Уникальные свойства воды о которых мало кто знает. Написать эту заметку меня побудило частое общение с выпускниками школы, активно изучающих физику. К сожалению их 10 опрошенных, никто не знает об этом свойстве воды и что самое печальное, никогда не задавал себе вопроса об этом, а именно: почему даже в самые лютые морозы водоемы, никогда не промерзают полностью? В учебника об этом ничего не написано. А ведь благодаря этому свойству воды существует не много - не мало, а жизнь на Земле!
Все мы знаем, что с увеличением температуры вещества расширяются. Это касается всех твердых веществ(кроме 4, но там есть физическое объяснение) и всех жидкостей вкл. воду. Когда вещества расширяются, они увеличивают свой объем, а следовательно уменьшают свою плотность. Именно по этому при нагревании воды, холодная масса всегда находится внизу, а более теплая за счет конвекции поднимается, вверх. При охлаждении происходит обратный процесс, холодная вода всегда стремиться вниз, поскольку она тяжелее. А теперь представим себе для простоты водоём со стоячей водой и температуру воздуха например минус 5° С, которая держится в течении 1 недели. Что должно происходить с водой? Она будет активно остывать пока вся, за счет конвекции не охладится, до 0°С, а потом начнется ее кристаллизация, т.е. превращение в лед. Превращение в лед всей огромной массы воды, в не зависимости от глубины водоема. Понятно, что при таком раскладе не только все живые обитатели водоема исчезли бы навсегда, но остановились бы реки, перестали работать ГЭС и случилось много бы неприятностей о которых сейчас мы даже не задумываемся. Так что же необычного происходит с водой и почему даже самые суровые морозы очень редко формируют на стоячих водоемах лед толщиной около метра?
Все дело в особенности поведения воды в диапазоне от 0°C до +4°С. Глядя на график мы видим, что максимальную плотность вода имеет при температуре +4°С. При дальнейшем понижении температуры, вплоть до 0°C плотность ее парадоксальным образом квадратично уменьшается! Что это означает на практики? Холодный воздух охлаждает водоем и пока температура воды не достигла 4°C мы наблюдаем классическую конвекцию: холодные массы воды опускаются вниз, теплые поднимаются вверх- охлаждаются и снова опускаются вниз. Как только вся вода охлаждается до 4°C начинаются "странности" в ее поведении. Верхний слой воды контактируя с холодным воздухом охлаждается сначала до 3°C потом до 2°C до 1°C , НО ПРИ этом вода не становится тяжелее, не опускается вниз, а остается на поверхности водоема и при 0°C начинает превращается в ЛЕД! Таким образом лед формируется в верхних слоях воды потомучто вода наверху холоднее чем внизу. От температуры воздуха зависит скорость наростания и толщина льда. После определенной толщины лед уже не растет, а выступает в качестве преграды для дальнейшего остывания воды. Непосредствено подо льдом температура воды остается около 4°C, но там уже нет конвекции поскольку вода уже контактирует с твердым веществом, льдом и передача тепла возможна только через теплопроводность скорость которой в 10 раз медленнее конвекции. Поэтому учитывая внешнюю отрицательную температуру холодного воздуха вода с температурой 4°C не может снизу растопить лед. Задав вопрос в интернете о причинах не промерзания водоемов мы получим ответ, что лед легче воды поэтому он плавает над водой. Это действительно так, но это все же не причина, а следствие уникального свойства воды без которого мы бы имели сначало процесс полного охлаждения, воды до 0°С, а потом ее кристаллизации. Причем этот процесс начинался бы со дна водоема и тут уже было бы не важно, что лед легче воды, поскольку вся вода превращалась бы в лед. Есть несколько теорий, объясняющих причину такого уникального поведения воды, но все они пока еще не имеют экспериментального подтверждения.Уже столетия ученые бьются над объяснением этого физического парадокса, но пока безуспешно, что заставляет поверить в божий промысел, который нравится кому-то или нет, но все же существует.
