны получают разные импульсы энергии, т. е. перескакивают на разные энергетические уровни, что приводит к испусканию квантов света (фотонов) разной длины волны/частоты и энергии, окрашивающих контур ГР-свечения в различные цветовые гаммы.

Рис. 1. Принципиальная схема прибора для визуализации ГР-свечения


Обозначенные выше процессы в своей совокупности формируют эффект Кирлиан, позволяющий изучать электрические свойства объекта при взаимодействии с внешним электромагнитным полем [11]. Электрическая проводимость (электропроводность) исследуемого объекта – величина, обратная электрическому сопротивлению, выражаемая в сименсах (Ом-1), практически не оказывает влияния на формирование ГР-свечения. Формирование последнего зависит от диэлектрической проницаемости.

Зависимость удельной электрической проводимости σ (Ом-1.м-1) и коэффициента теплопроводности K (Вт/м.К) определяется законом Видемана-Франца:

(1)

где k – постоянная Больцмана (1,380662.10-23 Дж/K), e – заряд электрона (-1,602176.10-19 Кл), T – температура (К).

Для расчета основных физических параметров эффекта Кирлиан используют экспериментальную зависимость удельной электрической проводимости на единицу площади записывающей среды от следующих параметров электрического разряда:

 ,   (2)


где: ;

α –  крутизна фронта электрического импульса;

T – продолжительность электрического импульса;

Up – пробивное напряжение воздушного промежутка между объектом и записывающей средой;

d1 –  ширина объекта;

d2 – ширина зоны воздействия электромагнитного поля;

ε1 –  диэлектрическая проницаемость объекта;

d3 – ширина записывающей среды;

ε3 –  диэлектрическая проницаемость записывающей среды;

ε0 – диэлектрическая проницаемость воздуха, ε0 = 1,00057 Ф/м.

Для расчета пробивного электрического напряжения в воздушном промежутке используется формула:

Up = 312 + 6,2d2 ,   (3)

В результате математических преобразований получается квадратное уравнение ширины воздушного промежутка:

6,2d22 +  T   6,2δ –  312)d2 + 312δ = 0,  (4)

Которое сводится к стандартному квадратному уравнению:

ax2 +  bx + c = 0,     (5)

где a = 6,2; b = αT   6,2δ –  312; c = 312δ.

Данное квадратное уравнение имеет два решения:

(6)

Соответственно:

  (7)

Вышеприведенные уравнения позволяют рассчитывать максимальную и минимальную ширину воздушного промежутка для возникновения ГР-разряда в цветном спектральном Кирлиан-анализе, при котором формируется электрическое изображение объекта, спектр которого показан на рис. 2 в зависимости от энергии испускаемых фотонов.

Рис. 2. Спектр цветного коронного спектрального Кирлиан анализа и энергии испускаемых фотонов (эВ) (И. Игнатов, 2007)


Как показали наши исследования [12], характеристики ГР-свечения различных биологических объектов различаются по характеру и интенсивности свечения, размерам контура свечения и цветовой гамме и зависят как от его собственного электромагнитного излучения, так и от диэлектрической проницаемости объекта. Интенсивность ГР-свечения зависит от приложенного на электрод напряжения электрического тока. При низком напряжении электрического тока ГР-свечения не возникает, а при слишком высоком электрическом напряжении возникает угроза пробоя диэлектрика, что крайне нежелательно в экспериментальных исследованиях. Малые частоты электрического тока также могут стать причиной пробоя диэлектрика. Оптимальная нижняя граница частоты электрического тока в кирлианографии принимается равной 500 Гц и зависит от разницы электрических потенциалов между электродом и диэлектриком. Так, для стандартного стеклянного электрода (стекло в качестве диэлектрика) возможно при низких напряжениях электрического тока получить характерное ГР-свечение при нижнем пределе частоты тока при ~200 Гц. Верхняя частотная граница электрического тока лежит в пределах ~15…20 кГц и зависит в основном от электрических параметров материала электрода. Между нижней и верхней границей наблюдаются два характерных интенсивных пика: при ~650 Гц и ~7000 Гц. В первом случае, при низкой частоте электрического тока, большую роль играет диэлектрическая проницаемость. Во втором случае – при высокой частоте электрического тока, электрическая проводимость объекта не играет существенной роли, а на первый план выступает собственное электромагнитное поле объекта, которое является неоднородным, и не находится в прямой зависимости с электрической проводимостью. В качестве электрода может быть использована пластина из твердого полимерного материала (эпоксид, ПЭТФ, хостафан, лавсан), покрытая с одной стороны проводящим электрический ток тонким медным слоем. Функции диэлектрика выполняет полимерный материал. Чтобы не возникало пробоя на краях диэлектрика, слой меди на ~10 мм от края электрода удаляется. Обработанный таким образом электрод пригоден для работы с высокими напряжениями электрического тока.

