Тайну замерзания водоёмов вообще-то рассказывают в 5 классе на природоведении (по последним данным вообще в 3 классе на уроках окружающего мира). Но то ли детишки ещё слишком мелкие, чтобы воспринимать такую инфу серьезно, то ли они забывают всё это к десятому классу.
Строго говоря, не только дети не могут ответить на вопрос, почему достаточно глубокие реки и озера не промерзают до дна, но и взрослые. В самом деле, почему? Дело тут не в том, что мороза не хватает, как мне некоторые отвечают.
Более того, как так получается, что лёд наверху, если по физике нас учили, что чем ближе к поверхности, тем вода теплее? По правилу конвекции теплые слои воды (воздуха и так далее) легче и должны подниматься наверх, а холодные тяжелее, поэтому опускаются вниз. Благодаря конвекции происходит естественное перемешивание воды в водоемах и не только.
Что, чёрт возьми, происходит? Почему всё так запутанно?
Тут самое время сказать, что всё на самом деле просто. Но я так не скажу. Потому что не фига не просто. С водой вообще всё сложно.
При охлаждении вода, как и любые тела, сжимается. Совсем немного, но всё же сжимается. И холодная вода в самом деле тяжелее горячей — тут с физикой всё в порядке, никаких сбоев, конвекция работает.
Просто вода имеет одно уникальное свойство, которое является гарантий жизни на Земле. Она сжимается примерно до +4°С (при +4°С у воды максимальная плотность), а затем в диапазоне от +4° до 0°С она расширяется. А при кристаллизации масса снова теряет в весе, так как плотность льда меньше плотности воды.
Как происходит замерзание водоёма
- Пласт воды на поверхности охлаждается, становится более плотным и опускается на дно водоёма. Теплые слои поднимаются наверх, где охлаждаются и снова опускаются вниз. Так происходит перемешивание воды и примерное выравнивание температуры до +4-+5° Цельсия.
- При 4°С конвекция замедляется.
- Верхние слои воды продолжают охлаждаться (потому что на улице мороз и температура ниже ноля), но вместо того, чтобы сжиматься и опускаться на дно водоема, как это происходило при более высокой температуре воды, теперь верхние слои воды расширяются и их плотность соответственно уменьшается. Таким образом они остаются на поверхности и не могут опуститься вниз.
- Температура верхних слоев понижается до нуля и начинается процесс кристаллизации — верхний слой воды превращается в лёд. А нижние слои так и остаются жидкими.
То есть водоёмы замерзают сверху, а не снизу. Хотя другие вещества ведут себя наоборот. Именно это свойство воды (расширение при температурах +4-0°С) даёт возможность живым организмам, обитающим в воде выживать даже в очень суровые зимы с лютыми морозами. Не будь этого эффекта, всё замерзло бы в первую же зиму и погибло.
Проверить это наглядно можно, замораживая кубик льда. Он будет слегка выпуклым со всех сторон. Это связано с тем, что вода замерзает с краев. Вода в середине кубика замерзает в последнюю очередь и, расширяясь, выдавливает наружу уже образовавшуюся корку льда.
И именно поэтому вода зимой рвёт трубы, баки, бочки. И именно поэтому на дачах с первыми заморозками сливают воду отовсюду и перекрывают подачу воды. Поэтому в баки с водой кладут поленья и доски — чтобы вода, расширяясь, не рвала стенки, а сдавливала дерево.
Кому было интересно, обязательно ставьте лайк, подписывайтесь и пишите что-нибудь приятное в комментариях. А вот ещё несколько познавательных статей и задачка на эту тему: