Зимой на водоемах лед находится на поверхности воды а не опускается на дно: Зимой на водоемах лед находится на поверхности воды, а не опускается на дно, что важно для сохранения жизни на Земле. Определите правильность утверждения (да или нет) и письменно обоснуйте свой выбор….

Содержание

Почему вода в водоёмах зимой не промерзает до самого дна? Особенности поведения рыбы в воде Температура воды подо льдом 4 градуса

Температура подо льдом 0,1-0,3° выше нуля, весной во время ледохода она не превышает 1°. В периоды без ледовых явлений температура воды зависит в основном от температуры воздуха. Среднесуточная температура воды до середины лета обычно ниже, чем воздуха, в конце лета и осенью — выше.

Ниже водохранилищ температура речной воды летом существенно ниже обычной, зимой выше, что приводит к возникновению многокилометровых незамерзающих уча­стков реки. Обильное подземное питание реки охлаждает ее воду в летний период, зи­мой приводит к уменьшению ледяного покрова, а иногда — к образованию полыньей.

Суточные максимумы температуры воды запаздывают на 1-2 часа по сравнению с температурой воздуха.

На малых и средних реках температура воды по глубине практически не меняется, на крупных реках возможно ее уменьшение летом в нижних слоях на 1-2°.

Тепловой сток

(W m в Дж или ккал) — количество тепла, проносимое через задан­ный створ реки за интервал времени (∆t ):

W m = L тпл ·ρ·T·V, где V — объем водного стока за тот же интервал времени, Т — средняя температура воды, ρ — ее плотность, L тпл — удельная теплоемкость воды.

Крупные реки, текущие в меридиональном направлении — трансзональные реки — имеют температуру воды, не свойственную рекам данной местности.

Реки по характеру ледового режима делятся на три группы: замерзающие, с неус­тойчивым ледоставом и незамерзающие.

На замерзающих реках выделяют три периода с характерными ледовыми явле­ниями: 1) замерзания, или осенних ледовых явлений, 2) ледостава, 3) вскрытия, или ве­сенних ледовых явлений.

Замерзание рек.При снижении температуры воды до нуля в реке начинаются осенние ледовые явления. Сало- плывущие пятна ледяной пленки, состоящие из кри­сталликов льда в виде тонких игл. Примерно в то же время образуются забереги- по­лосы неподвижного льда у берегов. При переохлаждении воды (до долей градуса ниже нуля) в ее толще и на дне может образовываться внутриводный лед- непрозрачная губчатая, ледяная масса из хаотически сросшихся кристалликов льда. Скопление внут-риводного льда на поверхности или в толще потока образуют шугу.Ее движение назы­вается шугоходом.Одновременно на поверхности образуются льдины, состоящие из кристаллического льда. Их движение — осенний ледоход.Закупорка русла шугой назы­вается зажором,а льдинами — затором.

Ледостав- образование сплошного неподвижного ледяного покрова. Небольшие незамерзающие участки — полыньи.Они связаны с выходами подземных вод или с бурным течением, иногда со сбросом в реку теплых вод промышленными и комму­нальными предприятиями. По мере нарастания толщины ледяного покрова, поперечное сечение русла уменьшается. Под влиянием возникающего напора вода может изливать­ся на поверхность льда. При ее замерзании образуется наледь.

Вскрытие рек. При наступлении положительных температур воздуха весной на­чинается таяние снега, а затем и льда.

На реке у берегов образуются полосы чистой во­ды — закраины. Сцепление ледяного покрова с берегом прекращается, появляются трещины. Иногда после этого наблюдаются небольшие (в несколько метров) смещение ледяных полей — подвижки льда. Затем ледяной покров разбивается на отдельные льдины, движение которых образуют весенний ледоход. Чаще, чем осенью, возникают заторы, особенно на крупных реках, текущих с юга на север. На малых реках ледяной покров нередко тает на месте без ледохода.

Почему вода в водоёмах зимой не промерзает до самого дна?

    Здравствуйте!

    Температура наибольшей плотности воды: +4 С см: http://news.mail.ru/society/2815577/

    Это свойство воды является принципиально важным для выживания живности многих водомов. Когда начинается понижение температуры воздуха (и соответственно — воды) осенью и в предзимье, сначала при температуре выше +4 С более холодная вода с поверхности водома опускается вниз (как более тяжлая), а тплая, как более лгкая, поднимается вверх и идт обычное вертикальное перемешивание воды. Но как только во всм водоме по вертикали устанавливается Т= +4 С, процесс вертикальной циркуляции останавливается, поскольку с поверхности вода уже при +3С становится легче той, что находится ниже (при +4С) и турбулентная теплопередача quot;холодаquot; по вертикали резко сокращается. В итоге с поверхности вода даже начинает замерзать, потом устанавливается и ледяной покров, но при этом в зимний период передача холода в нижние слои воды резко уменьшается, так как и сам слой льда сверху, и тем более, слой выпавшего на лд сверху снега обладают определ1нными теплоизоляционными свойствами! Поэтому у дна водома почти всегда остатся хотя бы тонкий слой воды при Т=+4С — а это и есть температура выживания в водоме речной, болотной, озрной и пр. живности. Если бы не это интересное и важное свойство воды (Мах плотность при +4С), то водомы на суше все промерзали бы до дна каждую зиму, и жизнь в них не была бы такой обильной!

    Всего доброго!

    Здесь работает очень важное свойство воды. Твердая вода (лед) легче своего жидкого состояния. Благодаря этому лед всегда находится сверху и защищает нижние слои воды от мороза. Только очень мелкие водоемы в очень сильный мороз могут промерзать до дна. В обычных случаях под слоем льда всегда находится вода, в которой сохраняется вся подводная жизнедеятельность.

    Все зависит от силы морозов,иногда даже глубокие стоячие водоемы могут замерзать до дна. если морозы под минус 40 стоят несколько недель. Но в основном, действительно, водоемы не промерзают, что дает возможность выжить обитающим в них рыбам и растениям. А дело тут в таком любопытном свойстве воды, как отрицательный коэффициент расширения, который имеет вода при температуре от +4 градусов и ниже. То есть если вода нагрета выше 4 градусов, то при увеличении ее температуры она будет стремиться занять больший объем, ее плотность уменьшается и он поднимается вверх. Если же вода остывает ниже 4 градусов ситуация меняется на противоположную — чем холоднее вода, тем легче она становится и тем меньше ее плотность, а следовательно более холодные слои воды стремятся наверх, а имеющие температуру +4- вниз.

    Таким образом подо льдом температура воду устанавливается в +4 градуса. Пограничные слои воды рядом со льдом будут либо подтапливать лед, либо подмерзать сами, увеличивая толщину льда, пока не установится динамическое равновесие — сколько льда растает от теплой воды, столько воды замерзнет от холодного льда. Ну а про теплопроводность льда сказано уже все.

    Вы упустили очень важный момент: самая большая плотность воды — при температуре +4 градуса. Поэтому, прежде чем водоем начнет замерзать, вся вода в нем, перемешиваясь, охлаждается до этих самых плюс четырех, а уж затем верхний слой охлаждается до нуля и начинает замерзать. Так как лед легче воды, он не опускается на дно, а остается на поверхности. Кроме того, лед имеет очень малую теплопроводность и это резко уменьшает теплообмен между холодным воздухом и слоем воды подо льдом.

ПРУД ЗИМОЙ

Дата: 12.1.10 | Раздел: Водоемы

С наступлением холодов все в саду замирает. Однако следует помнить, что в замерзших прудах будут зимовать рыбки и другая живность. Нужно основательно подготовить пруд к зиме, это особенно важно для водоемов глубиной около 1 метра.

Когда температура воды опускается до 8 °С, жив­ность, обитающая в пруду, переходит в состоя­ние глубокого сна. В зависимости от темпера­туры воды нужно постепенно снижать порцию корма. В этот период у рыб притупляются вкус и обоняние, они реагируют только на движение воды, перепады давления и прикосновения. Они опускаются на дно, выбирая самые глубо­кие и теплые места водоема — там они прово­дят всю зиму. На глубине 1 метра температура воды примерно 5 °С — этого вполне достаточно, чтобы рыбки смогли перезимовать. Однако в местах, где скапливаются живые организмы, очень часто не хватает кислорода. Если пруд долгое время находится подо льдом, то газы не выходят наружу и рыбы могут погибнуть.

Перед первыми заморозками

Об условиях зимовки рыб в водоеме следует подумать за pa нее до наступления первых замо­розков. Осенью совсем не обязательно срезать тростник и камыш.

Благодаря колыхающимся от ветра растениям вода в том месте, где они растут, замерзнет в самый последний момент.

Чтобы не весь пруд покрылся льдом, стоит выпустить на воду так называемый пенопласто­вый поплавок(продается в специализированных садовых магазинах). Эта конструкция состоит из кольца и крышки (крышку следует убрать, если необходимо открыть лунку во льду). Вода под кольцом не замерзнет, если нижняя часть будет погружена на глубину не менее 10 см. В коль­це находятся специальные камеры, в которые можно насыпать песок или камни. Когда тем­пература опустится до -8 °С, лунка под крыш­кой замерзает. Тогда в пенопластовый поплавок необходимо вмонтировать специальный нагре­ватель или компрессор. Также в поплавок можно закладывать пучки рубленого тростника, благо­даря которому вода в лунках не замерзнет и воз­обновится процесс газообмена.

На ледяной глади

Во время сильных морозов льдом покроется вся поверхность пруда. В нескольких местах необходимо сделать лунки. Для сверления лунок в толстом льду лучше всего подойдет коло­ворот, или ледобур, который вырезает отверстия диаметром около 1 5 см даже в самом тол­стом льду. Чем больше лунка, тем лучше. Чтобы проруби не замерзали, в лунки можно положить пучки тростника.

Первая зимовка

Если водоем, заселенный рыбками, был обу­строен только в этом сезоне, то первая зимовка может стать серьезным испытанием, из кото­рого нужно будет извлечь необходимые уроки. Например, неправильное и чрезмерное корм­ление обитателей вашего водоема могло при­вести к засорению дачного прудика. Бесспорно, это усложнит зимовку ваших рыбок. Им также придется побороться за выживаемость, если при заселении вы нарушили рекомендуемые нормы: на каждую рыбку длиной 10-15 см должно приходиться не менее 50 литров воды. Покупая питомцев для своего рукотворного пруда, не забывайте узнавать, каков макси­мальный размер взрослой особи. Одно из глав­ных условий здоровой зимовки — достаточное количество кислорода. Преимущества имеют водоемы с большей поверхностью, но они при этом не должны быть мелкими, иначе есть опас­ность полного промерзания.

Как сделать поплавок

Из куска пенопласта необходимо вырезать кольцо диаметром 40-50 см. Внутренний диаметр будет зависеть от тол­щины пучка тростника , который необхо­димо вставить в сере­дину . Чем больше кольцо , тем лучше . Тростник , длина которого составляет примерно 60 см, необходимо поме­стить в пенопласт в виде плотного пучка так , чтобы 2/3 его длины находились под водой . Кольцо следует опустить на воду перед тем , как водоем замерзнет . Чтобы кольцо не дрейфовало , его необходимо зафиксировать на поверхности воды при помощи «якоря» из обломка кирпи­ча , привязанного к поплавку . Так как гиря будет лежать на дне , длина лески должна быть боль ше , чем глубина водоема .

Сложная проблема в домашнем рыбоводстве — это перезимовка рыбы.

Рыбоводы-любители применяют разнообразные приемы для предотвращения зимнего замора. Чаще всего после замерзания водоема, когда лед имеет толщину 1,5 — 2,5 см, прорубают лунку и через нее откачивают воду. Образовавшаяся воздушная полость между поверхностью воды и льдом высотой 15 — 20 см насыщает кислородом воду. Лунку во

льду закрывают, утепляют, чтобы холод не проникал к поверхности воды и не заморозил ее снова. Полезно в этом случае утеплить лед снегом.

Можно организовать зимовку рыбы по-другому. С наступлением осеннего похолодания при температуре воды ниже 8° рыба перестает кормиться. Пруд освобождают от воды. Часть рыб (декоративные и предназначенные на доращивание) помещаю в зимовальную яму. Это бетонный колодец диаметром 70 см, глубиной 2,5 м, где она находится до весеннего снеготаяния, то есть до конца марта следующего года. Уровень воды в нем в течение зимы уменьшается с 2,2 до 1,7 м. Вырытая в непромерзающем болотистом грунте, закрытая сверху деревянным шитом, а зимой и снегом, зимовальная яма-колодец сохраняет внутри плюсовую температуру всю зиму. Вода в ней не замерзает и кислород из надводной воздушной прослойки свободно обогащает воду, спасая рыбу от замора. Долго я искал и спрашивал на форумах о разнообразных приемах для предотвращения зимнего замора,и вот нашел как раньше спасали без электричества.Это где приспустить можно воду из подо льда а лед задержат мелководья и бугринки подо льдом,и будут пустоты заполненые воздухом.

Природа удивляет нас необъяснимыми явлениями. Одно из них — кристаллизация воды. Многие интересует такой необычный вопрос, как почему при минусовых температурах на поверхности водоема образуется лед, а вот под льдом вода сохраняет жидкую форму. Как это объяснить?

Почему вода под толстым льдом не замерзает: ответы

При каком температурном режиме она начинает затвердевать? Этот процесс начинается уже при понижении температуры до 0 градусов по Цельсию, при условии, что сохраняется нормальный уровень атмосферного давления.

Слой льда в данном случае выполняет термоизоляционную функцию. Он защищает воду, которая находится под ним, от воздействия низких температур. Тот слой жидкости, который расположен прямо под ледяной коркой, имеет температуру всего 0 градусов. А вот более нижний слой отличается повышенной температурой, которая колеблется в пределах +4 градусов.

Ознакомьтесь с нашей публикацией Где находятся черные леса?

Если температура воздуха продолжает снижаться, лед становится толще. При этом охлаждается тот слой, который расположен непосредственно подо льдом. При этом вся вода не промерзает, так как она отличается повышенной температурой.

Кроме этого, важным условием образования ледяной корки является то, что низкая температура должна удерживаться на протяжении длительного времени, иначе лед не успеет образоваться.

Как образуется лед?

При снижении температуры плотность жидкости снижается. Именно этим и объясняется то, что более теплая вода находится снизу, а холодная — сверху. Воздействие холода провоцирует расширение и уменьшение плотности, в результате на поверхности образуется ледяная корка.

Благодаря таким свойствам воды, в нижних слоях удерживается температура +4 градуса. Этот температурный режим идеально подходит для жителей глубин водоемов (как рыб, так и моллюсков, растений). Если температура снизится, они погибнут.

Интересно то, что в теплое время года все наоборот — температура водоема на поверхности гораздо выше, чем на глубине. То, насколько быстро будет замерзать вода, зависит от того, сколько в ее составе присутствует солей. Чем выше концентрация соли, тем хуже она замерзает.

Ледяная корка способствует удерживанию тепла, поэтому вода под ней немного теплее. Лед препятствует пропусканию воздуха в нижний слой, что способствует сохранению определенного температурного режима.

Если ледяная корка толстая и водоем имеет достаточную глубину, вода в нем не будет промерзать полностью. Если же ее немного, есть вероятность того, что при воздействии низких температур промерзнет весь водоем.

Глубокая осень. Дни становятся всё короче и короче. Солнце выглянет на минуту из-за тяжёлых туч, скользнёт по земле своим косым лучом и снова скроется. Холодный ветер свободно гуляет по опустевшим полям и обнажённому лесу, выискивая где-нибудь ещё уцелевший цветок или прижавшийся к ветке лист, чтобы сорвать его, высоко поднять и потом бросить в ров, канаву или борозду. По утрам лужи уже покрываются хрустящими льдинками. Только глубокий пруд все ещё не хочет замёрзнуть, и ветер по-прежнему рябит его серую гладь. Но вот уже замелькали пушистые снежинки. Они подолгу крутятся в воздухе, как бы не решаясь упасть на холодную неприветливую землю. Идёт зима.

Тонкая корка льда, образовавшегося сначала у берегов пруда, ползёт на середину к более глубоким местам, и вскоре вся поверхность покрывается чистым прозрачным стеклом льда. Ударили морозы, и лёд стал толстым, чуть не в метр. Однако до дна ещё далеко. Подо льдом даже в сильные морозы сохраняется вода. Почему же глубокий пруд не промерзает до дна? Обитатели водоёмов должны быть благодарны за это одной из особенностей воды. В чём же заключается эта особенность?

Известно, что кузнец сначала нагревает железную шину, а затем надевает её на деревянный обод колеса. Охладившись, шина сделается короче и плотно обожмёт обод. Рельсы никогда не укладываются плотно друг к другу, иначе, нагревшись на солнце, они обязательно изогнутся. Если налить полную бутылку масла и поставить её в тёплую воду, то масло станет переливаться через край.

Из этих примеров ясно, что при нагревании тела расширяются; при охлаждении они сжимаются. Это справедливо почти для всех тел, но для воды этого нельзя утверждать безоговорочно. В отличие от других тел вода при нагревании ведёт себя по-особому. Если при нагревании тело расширяется, значит, оно становится менее плотным, — ведь вещества в этом теле остаётся столько же, а объём его увеличивается. При нагревании жидкостей в прозрачных сосудах можно наблюдать, как более тёплые и потому менее плотные слои поднимаются со дна вверх, а холодные опускаются вниз. На этом основано, между прочим, устройство водяного отопления с естественной циркуляцией воды. Остывая в радиаторах, вода становится плотнее, опускается вниз и поступает в котёл, вытесняя вверх уже нагретую там и потому менее плотную воду.

Подобное движение происходит и в пруду. Отдавая своё тепло холодному воздуху, вода охлаждается с поверхности пруда и, как более плотная, стремится опуститься на дно, вытесняя собой нижние тёплые, менее плотные слои. Однако такое движение будет совершаться только до тех пор, пока вся вода не остынет до плюс 4 градусов. Собравшаяся на дне при температуре 4 градуса вода уже не будет подниматься вверх, хотя бы поверхностные её слои и имели температуру более низкую. Почему?

Вода при 4 градусах имеет самую большую плотность. При всех других температурах — выше или ниже 4 градусов — вода оказывается менее плотной, чем при этой температуре.