Процесс фотографирования объектов проводится в тёмной комнате или при красном светофильтре. На диэлектрическую пластину, служащую электродом, создающим поле высокого электрического напряжения, помещается лист чувствительной к излучениям фотобумаги или фотоплёнки. Исследуемый объект (капли воды различного происхождения) помещается на верх фотопленки. Между исследуемым объектом и диэлектрической пластиной подаются импульсы электрического напряжения от генератора электромагнитного поля. При высокой напряжённости электрического поля в газовой среде пространства контакта объекта и пластины развивается газовый электрический разряд (лавинный или скользящий) в виде характерного ГР-свечения вокруг объекта – коронного электрического разряда в диапазоне длин волн l = 380…490 нм и l = 560…780 нм, засвечивающего чёрно-белую или цветную фотобумагу или фотоплёнку. После проявки фотобумаги наиболее яркие места становятся тёмными, что характерно для любого фотографического процесса. Поскольку исследуемый объект находится в соприкосновении с фотобумагой (в виде окружности в центре), эта область остаётся не засвеченной.

В Болгарском Научно-исследовательском центре медицинской биофизики (НИЦМБ) для визуализации ГР-свечения разработан и используется на практике метод Цветного коронного спектрального (Кирлиан) анализа на электроде из полимерного материала хостафана, характеризующегося большой электрической прочностью (160…200 кВ/мм). Фотографирование ГР-свечения в данной методике является одним из физических методов, при которых качество изображения при использовании фотопленки выше, чем при использовании фотокамеры Полароид или цифровых методов ЭВМ. Электрическое напряжение, подаваемое на электрод прибора, составляет величину порядка ~15 кВ при частоте электрического тока ~15 кГц. Это упрощает получение и параметрический анализ ГР-изображения. Данный метод в комбинации с ИК-спектрометрией был применен нами в моделировании неравновесных условий с газовым электрическим разрядом, имитирующих первичную атмосферу.

Моделированию неравновесных условий с газовым электрическим разрядом

Первые эксперименты по моделировании неравновесных условий с газовым электрическим разрядом, имитирующих первичную атмосферу, и электросинтеза органических веществ за счет энергии электрического поля в условиях первичной бескислородной атмосферы, были проведены в 1959 г. С. Миллером (США) [13]. Смесь воды и газов – водорода (Н2), метана (CH4), аммиака (NH3) и монооксида углерода (CO), находящаяся в замкнутом сообщающемся сосуде, подвергалась воздействию искровых электрических разрядов при температуре кипения воды; кислород в прибор не допускался. В ходе реакции из исходных неорганических веществ синтезировались органические соединения – альдегиды и аминокислоты. Опыты обнаружили, что 10…15 % углерода перешло в органическую форму. При этом около ~2 % углерода детектировалось в виде аминокислот, самым распространённым из которых оказался глицин. Первичный анализ показал наличие в реакционной смеси, полученной после обработки электрическим коронным разрядом 5 аминокислот. Более полный анализ, проведенный в 2008 г. [14], показал формирование за счет электросинтеза в реакционной смеси 22 аминокислот, содержащих от 5 до 20 атомов в молекуле (рис. 3). Наряду с аминокислотами в реакционной смеси после обработки искровыми электрическими разрядами также были обнаружены сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот – нуклеозиды.

Рис. 3. Распределение соединений, полученных в экспериментах С. Миллера, по массе и числу атомов углерода в молекуле (диаграммы построены по данным [13-15])


Эксперименты С. Миллера воспроизводились в разных вариациях с комбинированием электрических разрядов, УФ-излучения и тепла. В 1960 г. А. Уилсон [15] при обработке искровым электрическим разрядом паров воды (Н2О), аммиака (NH3), сероводорода (H2S), серы и золы дрожжей, получил более крупные молекулы органических полимеров, содержащих 20 и более атомов углерода. Эти полимеры в водной среде формировали тонкие пленки, с площадью поверхности около ~1 см2, представляющие собой ПАВ, сконцентрированные на поверхности раздела вода–воздух (рис. 4). Предполагается, что эти пленки молекул полимеров, синтезировавшихся на границе между разными фазами, играли важную роль на ранних стадиях эволюции первых организованных мембраноподобных микроструктур – т.н. протеиноидных микросфер, образованных термическими протеиноидами при обработке реакционной смеси температурами +95 0С…+100 0С. Катализатором их образования могла служить сера и ее производные, встречающиеся в древних горных породах в форме зерен сульфидов, а также в пиритовых песках.

Рис. 4. Тонкие пленки органических полимеров, образующихся при искровых электрических разрядах в смеси паров Н2О, NH3, H2S, серы и золы дрожжей [15]


Авторы обратили внимание, что в реализации эффекта Кирлиан также как в экспериментах С. Миллера создаются неравновесные экстремальные условия с газовым электрическим разрядом, в результате в приграничном тонком слое воздуха толщиной ~100 мкм происходит образование реакционноспособных радикалов, взаимодействующих друг с другом с формированием новых соединений (электросинтез). Такие экстремальные условия имели место в бескислородной атмосфере первичной Земли, состоящей из смеси воды и газов – Н2, CH4, NH3 и CO, подвергающейся воздействию электрических разрядов (молний) в условиях повышенной геотермальной и солнечной (УФ-излучение) активности.

Как показали наши предыдущие эксперименты, первые живые структуры возникли в теплой и горячей минеральной воде с большим содержанием бикарбонат-ионов (HCО3-), ионов щелочных металлов (Na+, Ca2+, Mg2+ и др.) и дейтерия в форме HDO [12]. Подобный состав воды и температура моделировались на электроде Кирлиан–прибора, где в граничном с водой слое воздуха формировался коронный электрический разряд, аналогичный плазменным явлениям (молнии) и электростатическому разряду на поверхности органических, а также неорганических образцах различного характера. Исследуемая вода перед помещением на электрод, была нагрета до температуры кипения, а затем охлаждена. В результате эксперимента в воде в межэлектродном пространстве формируется подобие организованной структуры, размерами 1,2…1,4 мм (рис. 5). В контрольной пробе с водой на электроде структура не организовалась. С увеличением продолжительности коронного электрического разряда, структура несколько увеличивается в размерах. Этот эксперимент показывает, что при определенных внешних воздействиях (коронный электрический разряд, нагрев) действительно возможна структурная организация воды.

Рис. 5. Организованная структура в воде, подвергнутой нагреванию до температуры 100 0С в электрическом поле высокой напряженности и частоты (данные И. Игнатова, 2013)


Изучение ГР-свечения воды в электрическом поле высокой напряженности и частоты

Воздействие на воду высокочастотного электрического разряда проявляется в виде характерного ГР-свечения вокруг капли воды. С физической точки зрения этот процесс характеризуется как процесс неравновесного переноса электрического разряда в примыкающем к объекту исследования ионизированном электрическим полем воздухе. Авторы считают, что возникновение ГР-свечения вокруг капли воды может быть объяснено с учетом энергии электрического поля и изменения за счет воздействия электрического поля структуры воды, которая в свою очередь может быть обусловлена межмолекулярными перестройками водородных связей внутри ассоциативных элементов воды. Этот факт может свидетельствовать о том, что вода обладает информационными свойствами.

