Меню

Почему вода в реке не промерзает до дна

Почему зимой даже в сильные морозы реки не промерзают до дна?

Давайте рассмотрим, что происходит с водоёмом при переходе от лета к зиме. Под водоёмом будем подразумевать любое естественное образование, в котором есть вода: океан, море, реку, озеро, колодец, лужу, и т.п. То, что в реке вода течёт, а в озере — условно неподвижно — при рассмотрении данного вопроса не имеет значения. Не имеет принципиального значения и то, что в море и в океане вода солёная, так как это приведёт к некоторому изменению только каких-то количественных характеристик: температуры начала замерзания и плотности.

Вот фрагмент таблицы зависимости плотности воды от температуры

Из него видно, что вода имеет наибольшую плотность при температуре +4, а если точнее, то при+3,98°С.

Рассмотрим некий водоём с пресной водой — озеро. Примем, что теплопроводность берегов и дна озера очень мала, и озеро остывает с только поверхности отдавая своё тепло более холодному, чем вода воздуху. Условно разделим весь объём воды на слои, например, по 1 см. Допустим что в начале наблюдения (начало осени) вся вода в озере (на всю глубину) имеет температуру +10°С. Для наглядности будем рассматривать изменения температуры сразу на 1 °С. (Суть рассматриваемых явлений и наших рассуждений не изменится, если рассматривать изменения не на 1 °С, а на меньшие величины 0,1°С или 0,01°С.) Допустим верхний слой воды охладился с 10 до 9 градусов. Поскольку плотность воды возрастёт с 999,73 до 999,81 кг/м^3, то верхний слой воды окажется тяжелее нижележащих. Поэтому он «утонет», т.е. опустится вниз, вытесняя наверх слои воды с температурой +10°С. Так будет до тех пор, пока вся вода в озере не остынет до +9°С. Далее верхний слой воды остынет до +8°С, затем он «утонет» и так далее, процесс будет аналогичен до тех пор, пока температура всей воды в озере не станет + 4°С, а плотность всех слоёв 1000 кг/м^3. Рассмотренное явление перемещения более плотной жидкости вниз, а более тёплой жидкости вверх, называется конвекцией. Кстати, конвекция происходит и в газах.

Теперь пусть верхний слой воды остыл с +4 до +3°С. Плотность его уменьшилась с 1000 до 999,97 кг/м^3, т.е. верхний слой воды легче нижележащих, поэтому он не будет опускаться и останется «плавать» наверху. Поэтому он продолжит остывать до +2, +1 и 0°С. Плотность его будет постоянно уменьшаться до 999,87°С и он останется наверху. При 0°С верхний слой воды замёрзнет. В это же время остальные слои останутся тёплыми, т.е. +4°С. Конечно более нижние слои будут отдавать своё тепло более верхним слоям, но это не сможет происходить за счёт конвекции, а только за счёт теплопроводности, поэтому процесс остывания нижних слоёв воды замедлится В РАЗЫ (не знаю точно, во сколько раз, поэтому число не буду приводить, но В РАЗЫ). ИМЕННО НЕВОЗМОЖНОСТЬЮ КОНВЕКЦИИ, А ТОЧНЕЕ ИЗМЕНЕНИЕМ В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР ОТ +4 ДО 0 °С НАПРАВЛЕНИЯ КОНВЕКЦИИ НА ПРОТИВОПОЛОЖНОЕ И ОБУСЛОВЛЕНО ТО ОБСТОЯТЕЛЬСТВО, ЧТО ВОДА ЗАМЕРЗАЕТ СВЕРХУ И ВОДОЁМЫ НЕ ПРОМЕРЗАЮТ ДО ДНА.

Источник

Почему вода в реках и озерах не замерзает полностью зимой? (2 фото)

Что «согревает» воду в холода

Ученые выяснили, что на «согревание» воды влияет лед: именно он не пропускает холод и поддерживает в озере температуру на уровне +3-4 градусов по Цельсию. Этот процесс выглядит следующим образом: в предзимний период, когда температура опускается до указанного значения, более холодная вода опускается вниз, уступая свое место воде теплой. В этот момент происходит вертикальное перемешивание жидкости, которое замедляется с понижением показателей термометра. В итоге верхний слой становится холоднее, из-за чего на поверхности появляется ледяная корка, которая служит защитой и не пускает вниз холодный воздух.
Ученые отмечают, что по этой причине не замерзают моря и океаны – кроме Северного Ледовитого, который почти полностью «уходит в минус». Причем настолько, что в некоторых местах толщина льда достигает 50 метров.
Но чтобы море прям полностью замерзло, необходима постоянная, поддерживаемая на протяжении многих месяцев температура под минус 30 градусов. Конечно, такие ситуации иногда возникают. К примеру, в 2012 году одесситы увидели, как впервые за 30 лет черноморский курорт превратился в ледник.
Кстати, некоторые исследователи считают, что нам нужно опасаться не глобального потепления, а масштабного похолодания, чуть ли не вплоть до той ситуации, с которой однажды, как говорят ученые, столкнулись динозавры.