В этом и заключается одно из отступлений воды от закономерностей, общих для других жидкостей, одна из её аномалий (аномалия — это отклонение от нормы). Плотность всех других жидкостей, как правило, начиная от температуры плавления, при нагревании уменьшается.

Что же произойдёт дальше при остывании пруда? Верхние слои воды становятся всё менее и менее плотными. Поэтому они остаются на поверхности и при нуле градусов превращаются в лёд. По мере дальнейшего остывания корка льда растёт, а под ним по-прежнему находится жидкая вода с температурой, лежащей между нулём и 4 градусами.

Здесь, вероятно, у многих возникает вопрос: почему же нижняя кромка льда не тает, если она находится в соприкосновении с водой? Потому, что тот слой воды, который непосредственно соприкасается с нижней кромкой льда, имеет температуру нуль градусов. При этой температуре одновременно существуют и лёд и вода. Для того чтобы лёд превратился в воду, необходимо, как увидим дальше, значительное количество тепла. А этого тепла нет. Лёгкий слой воды с температурой в нуль градусов отделяет ото льда более глубокие слои тёплой воды.

Но представьте теперь себе, что вода ведёт себя так, как большинство других жидкостей. Достаточно было бы незначительного мороза, как все реки, озёра, а может быть и северные моря, в течение зимы промёрзли бы до дна. Многие из живых существ подводного царства были бы обречены на гибель.

Правда, если зима очень продолжительна и сурова, то многие не слишком глубокие водоёмы могут промёрзнуть до дна. Но в наших широтах это наблюдается крайне редко. Промерзанию воды до дна препятствует и сам лёд: он плохо проводит тепло и защищает собой нижние слои воды от охлаждения.

Тайна замерзания водоемов

Лёд на поверхности прудов и озёр — первый признак наступающей зимы. Толстая корка льда, по идее, должна быть тяжелее воды и опускаться на дно водоема. Но происходит все наоборот. Льдины легче, находятся на поверхности и не думают тонуть. Не было бы этого эффекта зимой, то и о катаниях на коньках не было бы и речи. Это всё ясно, но почему вода не замерзает под слоем льда?

Парадокс воды

Вода — одна из немногих субстанций в природе, которая при замерзании не сжимается, а расширяется. Соответственно при кристаллизации масса теряет в весе. Ученые рассчитали, что самую высокую плотность вода имеет при температуре +4 градуса Цельсия.

Как замерзает вода?

Практически все жидкости при охлаждении сжимаются, что приводит к сокращению их объема и увеличению концентрации. Например, твердый воск опускается на дно сосуда с расплавленным воском из-за более высокой массы. Точно так же ведет себя и вода, которую охлаждают до +4 градусов Цельсия. Она сжимается. Но после этой отметки происходит нечто странное. При дальнейшем замораживании, вода вдруг начинает расширяться и становиться менее плотной. Таким образом, лед, полученный заморозкой воды при 0 градусе Цельсия, оказывается легче незамерзшего слоя воды с температурой на 4-5 градуса выше нуля.

Замерзание водоема происходит в несколько этапов:

  • Вода охлаждается до +4 градусов Цельсия, становится более плотной и, соответственно, опускается на дно водоема. Теплые слои поднимаются вверх, где также охлаждаются и снова уходят на дно.
  • Конвекция несколько замедляется после остужения всех слоев водоема до +4 градусов.
  • Дальнейшее понижение температуры в верхней части запускает процесс расширения и уменьшения плотности слоев на поверхности. Опуститься ниже он уже не может, поэтому продолжает замерзать и кристаллизоваться.
  • При нулевой температуре верхний слой превращается в лёд, а нижние слои так и остаются в жидком состоянии.

Сохранение плюсовой температуры в нижних слоях водоема дает возможность живым организмам выживать в условиях суровых зим. Ведь если бы этого эффекта не было, то вся фауна и флора погибла бы.

Разница кристаллизации воды и воска

Ледяной кубик воды имеет на поверхности небольшую выпуклость, что связано с процессом замерзания Н2О: с краев в середину. То есть вода в центре кристаллизуется в самую последнюю очередь и за счет давления выдавливает корку наружу.

Воск замерзает в точности наоборот и образует вогнутую поверхность, что связано с процессом равномерного сжатия при кристаллизации.

Уважаемые читатели!
Спасибо, что читаете наш блог! Получайте самые интересные публикации раз в месяц оформив подписку. Новым читателям предлагаем попробовать нашу воду бесплатно, при первом заказе выберите 12 бутылок (2 упаковки) минеральной воды BioVita или питьевой воды Stelmas. Операторы свяжутся с Вами и уточнят детали. Тел. 8 (800) 100-15-15

* Акция для Москвы, МО, Санкт-петербурга, ЛО

Спасибо за подписку на нашу рассылку

Почему льдины не тонут в воде. Исследовательская работа»Почему лёд не тонет?». Значение процесса замерзания воды в функционировании планеты

В океане дрейфуют полярные ледяные глыбы и айсберги, и даже в напитках лед никогда не опускается на дно. Можно сделать вывод, что лед не тонет в воде. Почему? Если подумать об этом, то этот вопрос может показаться немного странным, потому что лед твердый и — интуитивно — должен быть тяжелее жидкости. Хотя это утверждение справедливо для большинства веществ, вода является исключением из правила. Воду и лед отличают водородные связи, которые в твердом состоянии делают лед легче, чем когда он находится в жидком состоянии.

Вопрос научный: почему лед не тонет в воде

Представим, что мы находимся на уроке под названием «Окружающий мир» в 3 классе. «Почему лед не тонет в воде?», — спрашивает учительница у детей. И малыши, не имея глубоких познаний в физике, начинают рассуждать. «Возможно, это магия?» — заявляет один из детей.

Действительно, лед крайне необычен. Практически нет никаких других естественных веществ, которые в твердом состоянии могли бы плавать на поверхности жидкости. Это одно из свойств, которое делает воду таким необычным веществом и, если признаться, именно оно изменяет пути эволюции планет.

Существуют некоторые планеты, которые содержат огромное количество таких жидких углеводородов, как, например, аммиак — тем не менее, при замерзании этот материал опускается на дно. Причина того, почему лед не тонет в воде, заключается в том, что при замерзании вода расширяется, и вместе с этим понижается ее плотность. Интересно, расширение льда может разбить камни — настолько необычен процесс оледенения воды.

Говоря научным языком, в процессе замерзания устанавливаются быстрые циклы выветривания и определенные химические вещества, выделяемые на поверхности способны растворять минералы. В целом, с замерзанием воды связаны такие процессы и возможности, которых физические свойства других жидкостей не предполагают.

Плотность льда и воды

Таким образом, ответ на вопрос о том, почему лед не тонет в воде, а плавает на поверхности, заключается в том, что он имеет более низкую плотность, чем жидкость — но это ответ первого уровня. Для лучшего понимания нужно знать, почему у льда низкая плотность, почему вещи всплывают в первую очередь, как плотность приводит к плаванию.

Вспомним греческого гения Архимеда, который выяснил, что после погружения определенного предмета в воду объем воды увеличивается на число, равное объему погружаемого объекта. Другими словами, если вы положите глубокое блюдо на поверхность воды, а затем поместите в него тяжелый предмет, то объем воды, который нальется в блюдо, будет точно равен объему объекта. Не имеет значения, объект погружается полностью или частично.

Свойства воды

Вода — это удивительное вещество, которое в основном питает жизнь на земле, ведь каждый живой организм нуждается в ней. Одним из наиболее важных свойств воды является то, что она обладает наивысшей плотностью при температуре 4 °C. Так, горячая вода или лед являются менее плотными, чем холодная вода. Менее плотные вещества плавают поверх более плотных веществ.

Например, во время приготовления салата, можно заметить, что масло находится на поверхности уксуса — это можно объяснить тем, что оно обладает меньшей плотностью. Этот же закон действителен и для объяснения того, почему в воде лед не тонет, а в бензине и керосине — тонет. Просто эти два вещества обладают меньшей, чем у льда, плотностью. Так, если вы запустите в бассейн надувной мячик, он будет плавать на поверхности, если же вы бросите в воду камень — он опустится на дно.

Какие изменения происходят с водой при замерзании

Причина того, почему лед не тонет в воде, связана с водородными связями, которые изменяются при замерзании воды. Как известно, вода состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Они прикреплены ковалентными связями, которые невероятно сильны. Однако другой тип связи, который образуется между различными молекулами, называемый водородной связью, слабее. Эти связи образуются потому, что положительно заряженные атомы водорода притягиваются отрицательно заряженными атомами кислорода соседних молекул воды.

Когда вода теплая, молекулы очень активны, много перемещаются, быстро образуют и разлагают связи с другими молекулами воды. У них есть энергия, чтобы приближаться друг к другу и двигаться быстро. Итак, почему лед не тонет в воде? Химия скрывает ответ.

Физико-химия льда

По мере того, как температура воды опускается ниже 4 °C, кинетическая энергия жидкости уменьшается, поэтому молекулы больше не перемещаются. У них нет энергии для перемещения и такого же легкого, как при высокой температуре, разрыва и формирования связей. Вместо этого они образуют больше водородных связей с другими молекулами воды с образованием гексагональных структур решетки.