Авторам кажется маловероятным, что жизнь возникла в хаотической неинформационной воде. Живые организмы и вода являются сложными, самоорганизующимися системами с характерной структурой. Согласно современным данным, вода является ассоциированной жидкостью, состоящей из отдельных ассоциированных элементов – полиэдрических кластеров общей формулы (Н2О)n, где n = 3…21, в которых молекулы связаны Ван-дер-ваальсовыми, диполь–дипольными и другими силами и взаимодействиями с переносом заряда, включая водородную Н…О-связь [16]. Отличительной особенностью водородной связи является сравнительно низкая прочность; она в 5…10 раз слабее химической ковалентной связи. По энергии водородная связь занимает промежуточное положение между химической связью и Ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, удерживающими молекулы в твердой или жидкой фазе. Энергия водородной связи составляет 5…10 ккал/моль, в то время как энергия ковалентной О–Н-связи в воде – 109 ккал/моль. В то же время энергия ковалентной O–H-связи в 200 раз больше тепловой энергии. Поэтому, водородные связи в жидком состоянии относительно слабы и неустойчивы: они могут легко возникать и разрушаться в результате тепловых флуктуаций. Изменение положения одного структурного элемента (молекулы воды) под действием любого внешнего фактора или изменения ориентации окружающих соседних молекул воды обеспечивает высокую чувствительность структурных элементов воды к различным внешним воздействиям (электромагнитные, тепловые, звуковые поля, и др.). Молекулы воды в жидком состоянии в нормальных условиях (1 атм., 22 0С) способны совершать колебательные движения, вращения вокруг своей оси, а также хаотические и направленные перемещения, за счет чего отдельные молекулы могут перемещаться из одного места в другое в объеме воды за счет кооперативных взаимодействий. В результате в водных растворах возможен аутопротолиз, т. е. отрыв протона H+ от одной молекулы воды с последующим перемещением и присоединением Н+ к соседней молекуле Н2О, приводящие к делокализации протона в пределах кластера с образованием ионов гидроксония состава: Н3О+, Н5О2+, Н7О3+, Н9О4+ и др. Это свойство объясняет чрезвычайно лабильный, подвижный характер взаимодействия ассоциатов друг с другом. В математической модели воды предполагается, что вода, состоящая из множества ассоциативных элементов – нейтральных кластеров (Н2О)n и заряженных кластерных ионов [(Н2О)]+n и [(Н2О)]-n различных типов, способна образовать подобие квазикристаллической структуры, где n в математических расчетах может достигать десятков и даже сотен единиц [17]. Это свойство объясняет чрезвычайно лабильный, подвижный характер электростатического взаимодействия ассоциативных элементов воды друг с другом, за счет которого осуществляется построение структурных элементов воды в полые ячейки (клатраты) размером до 0,5…1,0 мкм.

В результате того, что молекулы воды являются полярными диполями, они ориентируются упорядоченно при воздействии электрического поля. При исследовании ГР-свечения водных капель было обнаружено, что электрическое свечение связано с полярностью водных молекул и их ориентацией под воздействием внешнего электрического поля. Поляризация – явление, связанное с электромагнитными волнами, когда электромагнитное поле осциллирует (колеблется) в одной определенной плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. У воды высокая диэлектрическая проницаемость и это определяет ее свойства как растворитель. Фотографии ГР-свечения капель воды различного происхождения и степени водоочистки указывают на то, что разная вода по-разному взаимодействует с электрическим полем. Кроме этого вода является источником сверхслабого и слабого переменного электромагнитного излучения. В этом случае возможна индукция соответствующего электромагнитного поля и резонансные эффекты совмещения (суперпозиции) электромагнитных полей, способных изменять структурно-функциональные характеристики биологических объектов, на 70…80 % состоящих из воды. Как показали наши исследования (рис. 6), на характер ГР-свечения капель воды в переменном электрическом поле высокого напряжения и частоты оказывает влияние вид воды, способ и уровень водообработки и водоочистки, наличие в воде примесей и другие факторы.