Читайте также:  В каких реках есть золото в подмосковье

Вода, лед – а что между ними?

Интересный в свое время эксперимент поставили химики из американского Университета Юты. В ходе исследований они выяснили, при какой минимальной температуре вода (чисто теоретически) может оставаться жидкостью. Оказалось – при минус 48 градусов по Цельсию. Когда температура приближается к данному показателю, в жидкости начинаются быстрые структурные изменения: молекулы собираются по 4 штуки и образуют тетраэдры.
Ученые назвали данное состояние «промежуточным льдом»: это вроде бы не кристалл, но уже и не жидкость. Скорее, похоже на хаотический сбор неупорядоченных кристаллических ячеек. При указанной температуре тетраэдры образуют правильную решетку, вследствие чего лед промежуточный превращается в настоящий. При этом его плотность падает, но возрастают теплоемкость и сжимаемость. Хотя в других жидкостях последние характеристики, наоборот, падают с понижением температуры.
Американские химики решили, что во время перехода из жидкости в лед вода попадает в промежуточное состояние, после чего ее ячейки превращаются в идеальный кристалл.

Источник

Почему озера не промерзают зимой до дна

С наступлением холодов на поверхности озер образуется тоненькая корочка льда, которая является следствием понижения температуры воды до отрицательных значений. Но зимой, когда температура воздуха опускается ниже 30 градусов мороза, на поверхности озер образуется внушительный слой льда, однако полностью крупные озера не промерзают никогда. Почему это происходит?

Почему озера не промерзают зимой до дна

Оказывается, когда температура воды начинает понижаться, в замкнутых водоемах происходят очень интересные вещи. Пресная вода, по причине уникальной молекулярной структуры, обладает максимальной плотностью при температуре +4ºС. И когда температура воды продолжает понижаться, в озере происходит разделение слоев с разной температурой, образуется сезонный термоклин.

Почему озера не промерзают зимой до дна

Вода с температурой +1-2°С всегда легче, чем слой воды с температурой +4°С, который расположен на дне. Из-за слабой циркуляции водных масс (а мы помним, что это не река, а именно глубокое озеро) активного перемешивания и выравнивания температуры не происходит. По этой причине вода с температурой около +4 градусов всегда находится в нижней части водоема. Постепенно нарастающий слой льда и более холодная вода в верхней части водоема не дают промерзнуть озеру до дна. Рыбы и другие водные обитатели продолжают жить в озере, не опасаясь превратиться в кусок льда.

Читайте также:  Укатилось в реку не воротится назад

Почему озера не промерзают зимой до дна

Конечно, для мелких озер это правило не работает, и с приходом отрицательных температур они могут промерзнуть до дна. Предусмотрительные рыбы, как правило, заранее покидают такие опасные для зимовки места и уходят в реки или соседние более глубокие озера.

Источник

Почему вода не замерзает под толстым слоем льда? Причины, фото и видео

Почему вода не замерзает под толстым слоем льда?

Интересно

Вода часто ведет себя совершенно необычно, совсем не так, как подавляющее большинство других веществ. Интересная аномалия наблюдается с ней при замерзании – лед оказывается сверху, закрывая собой массы незамерзшей воды. По всем законам физики вещество в твердом агрегатном состоянии должно быть тяжелее жидкого аналога, а следовательно, лед должен был бы быть на дне.

Но все же он плавает сверху, а вода под ним остается не просто жидкой, но и пригодной для зимовки живых существ. Если бы все было иначе, и лед копился бы на дне, сохранение жизни в воде было бы невозможным. Ведь тогда водоемы промерзали бы полностью каждую зиму. Что обеспечивает защиту водоемам, и почему вода остается не промерзшей?

Почему лед не тонет?

Кристаллическая структура льда. Серыми пунктирными линиями показаны водородные связи.

Кристаллическая структура льда. Серыми пунктирными линиями показаны водородные связи.

Плавучесть льда обеспечивается тем, что при замерзании его плотность становится меньше, чем у окружающей воды. Он обретает кристаллическую решетку, а еще нередко обогащается пузырьками воздуха, которые дают ему дополнительный запас плавучести. Формируется покров от кромки водоемов, постепенно устремляясь к центру. Изначальная толщина и прочность льда невелики, однако таковые могут быстро увеличиваться в морозы.

Почему замерзает только верх водоема?