Они образуют эти структуры, чтобы поддерживать отрицательно заряженные молекулы кислорода друг от друга. В середине шестиугольников, образуемых в результате деятельности молекул, много пустоты.

Лед тонет в воде — причины

Лед фактически на 9% менее плотный, чем жидкая вода. Поэтому лед занимает больше места, чем вода. Практически это имеет смысл, потому что лед расширяется. Вот почему не рекомендуют замораживать стеклянную бутылку воды — замороженная вода может создавать большие трещины даже в бетоне. Если у вас есть литровая бутылка льда и литровая бутылка воды, тогда бутылка с ледяной водой будет легче. Молекулы находятся дальше друг от друга в этой точке, чем когда вещество находится в жидком состоянии. Вот почему лед не тонет в воде.

Когда лед тает, стабильная кристаллическая структура разрушается и становится плотнее. Когда вода прогревается до 4 °C, она получает энергию, и молекулы движутся быстрее и дальше. Именно по этой причине горячая вода занимает больше места, чем холодная вода, и плавает поверх холодной воды — она обладает меньшей плотностью. Вспомните, когда вы находитесь на озере, во время купания верхний слой воды всегда приятный и теплый, однако когда вы опускаете свои ноги глубже, ощущаете холод нижнего слоя.

Значение процесса замерзания воды в функционировании планеты

Несмотря на то что вопрос «Почему лед не тонет в воде?» для 3 класса, очень важно понимать, почему этот процесс происходит и какое имеет значение для планеты. Так, плавучесть льда имеет важные последствия для жизни на Земле. Озера замерзают зимой в холодных местах — это позволяет рыбе и другим водным животным выживать под ледяным покрывалом. Если бы замерзло дно, то высока вероятность того, что все озеро могло бы быть заморожено.

В таких условиях в живых не осталось бы ни единого организма.

Если бы плотность льда была выше плотности воды, то в океанах лед бы опустился, и ледяные шапки, которые в таком случае находились бы на дне, не позволили бы кому-либо там жить. На дне океана было бы полно льда — и во что бы это все превратилось? Кроме всего прочего, полярный лед важен, поскольку он отражает свет и предохраняет планету Земля от чрезмерного перегревания.

Почему лед плавает в воде? Почему вода способна растворять так много различных веществ? Почему полотенце способно впитывать воду снизу вверх, вопреки законам тяготения? Если предположить, что вода пришла к нам из иного мира, эти и прочие загадки, окружающие воду, покажутся менее сложными для понимания.

Если бы вода вела себя как все другие вещества на земле, не было бы нас с вами.

Вода — это нечто настолько простое, что мы редко думаем о ней. Однако, нет ничего более загадочного, чем простая вода. Самая большая загадка воды: почему лед плавает. Любое другое вещество, переходя из жидкого состояния в твердое, становится более тяжелым, поскольку плотность вещества возрастает.

Вода, переходя из жидкого состояния в твердое, напротив, становиться более легкой.

В структуре льда частички воды располагаются очень упорядоченно, с большим количеством свободного пространства между частичками. Объем льда больше объема воды, из которого он образовался. Объем больше, плотность меньше — лед легче воды, поэтому в воде он не тонет. Огромные глыбы льда, айсберги — не тонут в воде.

  • Когда лед снова превращается в воду, частички становятся в сотни тысяч раз более активными, а свободное пространство заполняется.

Жидкая форма воды более плотная и тяжелая, чем твердая форма. Самой тяжелой вода становится при температуре + 4°С. По мере повышения температуры, частички воды становятся более активными, что приводит к уменьшению ее плотности.

Какой бы холодной зима не стояла над водоемом, температура воды у дна постоянная: +4°С. Все, что живет на дне, может пережить длинные зимы подо льдом. Лед легче воды. Своим панцирем на поверхности воды, он защищает дно водоема от промерзания.

В том, что лёд плавает на воде, никто не сомневается; каждый это видел сотни раз и на пруду, и на реке.

Но многие ли задумывались над таким вопросом: все ли твёрдые вещества ведут себя так же, как лёд, то есть плавают в жидкостях, образовавшихся при их плавлении?

Расплавьте в банке парафин или воск и бросьте в эту жидкость ещё кусочек того же твёрдого вещества, он тотчас же потонет. То же произойдёт и со свинцом:, и с оловом, и со многими другими веществами. Оказывается, как правило, твёрдые тела всегда тонут в жидкостях, которые образуются при их плавлении.

Обращаясь чаще всего с водой, мы так привыкли к обратному явлению, что нередко забываем это характерное для всех других веществ свойство. Надо помнить, что вода в этом отношении представляет редкое исключение. Только металл висмут и чугун ведут себя так же, как и вода.

Если бы лёд был тяжелее воды и не удерживался бы на её поверхности, а тонул, то даже в глубоких водоёмах вода замерзала бы зимой целиком. В самом: деле, падающий на дно пруда лёд вытеснял бы нижние слои воды вверх, и это происходило бы до тех пор, пока вся вода не превратилась в лёд.

Однако при замерзании воды происходит совсем обратная картина. В тот момент, когда вода превращается в лёд, объём её внезапно увеличивается примерно на 10 процентов, и лёд оказывается менее плотным, чем вода. Поэтому-то он и плавает в воде, как плавает любое тело в жидкости, имеющей большую плотность: железный гвоздь в ртути, пробка в масле и т. д. Если считать плотность воды равной единице, то плотность льда будет составлять только 0,91. Эта цифра позволяет нам узнать толщину плывущей по воде льдины. Если высота льдины над водой равна, например, 2 сантиметрам, то мы можем заключить, что подводный слой льдины в 9 раз толще, то есть равен 18 сантиметрам, а вся льдина имеет 20 сантиметров толщины.

В морях и океанах встречаются иногда огромные ледяные горы — айсберги (рис. 4). Это сползшие с полярных гор и унесённые течением и ветром в открытое море ледники. Высота их может достигать 200 метров, а объём — нескольких миллионов кубических метров. Девять десятых всей массы айсберга спрятаны под водой. Поэтому встреча с ним весьма опасна. Если судно во-время не заметит движущегося ледяного гиганта, оно может при столкновении получить серьёзные повреждения или даже погибнуть.

Внезапное увеличение объёма при переходе жидкой коды в лёд представляет важную особенность воды. С этой особенностью приходится часто считаться в практической жизни. Если оставить бочку с водой на морозе, то вода, замёрзнув, разорвёт бочку. По этой же причине нельзя оставлять воду в радиаторе автомобиля, стоящего в холодном гараже. В сильные морозы нужно опасаться малейшего перерыва в подаче тёплой воды по трубам водяного отопления: вода, остановившаяся в наружной трубе, может быстро замёрзнуть, и тогда труба лопнет.

Замерзая в трещинах скал, вода нередко является причиной горных обвалов.

Рассмотрим теперь один опыт, который имеет прямое отношение к расширению воды при нагревании. Постановка этого опыта требует специального оборудования, и вряд ли кто из читателей может его воспроизвести в домашней обстановке. Да это и не является необходимостью; опыт легко себе представить, а его результаты мы постараемся подтвердить на хорошо знакомых для каждого примерах.

Возьмём очень крепкий металлический, лучше всего стальной цилиндр (рис. 5), насыплем на дно его немного дроби, наполним водой, укрепим крышку болтами и станем поворачивать винт. Так как вода сжимается очень мало, то долго крутить винт не придётся. Уже после нескольких оборотов давление внутри цилиндра поднимается до сотен атмосфер. Если теперь цилиндр охладить даже на 2-3 градуса ниже нуля, то вода в нём не замёрзнет. Но как в этом убедиться? Если открыть цилиндр, то при такой температуре и атмосферном давлении вода моментально превратится в лёд, и мы не будем знать, была ли она жидкой или твёрдой, когда находилась под давлением. Здесь нам помогут насыпанные дробинки. Когда цилиндр остужен, перевернём его вверх дном. Если вода замёрзла, дробь будет лежать на дне, если не замёрзла, дробь соберётся у крышки. Открутим винт. Давление упадёт, и вода обязательно замёрзнет. Сняв крышку, мы убеждаемся, что вся дробь собралась около крышки. Значит, действительно вода, находящаяся под давлением, не замерзала при температуре ниже нуля.

Опыт показывает, что температура замерзания воды с увеличением давления понижается примерно на один градус на каждые 130 атмосфер.

Если бы мы стали строить свои рассуждения на основании наблюдений над множеством других веществ, то должны были бы прийти к обратному выводу. Давление обычно помогает жидкостям затвердевать: под давлением жидкости замерзают при более высокой температуре, и удивляться тут нечему, если вспомнить, что большинство веществ при застывании уменьшается в объёме. Давление вызывает уменьшение объёма и этим облегчает переход жидкости в твёрдое состояние. Вода же при застывании, как мы уже знаем, не уменьшается в объёме, а наоборот, расширяется. Поэтому-то давление, препятствуя расширению воды, понижает температуру её замерзания.

Известно, что в океанах на больших глубинах температура воды ниже нуля градусов, и тем не менее вода на этих глубинах не замерзает. Объясняется это давлением, которое создают верхние слои воды. Слой воды толщиной в один километр давит с силой около ста атмосфер.