Рис. 6. Спектральный Кирлиан-анализ капель воды различного происхождения и степени обработки: а) – вода после сорбционного фильтра; б) – талая вода; в) водопроводная вода.


Эксперименты с неравновесным электрическим разрядом в водной среде в комбинации с методом ИК-спектрометрии дают возможность лучше прогнозировать условия, при которых происходил процесс возникновения первых органических форм [18, 19]. Эксперименты показали, что самыми благоприятными для поддержания биохимических реакций являются карстовые минеральные воды, взаимодействующие с СаСО3, а затем морские воды [20-22]. Циркулируя в полостях, микротрещинах и каналах, воды карстовых источников обогащаются Са(HCO3)2, активно взаимодействующим с органическим веществом и могут содержать другие растворенные в воде ионы (Zn2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, SO42-), которые могут служить катализаторами биохимических реакций. Самоорганизация первичных органических форм в водной среде, вероятно, поддерживалась геотермальными источниками энергии электрическими разрядами и солнечной активностью.

Нами были проведены эксперименты по исследованию минеральной, морской и горной воды из Болгарии ИК-спектроскопией методом дифференциально неравновесного энергетического спектрального анализа (ДНЭС), показывающего средние энергии водородных связей между молекулами H2O (таблица 1). Также методом ДНЭС был исследован сок кактуса, выбранной в качестве модельной системы, поскольку он содержит ~90 масс.% воды. Полученные данные продемонстрировали, что наиболее близким к ИК-спектру сока кактуса являлся ИК-спектр минеральной воды, контактирующей с СаСО3 (рис. 7). ДНЭС-спектры сока растений, минеральной воды и воды карстовых источников, взаимодействующих с CaCO3, имели значения пиков при энергиях -0,1112; -0,1187; -0,1262; -0,1287 и -0,1387 эВ. Подобные пики в ДНЭС-спектре между растительным соком, горной и морской водой детектировались при -0,1362 эВ. ИК-спектры растительного сока и минеральной воды с концентрацией ионов HCO3- (1320…1488 мг/л), Ca2+ (29…36 мг/л) и показателем pH = 6,85…7,19, имеют локальные максимумы при длинах волн λ = 8,95; 9,67; 9,81; 10,47 и 11,12 мкм соответственно. Локальные максимумы в ИК-спектрах между растительным соком и морской водой детектируются при λ = 9,10 мкм. Локальные максимумы, полученные методом ИК-спектроскопии при λ = 9,81 мкм (1019 см-1) и λ = 8,95 мкм (1117 cм-1) расположены на спектральной кривой локального максимума λ = 9,7 мкм (1031 cм-1). С помощью метода ДНЭС были получены следующие данные – 8,95; 9,10; 9,64; 9,83; 10,45; 11,15 мкм (длина волны, λ) или 897; 957; 1017; 1037; 1099; 1117 см-1 (волновое число, k) (таблица 1).

Таблица 1

Характеристики спектров (ДНЭС-метод) воды различного происхождения*

Энергия водородных связей,

-E (эВ)

Длина волны l,

мкм

Волновое число k,

-1

Сок кактуса

Минеральная вода Рупите

Морская вода

0,1112

0,1112

11,15

897

0,1187

0,1187

10,45

957

0,1262

0,1262

9,83

1017

0,1287

0,1287

9,64

1037

0,1362

0,1362

9,10

1099

0,1387

0,1387

8,95

1117

* Примечание: Функция распределения молекул H2O по энергиям f измеряется в электронвольтах (эВ-1). Показано при каких значениях энергии -E (эВ) наблюдаются самые большие локальные максимумы этой функции

В ИК-спектре горячей минеральной воды локальные максимумы более выражены, чем локальные максимумы в ИК-спектре этой же воды при более низкой температуре. Это показывает на большую энергию для сохранения самоорганизованных структур во времени и интенсификацию биохимических реакций в условиях повышенных температур. Разница в значениях локальных максимумов при увеличении температуры от +20 0C до +95 0C на каждые 5 0C составляет согласно t-критерию Стьюдента  — p < 0,05.