В теории, любой водоем может замерзнуть, до самого дна превратившись в лед. На практике же и небольшое озеро с максимальной глубиной метра в 3 не промерзает до дна даже в суровую российскую зиму, не говоря уже о прочих водоемах. Происходит это именно из-за льда, способного обеспечить существенную защиту от переохлаждения воды. Чтобы разобраться в нюансах, необходимо рассмотреть, как происходит сам процесс охлаждения воды.

При достижении водными массами отметки в +4 градуса начинается интенсивный процесс перемещения слоев в водоеме. Холодные слои начинают подниматься вверх, ведь их плотность с учетом специфики воды оказывается наиболее низкой. Теплые массы накапливаются на дне водоема. В верхних холодных слоях начинается процесс образования льда, который постепенно охватывает и перекрывает собой всю поверхность. После этого остывание воды практически прекращается.

Вода подо льдом уже не может перемешиваться ветром, все слои остаются в сохранности – особенно в стоячих или медленно текущих водах. Низкая теплопроводность льда создает своеобразную подушку, защищающую от дальнейшего выстуживания водоема. Впрочем, теплопроводность воды тоже невысока.

Водные массы остаются буквально законсервированными под ледяным панцирем до теплого периода, и все подводные обитатели могут без проблем перезимовать. Единственным сложным для них моментом является дефицит кислорода, ведь лед отделяет водную поверхность от воздуха и препятствует ее насыщению данным жизненно важным веществом. Именно поэтому рыбы в зимнее время порой прибиваются к пробуренным лункам или другим отверстиям во льду – им просто душно.

Читайте также:  Лодка для маленьких речек

Некоторые виды живности зимуют прямо во льду родных озер – таковы лягушки, тритоны, к примеру. Особенности физиологии позволяют им без риска для жизни замораживать тельца, и в дальнейшем, после оттаивания весной, они могут снова жить как прежде. Природные антифризы в клетках исключают образование острого кристаллика льда в каждой из них при замораживании, а ведь именно этот кристаллик разрушает живую клетку, приводя к ее гибели и невозможности оттаивания в прежнем виде. Амфибиям мороз и замерзание во льду не страшны.

Таким образом, лед, образовавшийся по верхней кромке водоема, защищает его от дальнейшего вымораживания за счет своей низкой теплопроводности. Теоретически промерзнуть до дна могут даже океаны, однако температуры для этого должны быть очень низкими. На практике же полностью вымерзают только лужи и очень мелкие водоемы, а кроме того, неглубокие пруды и озера могут полностью промерзать при очень суровых зимах. В обычных условиях под слоем льда всегда сохраняется вода с небольшим плюсовым показателем температуры.

Почему вода не замерзает под толстым слоем льда – интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник



Почему даже в лютый мороз водоемы не промерзают полностью

Все дело в вертикальном перемешивании воды.

Почему даже в лютый мороз водоемы не промерзают полностью

Практически каждый из нас задавался вопросам, почему даже в условиях суровых зим водоемы никогда не промерзают полностью. Оказывается, воду зимой в реках и озерах «согревает», как ни странно, лед, сообщил телеканал «360». Он не пропускает холод и держит температуру в проруби в районе +4 градусов.

Именно такие температурные показатели воды важны для обитателей озер, рек и прудов. Рыбы «зимуют» на дне, где теплее. Кроме того, при +4 вода приобретает свою наибольшую плотность. Чем она холоднее, тем легче.

Осенью и в предзимье, когда температура воды выше +4 градусов, более холодная вода опускается вниз, а теплая поднимается наверх. Идет так называемое вертикальное перемешивание. Как только температура воздуха и воды начинает понижаться, перемешивание замедляется. Верхний слой становится холоднее, и на поверхности начинает появляться защитная ледяная корка, которая не пускает холодный воздух вниз.

По той же причине не замерзают океаны и моря. Дело еще и в соли, а также в их огромной площади и течениях. Исключение составляет Северный Ледовитый океан. Он оправдывает свое название и замерзает почти полностью. В некоторых местах толщина его льда доходит до пятидесяти метров. Ходят по нему только ледоколы.

Чтобы море полностью замерзло, нужны экстремальные условия — морозы около -30 градусов, которые бы стояли несколько месяцев. Последний раз такую картину наблюдали одесситы в 2012 году. Впервые за 30 лет черноморский курорт превратился в черноморский ледник.

Толщина льда водоемов в московском регионе сейчас составляет около 30 сантиметров. Как сообщает региональное МЧС, сплошной ледовый покров сохраняется на большинстве из них. Но все же осторожность не повредит, ведь лед — субстанция коварная.

Между тем, по мнению многих ученых, человечеству стоит ждать не глобального потепления, а ледникового периода. Метеорологи говорят о потеплении в связи с вмешательство человека в окружающую среду. Однако климатологи связывают изменения температуры с активностью Солнца. Читать далее>>

Источник

Adblock
detector