Будь вода нормальной жидкостью, мы вряд ли бы испытывали удовольствие от катанья на коньках по льду. Это было бы то же самое, что и катанье по совершенно гладкому стеклу. Коньки не скользят по стеклу. Совсем другое дело на льду. Кататься на коньках по льду очень легко. Почему? Под тяжестью нашего тела тонкое лезвие конька производит на лёд довольно сильное давление, и лёд под коньком тает; образуется тонкая плёнка воды, которая служит превосходной смазкой.

В океане дрейфуют полярные ледяные глыбы и айсберги, и даже в напитках лед никогда не опускается на дно. Можно сделать вывод, что лед не тонет в воде. Почему? Если подумать об этом, то этот вопрос может показаться немного странным, потому что лед твердый и — интуитивно — должен быть тяжелее жидкости. Хотя это утверждение справедливо для большинства веществ, вода является исключением из правила. Воду и лед отличают водородные связи, которые в твердом состоянии делают лед легче, чем когда он находится в жидком состоянии.

Вопрос научный: почему лед не тонет в воде

Представим, что мы находимся на уроке под названием «Окружающий мир» в 3 классе. «Почему лед не тонет в воде?», — спрашивает учительница у детей. И малыши, не имея глубоких познаний в физике, начинают рассуждать. «Возможно, это магия?» — заявляет один из детей.

Действительно, лед крайне необычен. Практически нет никаких других естественных веществ, которые в твердом состоянии могли бы плавать на поверхности жидкости. Это одно из свойств, которое делает воду таким необычным веществом и, если признаться, именно оно изменяет пути эволюции планет.

Существуют некоторые планеты, которые содержат огромное количество таких жидких углеводородов, как, например, аммиак — тем не менее, при замерзании этот материал опускается на дно. Причина того, почему лед не тонет в воде, заключается в том, что при замерзании вода расширяется, и вместе с этим понижается ее плотность. Интересно, расширение льда может разбить камни — настолько необычен процесс оледенения воды.

Говоря научным языком, в процессе замерзания устанавливаются быстрые циклы выветривания и определенные химические вещества, выделяемые на поверхности способны растворять минералы. В целом, с замерзанием воды связаны такие процессы и возможности, которых физические свойства других жидкостей не предполагают.

Плотность льда и воды

Таким образом, ответ на вопрос о том, почему лед не тонет в воде, а плавает на поверхности, заключается в том, что он имеет более низкую плотность, чем жидкость — но это ответ первого уровня. Для лучшего понимания нужно знать, почему у льда низкая плотность, почему вещи всплывают в первую очередь, как плотность приводит к плаванию.

Вспомним греческого гения Архимеда, который выяснил, что после погружения определенного предмета в воду объем воды увеличивается на число, равное объему погружаемого объекта. Другими словами, если вы положите глубокое блюдо на поверхность воды, а затем поместите в него тяжелый предмет, то объем воды, который нальется в блюдо, будет точно равен объему объекта. Не имеет значения, объект погружается полностью или частично.

Свойства воды

Вода — это удивительное вещество, которое в основном питает жизнь на земле, ведь каждый живой организм нуждается в ней. Одним из наиболее важных свойств воды является то, что она обладает наивысшей плотностью при температуре 4 °C. Так, горячая вода или лед являются менее плотными, чем холодная вода. Менее плотные вещества плавают поверх более плотных веществ.

Например, во время приготовления салата, можно заметить, что масло находится на поверхности уксуса — это можно объяснить тем, что оно обладает меньшей плотностью. Этот же закон действителен и для объяснения того, почему в воде лед не тонет, а в бензине и керосине — тонет. Просто эти два вещества обладают меньшей, чем у льда, плотностью. Так, если вы запустите в бассейн надувной мячик, он будет плавать на поверхности, если же вы бросите в воду камень — он опустится на дно.

Какие изменения происходят с водой при замерзании

Причина того, почему лед не тонет в воде, связана с водородными связями, которые изменяются при замерзании воды. Как известно, вода состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Они прикреплены ковалентными связями, которые невероятно сильны. Однако другой тип связи, который образуется между различными молекулами, называемый водородной связью, слабее. Эти связи образуются потому, что положительно заряженные атомы водорода притягиваются отрицательно заряженными атомами кислорода соседних молекул воды.

Когда вода теплая, молекулы очень активны, много перемещаются, быстро образуют и разлагают связи с другими молекулами воды. У них есть энергия, чтобы приближаться друг к другу и двигаться быстро. Итак, почему лед не тонет в воде? Химия скрывает ответ.

Физико-химия льда

По мере того, как температура воды опускается ниже 4 °C, кинетическая энергия жидкости уменьшается, поэтому молекулы больше не перемещаются. У них нет энергии для перемещения и такого же легкого, как при высокой температуре, разрыва и формирования связей. Вместо этого они образуют больше водородных связей с другими молекулами воды с образованием гексагональных структур решетки.

Они образуют эти структуры, чтобы поддерживать отрицательно заряженные молекулы кислорода друг от друга. В середине шестиугольников, образуемых в результате деятельности молекул, много пустоты.

Лед тонет в воде — причины

Лед фактически на 9% менее плотный, чем жидкая вода. Поэтому лед занимает больше места, чем вода. Практически это имеет смысл, потому что лед расширяется. Вот почему не рекомендуют замораживать стеклянную бутылку воды — замороженная вода может создавать большие трещины даже в бетоне. Если у вас есть литровая бутылка льда и литровая бутылка воды, тогда бутылка с ледяной водой будет легче. Молекулы находятся дальше друг от друга в этой точке, чем когда вещество находится в жидком состоянии. Вот почему лед не тонет в воде.

Когда лед тает, стабильная кристаллическая структура разрушается и становится плотнее. Когда вода прогревается до 4 °C, она получает энергию, и молекулы движутся быстрее и дальше. Именно по этой причине горячая вода занимает больше места, чем холодная вода, и плавает поверх холодной воды — она обладает меньшей плотностью. Вспомните, когда вы находитесь на озере, во время купания верхний слой воды всегда приятный и теплый, однако когда вы опускаете свои ноги глубже, ощущаете холод нижнего слоя.

Значение процесса в функционировании планеты

Несмотря на то что вопрос «Почему лед не тонет в воде?» для 3 класса, очень важно понимать, почему этот процесс происходит и какое имеет значение для планеты. Так, плавучесть льда имеет важные последствия для жизни на Земле. зимой в холодных местах — это позволяет рыбе и другим водным животным выживать под ледяным покрывалом. Если бы замерзло дно, то высока вероятность того, что все озеро могло бы быть заморожено.

В таких условиях в живых не осталось бы ни единого организма.

Если бы плотность льда была выше плотности воды, то в океанах лед бы опустился, и ледяные шапки, которые в таком случае находились бы на дне, не позволили бы кому-либо там жить. На дне океана было бы полно льда — и во что бы это все превратилось? Кроме всего прочего, полярный лед важен, поскольку он отражает свет и предохраняет планету Земля от чрезмерного перегревания.

Нас совершенно не удивляют плавающие ледяные глыбы в начале весны, когда водоемы начинают освобождаться от зимней «одежды» и открывают человеческому взору красоту пресной воды. Мы настолько привыкли к этому природному явлению, что даже не задумываемся и не задаемся вопросом, почему лед не тает? И если подумать, то не сразу вспоминаешь примеры, когда твердые вещества наподобие льда плавают в жидкостях, которые образуются при их плавлении. Можно расплавить в емкости парафин или воск и в образовавшуюся лужицу бросить кусочек того же вещества, только в твердом состоянии. И что мы видим? Воск и парафин благополучно тонут в жидкости, которая образовалась в результате их же плавления.

Почему лёд не тонет в воде? Дело в том, что вода в этом примере — очень редкое и уникальное по своей сути исключение. В природе только металл и чугун ведут себя аналогично кусочку льда, держащегося на поверхности воды.


ли бы лед был тяжелее воды, то он непременно бы тонул под своей же тяжестью и при этом вытеснял воду, находящуюся в нижней части водоема на поверхность. В результате весь водоем промерзал бы до самого дна! Однако, когда вода замерзает, происходит совершенно иная ситуация. Превращение воды в лед увеличивает ее объем приблизительно на 10% и именно в этот момент лед имеет меньшую плотность, нежели сама вода . Именно по этой причине лед плавает на поверхности воды и не тонет. Тоже самое можно наблюдать, когда на воду опускается бумажный кораблик, плотность которого намного раз меньше плотности воды. Был бы кораблик из дерева или другого материала, то непременно утонул бы. Если сравнивать показатели плотности в цифрах, то, к примеру, если плотность воды составляет единицу, то плотность льда будет равна 0,91.

Увеличение объема воды при переходе ее в состояние льда следует учитывать и в повседневной жизни. Достаточно оставить на морозе бочку, доверху заполненную водой, то жидкость, замерзнув, разорвет емкость. Именно поэтому не рекомендуется оставлять воду в радиаторе автотранспортного средства, которое стоит на морозе. Также в сильные морозы необходимо опасаться перерывов в подаче теплой воды, идущей по трубам отопления. Если в наружной трубе осталась вода, то она моментально замерзает, что неминуемо приведет к повреждению водопровода.