Рис. 7. ИК-спектр минеральной воды из местечка Рупите (Болгария). На нижней оси абсцисс показано волновое число (см-1); на верхней оси абсцисс — длина волны (мкм); на оси ординат — поглощение (усл. ед.)


Методом Фурье ИК-спекроскопии был измерен другой важный параметр – величина средней энергии (∆EH...O) водородных Н…О-связей между молекулами H2O в процессе формирования кластерных ассоциатов формулы (H2O)n (димер, тример), составляющие -0,1067±0,0011 эВ, что совпадает с основным пиком в ДНЭС-спектре воды (рис. 8). При изменении температуры воды средняя энергия водородных H...O связей в ассоциатах молекул H2O изменяется. Проведенный ИК-спектральный анализ (метод ДНЭС) образцов воды свидетельствует о процессе ориентации (структурирования) молекул H2O в результате поляризации кластеров, что видно из ДНЭС-спектра воды в различных экспериментальных условиях.

Рис. 8. Дифференциально-неравновесный энергетический спектр (ДНЭС-спектр) воды в различных экспериментальных условиях: деионизированная вода, хим. чистота – 99,99 %, рН – 6,5–7,5, общая минерализация – 400 мг/л, удельная электропроводность – 10 мк·См/см (f – функция распределения по энергиям; k – волновое число; l – длина волны).


Согласно полученным экспериментальным данным, при изменении температуры воды средняя энергия водородных H...O связей в ассоциатах молекул H2O изменяется. Эти данные свидетельствуют о том, что возникновение жизни зависит как от структуры воды и ее состава, так и от внешних факторов – температуры и значения рН. Данным условиям наиболее лучше удовлетворяет взаимодействующая с CaCO3 горячая минеральная вода. Затем по качеству следует горная вода. В теплых и горячих минеральных водах пики в ДНЭС-спектре более выражены по сравнению с пиками, полученными в той же воде с более низкой температурой. Это показывает на большую энергию для сохранения самоорганизованных структур во времени. Спектральный диапазон находился среднем ИК-диапазоне от λ = 8 до λ = 14 мкм. Известно, что в этом ИК-диапазоне существует окно прозрачности земной атмосферы для электромагнитного излучения.

Выводы

Полученные данные свидетельствуют о возможной применимости эффекта Кирлиан в моделировании неравновесных условий с газовым электрическим разрядом, имитирующих первичную атмосферу. В результате этого процесса в приграничном тонком слое воздуха толщиной 100 мкм происходит образование реакционноспособных радикалов, взаимодействующих друг с другом с формированием новых соединений (электросинтез). Такие экстремальные условия имели место в бескислородной гидросфере первичной Земли, состоящей из смеси воды и газов – Н2, CH4, NH3 и CO, подвергающейся воздействию высокоэнергетических электрических разрядов (молний). В ходе экспериментов показано, что наиболее благоприятными для возникновения жизни и поддержания биохимических реакций являются горячие минеральные воды, взаимодействующие с СаСО3.

Литература

1. Кирлиан С.Д. Метод фотографирования объектов в высокочастотном электрическом разряде. авт. свид. СССР. 1949. № 106401.

2. Antonov A., Yuskeselieva L. Research of water drops with high-frequency electric discharge (Kirlian) effect // Bulgarian Academy of Science. 1968. V. 21. № 5. P. 34–36.

3. Antonov A., Yuskesselieva L. Selective high frequency discharge (Kirlian effect) // Acta Hydrophysica. 1985. P. 29–30.

4. Gudakova G.Z. Study of parameters of gas discharge glow microbiological cultures // Journal for Applied Spectroscopy. 1988. V. 49. № 3. P. 56–59.

5. Lapitskiy V.N., L.A. Pesotskaya V.N. Estimation of influence of schungite room on the state of human health by the method of Kirlian // Scientific Paper. 2012. № 11. P. 1–7.

6. Skarja M., Berden M., Jerman I. The influence of ionic composition of water on the corona discharge around water drops // Journal of Applied Physics. 1988. V. 84. № 5. P. 2436–2442.

7. Игнатов И., Мосин О.В. Изотопный состав воды и ее температура в процессе происхождения жизни и живой материи // Интернет-журнал Науковедение, 2013. № 1(6). C. 1–16 [электронный ресурс]. М.: Науковедение, 2013. Режим доступа: naukovedenie.ru/PDF/42tvn113.pdf, свободный. – Загл. с экрана. - Яз. рус., англ.

8. Lazcano A., Bada J.L. The 1953 Stanley L. Miller experiment: fifty years of prebiotic organic chemistry // Origin of Life and Evolution of Biospheres. 2004. V. 33 (3). P. 235–242.

9. Pehek J.O., Kyler H.J., Faust D.L. Image modulatic corona discharge photography // Science. 1976. V. 194(4262). P. 263–270.

10. Ignatov I., Tsvetkova V. Informationability of water, Kirlian (electric images) of different types of water. Hanover: Euromedica. 2011. P. 62–65.

11. Marinov M., Ignatov I. Color Kirlian spectral analysis. Color observation with visual analyzer. Hanover: Euromedica. 2008. P. 57–59.

12. Игнатов И., Мосин О.В. Эффект Кирлиан в изучении свойств биологических объектов и воды // Биомедицинская радиоэлектроника. 2012. № 12. C. 13–21.

13. Miller S.L. A production of amino acids under possible primitive earth conditions // Science. 1953. V. 117(3046). P. 528–5299.

14. Johnson A.P., Cleaves H. J., Dworkin J.P., Glavin D.P., Lazcano A., Bada J.L. The Miller volcanic spark discharge experiment // Science. 2008. V. 322(5900). P. 404–412.

15. Wilson A.T. Synthesis of macromolecules // Nature. 1960. V. 188. P. 1007–1009.

16. Игнатов И., Мосин О.В. Структурные модели воды, описывающие циклические нанокластеры // Наноматериалы и наноструктуры. 2013. № 4. Т. 4. C. 9–20.

17. Ignatov I., Mosin O.V. Structural mathematical models describing water clusters // Mathematical theory and modeling. 2013. V. 3. № 11. P. 72–87.

18. Ignatov I. Origin of life and living matter in hot mineral water. Conference on the Physics, Chemistry and Biology of water. New York: Vermont  Photonics. USA. 2012. 115 p.

19. Ignatov I., Mosin O.V. Modeling of possible processes for origin of life and living matter in hot mineral and seawater with deuterium // Journal of environment and earth science. 2013. V. 3. № 14. P. 103–118.

20. Ignatov I., Mosin O.V. Origin of life and living matter in hot mineral water // Интернет-журнал Науковедение, 2013. № 2 (6). P. 1–19 [электронный ресурс]. М.: Науковедение, 2013. Режим доступа: naukovedenie.ru/PDF/04tvn213.pdf – Загл. с экрана. - Яз. рус., англ.

21. Мосин О.В., Игнатов И. Изучение изотопных эфектов тяжелой воды (D2O) в биологических системах на примере клеток прокариот и эукариот // Биомедицина. 2012. Т. 1. № 1–3. С. 31–50.

22. Ignatov I., Mosin O.V. Possible processes for origin of life and living matter with modeling of physiological processes of bacterium Bacillus subtilis as model system in heavy water // Journal of Natural Sciences Research. 2013. V. 3. № 9. P. 65–76.

Ó Авторы:

И. Игнатов, О.В. Мосин