Как известно, в океанах и морях на больших глубинах, где температура ниже нулевой отметки, вода все равно не замерзает и не превращается в глыбу льда . Объяснить это достаточно просто — верхние слои воды создают огромное давление. К примеру, слой воды в один километр давит с силой более ста атмосфер.

Если бы вода была нормальной, а не уникальной жидкостью, мы не получали бы удовольствие от катания на коньках. Мы же не катаемся по стеклу? А ведь оно намного глаже и привлекательнее льда. Но стекло — такой материал, по которому коньки скользить не будут. А вот по льду, даже не очень хорошего качества кататься на коньках одно удовольствие. Вы спросите почему? Дело в том, что тяжесть нашего тела давит на очень тонкое лезвие конька, которое оказывает сильное давление на лед . В результате этого давления от конька лед начинает таять с образованием тонкой пленки воды, по которой конек превосходно скользит.

Как объяснить ребенку сложные физические процессы?

Первое, что приходит на ум, так что плотность. Да, на самом деле, лёд плавает потому, что он менее плотный, чем вода. Но как объяснить ребенку, что такое плотность? Рассказывать ему школьную программу никто не обязан, а вот свести все к тому, что лёд легче, вполне реально. Ведь по факту один и то же объем воды и льда обладает разным весом. Если изучать проблему более подробно, то можно озвучить еще несколько причин, кроме плотности.
Лед в воде не тонет не только потому, что его уменьшенная плотность не дает ему опускаться ниже. Причина еще и в том, что в толще льда заморожены небольшие пузырьки воздуха. Они также уменьшают плотность, а потому в общем получается, что вес пластины из льда становится еще меньше. Когда лед расширяется, он не захватывает больше воздуха, но зато все те пузырьки, которые уже оказались внутри этого пласта, оказываются там до тех пор, пока лед не начнет таять или сублимироваться.

Проводим опыт над силой расширения воды

Но как доказать, что лёд на самом деле расширяется? Ведь вода тоже может расширяться, как же доказать это в искусственных условиях? Можно провести интересный и очень простой опыт. Для этого понадобится пластиковый или картонный стаканчик и вода. Ее количество необязательно должно быть большим, заполнять стаканчик до краев не потребуется. Также в идеале нужна температура около -8 градусов или ниже. Если температура будет слишком высокой, опыт продлится неоправданно долго.
Итак, вода залита внутрь, надо ждать, когда образуется лёд. Поскольку мы выбрали оптимальную температуру, при которой небольшой объем жидкости обратится в лёд в течение двух-трех часов, можно спокойно идти домой и ждать. Ждать нужно до тех пор, пока вся вода не обратится в лед. Спустя некоторое время смотрим на результат. Деформированный или разорванный льдом стаканчик гарантирован. При более низкой температуре последствия выглядят более эффектно, да и сам эксперимент занимает меньше времени.

Негативные последствия

Получается простой опыт подтверждает, что в ледяные глыбы и правда расширяются при уменьшении температуры, а объем воды легко увеличивается при замерзании. Как правило, эта особенность несет немало проблем забывчивым людям: бутылка шампанского, оставленная на балконе под Новый год на большой срок, разрывается из-за воздействия льда. Поскольку сила расширения очень большая, повлиять на нее никак нельзя. Ну а что касается плавучести ледяных глыб, то здесь можно ничего не доказывать. Самые любопытные могут легко провести подобный опыт весной или осенью самостоятельно, пытаясь утопить в большой луже кусочки льда.

В том, что лёд плавает на воде, никто не сомневается; каждый это видел сотни раз и на пруду, и на реке.

Но многие ли задумывались над таким вопросом: все ли твёрдые вещества ведут себя так же, как лёд, то есть плавают в жидкостях, образовавшихся при их плавлении?

Расплавьте в банке парафин или воск и бросьте в эту жидкость ещё кусочек того же твёрдого вещества, он тотчас же потонет. То же произойдёт и со свинцом:, и с оловом, и со многими другими веществами. Оказывается, как правило, твёрдые тела всегда тонут в жидкостях, которые образуются при их плавлении.

Обращаясь чаще всего с водой, мы так привыкли к обратному явлению, что нередко забываем это характерное для всех других веществ свойство. Надо помнить, что вода в этом отношении представляет редкое исключение. Только металл висмут и чугун ведут себя так же, как и вода.

Если бы лёд был тяжелее воды и не удерживался бы на её поверхности, а тонул, то даже в глубоких водоёмах вода замерзала бы зимой целиком. В самом: деле, падающий на дно пруда лёд вытеснял бы нижние слои воды вверх, и это происходило бы до тех пор, пока вся вода не превратилась в лёд.

Однако при замерзании воды происходит совсем обратная картина. В тот момент, когда вода превращается в лёд, объём её внезапно увеличивается примерно на 10 процентов, и лёд оказывается менее плотным, чем вода. Поэтому-то он и плавает в воде, как плавает любое тело в жидкости, имеющей большую плотность: железный гвоздь в ртути, пробка в масле и т. д. Если считать плотность воды равной единице, то плотность льда будет составлять только 0,91. Эта цифра позволяет нам узнать толщину плывущей по воде льдины. Если высота льдины над водой равна, например, 2 сантиметрам, то мы можем заключить, что подводный слой льдины в 9 раз толще, то есть равен 18 сантиметрам, а вся льдина имеет 20 сантиметров толщины.

В морях и океанах встречаются иногда огромные ледяные горы — айсберги (рис. 4). Это сползшие с полярных гор и унесённые течением и ветром в открытое море ледники. Высота их может достигать 200 метров, а объём — нескольких миллионов кубических метров. Девять десятых всей массы айсберга спрятаны под водой. Поэтому встреча с ним весьма опасна. Если судно во-время не заметит движущегося ледяного гиганта, оно может при столкновении получить серьёзные повреждения или даже погибнуть.

Внезапное увеличение объёма при переходе жидкой коды в лёд представляет важную особенность воды. С этой особенностью приходится часто считаться в практической жизни. Если оставить бочку с водой на морозе, то вода, замёрзнув, разорвёт бочку. По этой же причине нельзя оставлять воду в радиаторе автомобиля, стоящего в холодном гараже. В сильные морозы нужно опасаться малейшего перерыва в подаче тёплой воды по трубам водяного отопления: вода, остановившаяся в наружной трубе, может быстро замёрзнуть, и тогда труба лопнет.

Замерзая в трещинах скал, вода нередко является причиной горных обвалов.

Рассмотрим теперь один опыт, который имеет прямое отношение к расширению воды при нагревании. Постановка этого опыта требует специального оборудования, и вряд ли кто из читателей может его воспроизвести в домашней обстановке. Да это и не является необходимостью; опыт легко себе представить, а его результаты мы постараемся подтвердить на хорошо знакомых для каждого примерах.

Возьмём очень крепкий металлический, лучше всего стальной цилиндр (рис. 5), насыплем на дно его немного дроби, наполним водой, укрепим крышку болтами и станем поворачивать винт. Так как вода сжимается очень мало, то долго крутить винт не придётся. Уже после нескольких оборотов давление внутри цилиндра поднимается до сотен атмосфер. Если теперь цилиндр охладить даже на 2-3 градуса ниже нуля, то вода в нём не замёрзнет. Но как в этом убедиться? Если открыть цилиндр, то при такой температуре и атмосферном давлении вода моментально превратится в лёд, и мы не будем знать, была ли она жидкой или твёрдой, когда находилась под давлением. Здесь нам помогут насыпанные дробинки. Когда цилиндр остужен, перевернём его вверх дном. Если вода замёрзла, дробь будет лежать на дне, если не замёрзла, дробь соберётся у крышки. Открутим винт. Давление упадёт, и вода обязательно замёрзнет. Сняв крышку, мы убеждаемся, что вся дробь собралась около крышки. Значит, действительно вода, находящаяся под давлением, не замерзала при температуре ниже нуля.

Опыт показывает, что температура замерзания воды с увеличением давления понижается примерно на один градус на каждые 130 атмосфер.

Если бы мы стали строить свои рассуждения на основании наблюдений над множеством других веществ, то должны были бы прийти к обратному выводу. Давление обычно помогает жидкостям затвердевать: под давлением жидкости замерзают при более высокой температуре, и удивляться тут нечему, если вспомнить, что большинство веществ при застывании уменьшается в объёме. Давление вызывает уменьшение объёма и этим облегчает переход жидкости в твёрдое состояние. Вода же при застывании, как мы уже знаем, не уменьшается в объёме, а наоборот, расширяется. Поэтому-то давление, препятствуя расширению воды, понижает температуру её замерзания.

Известно, что в океанах на больших глубинах температура воды ниже нуля градусов, и тем не менее вода на этих глубинах не замерзает. Объясняется это давлением, которое создают верхние слои воды. Слой воды толщиной в один километр давит с силой около ста атмосфер.

Будь вода нормальной жидкостью, мы вряд ли бы испытывали удовольствие от катанья на коньках по льду. Это было бы то же самое, что и катанье по совершенно гладкому стеклу. Коньки не скользят по стеклу. Совсем другое дело на льду. Кататься на коньках по льду очень легко. Почему? Под тяжестью нашего тела тонкое лезвие конька производит на лёд довольно сильное давление, и лёд под коньком тает; образуется тонкая плёнка воды, которая служит превосходной смазкой.

Какая температура в реке зимой. Особенности поведения рыбы в воде. На ледяной глади

Почему вода в водоёмах зимой не промерзает до самого дна?

    Здравствуйте!

    Температура наибольшей плотности воды: +4 С см: http://news.mail.ru/society/2815577/

    Это свойство воды является принципиально важным для выживания живности многих водомов. Когда начинается понижение температуры воздуха (и соответственно — воды) осенью и в предзимье, сначала при температуре выше +4 С более холодная вода с поверхности водома опускается вниз (как более тяжлая), а тплая, как более лгкая, поднимается вверх и идт обычное вертикальное перемешивание воды. Но как только во всм водоме по вертикали устанавливается Т= +4 С, процесс вертикальной циркуляции останавливается, поскольку с поверхности вода уже при +3С становится легче той, что находится ниже (при +4С) и турбулентная теплопередача quot;холодаquot; по вертикали резко сокращается. В итоге с поверхности вода даже начинает замерзать, потом устанавливается и ледяной покров, но при этом в зимний период передача холода в нижние слои воды резко уменьшается, так как и сам слой льда сверху, и тем более, слой выпавшего на лд сверху снега обладают определ1нными теплоизоляционными свойствами! Поэтому у дна водома почти всегда остатся хотя бы тонкий слой воды при Т=+4С — а это и есть температура выживания в водоме речной, болотной, озрной и пр. живности. Если бы не это интересное и важное свойство воды (Мах плотность при +4С), то водомы на суше все промерзали бы до дна каждую зиму, и жизнь в них не была бы такой обильной!

    Всего доброго!

    Здесь работает очень важное свойство воды. Твердая вода (лед) легче своего жидкого состояния. Благодаря этому лед всегда находится сверху и защищает нижние слои воды от мороза. Только очень мелкие водоемы в очень сильный мороз могут промерзать до дна. В обычных случаях под слоем льда всегда находится вода, в которой сохраняется вся подводная жизнедеятельность.

    Все зависит от силы морозов,иногда даже глубокие стоячие водоемы могут замерзать до дна. если морозы под минус 40 стоят несколько недель. Но в основном, действительно, водоемы не промерзают, что дает возможность выжить обитающим в них рыбам и растениям. А дело тут в таком любопытном свойстве воды, как отрицательный коэффициент расширения, который имеет вода при температуре от +4 градусов и ниже. То есть если вода нагрета выше 4 градусов, то при увеличении ее температуры она будет стремиться занять больший объем, ее плотность уменьшается и он поднимается вверх. Если же вода остывает ниже 4 градусов ситуация меняется на противоположную — чем холоднее вода, тем легче она становится и тем меньше ее плотность, а следовательно более холодные слои воды стремятся наверх, а имеющие температуру +4- вниз. Таким образом подо льдом температура воду устанавливается в +4 градуса. Пограничные слои воды рядом со льдом будут либо подтапливать лед, либо подмерзать сами, увеличивая толщину льда, пока не установится динамическое равновесие — сколько льда растает от теплой воды, столько воды замерзнет от холодного льда. Ну а про теплопроводность льда сказано уже все.

    Вы упустили очень важный момент: самая большая плотность воды — при температуре +4 градуса. Поэтому, прежде чем водоем начнет замерзать, вся вода в нем, перемешиваясь, охлаждается до этих самых плюс четырех, а уж затем верхний слой охлаждается до нуля и начинает замерзать. Так как лед легче воды, он не опускается на дно, а остается на поверхности. Кроме того, лед имеет очень малую теплопроводность и это резко уменьшает теплообмен между холодным воздухом и слоем воды подо льдом.

И источники питания. По тепловому режиму роки делят на три основных зональных типа:

  1. с постоянно теплой водой без сезонных колебаний температуры: Амазонка, Конго, Нигер и др.;
  2. с сезонными колебаниями температуры воды, но не замерзающие зимой: Сена, Темза и др.;
  3. с большими сезонными колебаниями температуры, замерзающие зимой: Волга, Амур, Макензи и др.

Последний тип можно разделить на два подтипа: реки с неустойчивым и устойчивым ледоставом. У тех и у других рек наиболее сложный тепловой режим.

У равнинных рек умеренного и субполярного климатических поясов в теплое полугодие в первой половине периода температура воды ниже температуры воздуха, а во второй половине – выше. Температуры воды по живому сечению у рек мало отличаются вследствие перемешивания. Изменение температуры воды по длине реки зависит от направления течения: оно меньше у широтных рек, нежели у рек, текущих в меридиональном направлении. У рек, текущих с севера на юг, температура повышается от истока до устья (Волга и др.), текущих с юга на север наоборот (Обь, Енисей, Лена, Макензи). Эти реки несут огромные запасы тепла в Северный Ледовитый океан, облегчая там ледовую обстановку в летне-осеннее время. У горных рек, питающихся талыми водами снегов и ледников, температура воды ниже температуры воздуха на всем протяжении, но в низовьях разница между ними сглаживается.

В зимнем периоде замерзающих рек выделяют три основные фазы: замерзание, ледостав, вскрытие. Замерзание рек начинается при температуре воздуха чуть ниже 0°С с появления кристаллов-игл, потом сала и блинчатого льда. При обильных снегопадах в воде образуется снежура. Одновременно появляются полосы льда у берегов – забереги- На перекатах – быстринах может возникнуть донный лед, который потом всплывает, образуя имеете с блинчатым льдом, с н ежу рой и оторвавшимися от заберегов льдинами осенний ледоход. Ледяной покров на поверхности рек устанавливается в основном в результате заторов – скопления льдин на мелководьях, в извилистых и узких местах и смерзания их друг с другом и с заберегами. Малые реки замерзают раньше больших. Подо льдом температура воды в реках почти постоянна и близка к 0°С. Продолжительность ледостава и толщина льда разная и зависит от зимних условий. Например, Волга в среднем течении покрыта льдом 4-5 месяцев, а толщина льда на ней достигает одного метра, Лена в среднем течении замерзает на 6-7 месяцев при толщине льда до 1,5- 2 м. Толщина и прочность льда определяют возможность и продолжительность переправ через реки и движения по их льду – по дорогам-зимникам. При ледоставе на реках могут наблюдаться такие явления, как полыньи; динамические – на порожистых участках русла, термические – в местах выхода относительно теплых подземных вод или сброса технических вод, а также ниже плотин водохранилищ . В районах многолетней мерзлоты с сильными морозами часты речные наледи – наросты льда в виде бугров при излиянии речной воды на поверхность вследствие сужения живого сечения потока. Случаются и зажоры – закупорка живого сечения реки массой виутриводного и донного битого льда. Наконец, возможно и полное промерзание рек на северо-востоке Сибири и на Аляске в условиях многолетней мерзлоты и при отсутствии у рек подземного питания.

Вскрытие рек весной происходит через 1,5-2 недели после перехода температуры воздуха через 0°С за счет солнечного тепла и прихода теплого воздуха. Таяние льда начинается под влиянием поступающих в реку талых снеговых вод, у берегов появляются полосы воды – закраины, а при таянии снега на поверхности льда – проталины. Потом происходят подвижки льда, он разрушается, наблюдается весенний ледоход и половодье. На реках, вытекающих из озер, помимо основного речного, наблюдается вторичный ледоход, обязанный выносу озерного льда. Высота половодья зависит от годового количества снежных запасов на водосборе, интенсивности весеннего снеготаяния и дождей в этот период. На реках, текущих с севера на юг, ледоход и половодье на разных отрезках проходят разновременно, начиная с низовья; бывает несколько пиков половодий, и в целом все проходит спокойно, но растянуто во времени (например, на Днепре. Волге и др.).

На реках, текущих с юга на север, вскрытие начинается в верховьях. Волна половодья смещается вниз по реке, где все еще сковано льдом. Начинаются мощные ледоходы, часты разрушения берегов, возникает опасность для зимующих судов, например, на Северной Двине, Печоре, Оби, Енисее и др. Часто образуются ледовые заторы – торосистые нагромождения льдин, играющие роль плотин: выше их реки выходят из берегов и затапливают не только поймы, но и низкие надпойменные террасы. При этом под ледяной водой оказываются находящиеся на этих террасах населенные пункты. Так, в 2001 г. мощные ледовые заторы образовались на Лене в среднем течении, в результате чего пришлось эвакуировать население города Ленска и окружающих деревень, стоящих на первой надпойменной террасе. Часто от заторов страдает «родина Деда Мороза» – Великий Устюг, стоящий при слиянии рек Сухоны и Юга в начале Северной Двины. Для борьбы с этим стихийным бедствием созданы службы слежения за вскрытием льда и ледоходами и специальные подразделения, которые бомбят и взрывают ледовые заторы для расчистки русел ото льда.

Литература.

  1. Любушкина С.Г. Общее землеведение: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. «География» / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. — М.: Просвещение, 2004. — 288 с.

Глубокая осень. Дни становятся всё короче и короче. Солнце выглянет на минуту из-за тяжёлых туч, скользнёт по земле своим косым лучом и снова скроется. Холодный ветер свободно гуляет по опустевшим полям и обнажённому лесу, выискивая где-нибудь ещё уцелевший цветок или прижавшийся к ветке лист, чтобы сорвать его, высоко поднять и потом бросить в ров, канаву или борозду. По утрам лужи уже покрываются хрустящими льдинками. Только глубокий пруд все ещё не хочет замёрзнуть, и ветер по-прежнему рябит его серую гладь. Но вот уже замелькали пушистые снежинки. Они подолгу крутятся в воздухе, как бы не решаясь упасть на холодную неприветливую землю. Идёт зима.

Тонкая корка льда, образовавшегося сначала у берегов пруда, ползёт на середину к более глубоким местам, и вскоре вся поверхность покрывается чистым прозрачным стеклом льда. Ударили морозы, и лёд стал толстым, чуть не в метр. Однако до дна ещё далеко. Подо льдом даже в сильные морозы сохраняется вода. Почему же глубокий пруд не промерзает до дна? Обитатели водоёмов должны быть благодарны за это одной из особенностей воды. В чём же заключается эта особенность?

Известно, что кузнец сначала нагревает железную шину, а затем надевает её на деревянный обод колеса. Охладившись, шина сделается короче и плотно обожмёт обод. Рельсы никогда не укладываются плотно друг к другу, иначе, нагревшись на солнце, они обязательно изогнутся. Если налить полную бутылку масла и поставить её в тёплую воду, то масло станет переливаться через край.

Из этих примеров ясно, что при нагревании тела расширяются; при охлаждении они сжимаются. Это справедливо почти для всех тел, но для воды этого нельзя утверждать безоговорочно. В отличие от других тел вода при нагревании ведёт себя по-особому. Если при нагревании тело расширяется, значит, оно становится менее плотным, — ведь вещества в этом теле остаётся столько же, а объём его увеличивается. При нагревании жидкостей в прозрачных сосудах можно наблюдать, как более тёплые и потому менее плотные слои поднимаются со дна вверх, а холодные опускаются вниз. На этом основано, между прочим, устройство водяного отопления с естественной циркуляцией воды. Остывая в радиаторах, вода становится плотнее, опускается вниз и поступает в котёл, вытесняя вверх уже нагретую там и потому менее плотную воду.

Подобное движение происходит и в пруду. Отдавая своё тепло холодному воздуху, вода охлаждается с поверхности пруда и, как более плотная, стремится опуститься на дно, вытесняя собой нижние тёплые, менее плотные слои. Однако такое движение будет совершаться только до тех пор, пока вся вода не остынет до плюс 4 градусов. Собравшаяся на дне при температуре 4 градуса вода уже не будет подниматься вверх, хотя бы поверхностные её слои и имели температуру более низкую. Почему?

Вода при 4 градусах имеет самую большую плотность. При всех других температурах — выше или ниже 4 градусов — вода оказывается менее плотной, чем при этой температуре.

В этом и заключается одно из отступлений воды от закономерностей, общих для других жидкостей, одна из её аномалий (аномалия — это отклонение от нормы). Плотность всех других жидкостей, как правило, начиная от температуры плавления, при нагревании уменьшается.

Что же произойдёт дальше при остывании пруда? Верхние слои воды становятся всё менее и менее плотными. Поэтому они остаются на поверхности и при нуле градусов превращаются в лёд. По мере дальнейшего остывания корка льда растёт, а под ним по-прежнему находится жидкая вода с температурой, лежащей между нулём и 4 градусами.

Здесь, вероятно, у многих возникает вопрос: почему же нижняя кромка льда не тает, если она находится в соприкосновении с водой? Потому, что тот слой воды, который непосредственно соприкасается с нижней кромкой льда, имеет температуру нуль градусов. При этой температуре одновременно существуют и лёд и вода. Для того чтобы лёд превратился в воду, необходимо, как увидим дальше, значительное количество тепла. А этого тепла нет. Лёгкий слой воды с температурой в нуль градусов отделяет ото льда более глубокие слои тёплой воды.

Но представьте теперь себе, что вода ведёт себя так, как большинство других жидкостей. Достаточно было бы незначительного мороза, как все реки, озёра, а может быть и северные моря, в течение зимы промёрзли бы до дна. Многие из живых существ подводного царства были бы обречены на гибель.

Правда, если зима очень продолжительна и сурова, то многие не слишком глубокие водоёмы могут промёрзнуть до дна. Но в наших широтах это наблюдается крайне редко. Промерзанию воды до дна препятствует и сам лёд: он плохо проводит тепло и защищает собой нижние слои воды от охлаждения.

Температура подо льдом 0,1-0,3° выше нуля, весной во время ледохода она не превышает 1°. В периоды без ледовых явлений температура воды зависит в основном от температуры воздуха. Среднесуточная температура воды до середины лета обычно ниже, чем воздуха, в конце лета и осенью — выше.

Ниже водохранилищ температура речной воды летом существенно ниже обычной, зимой выше, что приводит к возникновению многокилометровых незамерзающих уча­стков реки. Обильное подземное питание реки охлаждает ее воду в летний период, зи­мой приводит к уменьшению ледяного покрова, а иногда — к образованию полыньей.

Суточные максимумы температуры воды запаздывают на 1-2 часа по сравнению с температурой воздуха.

На малых и средних реках температура воды по глубине практически не меняется, на крупных реках возможно ее уменьшение летом в нижних слоях на 1-2°.

Тепловой сток (W m в Дж или ккал) — количество тепла, проносимое через задан­ный створ реки за интервал времени (∆t ):

W m = L тпл ·ρ·T·V, где V — объем водного стока за тот же интервал времени, Т — средняя температура воды, ρ — ее плотность, L тпл — удельная теплоемкость воды.

Крупные реки, текущие в меридиональном направлении — трансзональные реки — имеют температуру воды, не свойственную рекам данной местности.

Реки по характеру ледового режима делятся на три группы: замерзающие, с неус­тойчивым ледоставом и незамерзающие.

На замерзающих реках выделяют три периода с характерными ледовыми явле­ниями: 1) замерзания, или осенних ледовых явлений, 2) ледостава, 3) вскрытия, или ве­сенних ледовых явлений.

Замерзание рек.При снижении температуры воды до нуля в реке начинаются осенние ледовые явления. Сало- плывущие пятна ледяной пленки, состоящие из кри­сталликов льда в виде тонких игл. Примерно в то же время образуются забереги- по­лосы неподвижного льда у берегов. При переохлаждении воды (до долей градуса ниже нуля) в ее толще и на дне может образовываться внутриводный лед- непрозрачная губчатая, ледяная масса из хаотически сросшихся кристалликов льда. Скопление внут-риводного льда на поверхности или в толще потока образуют шугу.Ее движение назы­вается шугоходом.Одновременно на поверхности образуются льдины, состоящие из кристаллического льда. Их движение — осенний ледоход.Закупорка русла шугой назы­вается зажором,а льдинами — затором.

Ледостав- образование сплошного неподвижного ледяного покрова. Небольшие незамерзающие участки — полыньи.Они связаны с выходами подземных вод или с бурным течением, иногда со сбросом в реку теплых вод промышленными и комму­нальными предприятиями. По мере нарастания толщины ледяного покрова, поперечное сечение русла уменьшается. Под влиянием возникающего напора вода может изливать­ся на поверхность льда. При ее замерзании образуется наледь.

Вскрытие рек. При наступлении положительных температур воздуха весной на­чинается таяние снега, а затем и льда. На реке у берегов образуются полосы чистой во­ды — закраины. Сцепление ледяного покрова с берегом прекращается, появляются трещины. Иногда после этого наблюдаются небольшие (в несколько метров) смещение ледяных полей — подвижки льда. Затем ледяной покров разбивается на отдельные льдины, движение которых образуют весенний ледоход. Чаще, чем осенью, возникают заторы, особенно на крупных реках, текущих с юга на север. На малых реках ледяной покров нередко тает на месте без ледохода.

ПРУД ЗИМОЙ

Дата: 12.1.10 | Раздел: Водоемы

С наступлением холодов все в саду замирает. Однако следует помнить, что в замерзших прудах будут зимовать рыбки и другая живность. Нужно основательно подготовить пруд к зиме, это особенно важно для водоемов глубиной около 1 метра.

Когда температура воды опускается до 8 °С, жив­ность, обитающая в пруду, переходит в состоя­ние глубокого сна. В зависимости от темпера­туры воды нужно постепенно снижать порцию корма. В этот период у рыб притупляются вкус и обоняние, они реагируют только на движение воды, перепады давления и прикосновения. Они опускаются на дно, выбирая самые глубо­кие и теплые места водоема — там они прово­дят всю зиму. На глубине 1 метра температура воды примерно 5 °С — этого вполне достаточно, чтобы рыбки смогли перезимовать. Однако в местах, где скапливаются живые организмы, очень часто не хватает кислорода. Если пруд долгое время находится подо льдом, то газы не выходят наружу и рыбы могут погибнуть.

Перед первыми заморозками

Об условиях зимовки рыб в водоеме следует подумать за pa нее до наступления первых замо­розков. Осенью совсем не обязательно срезать тростник и камыш. Благодаря колыхающимся от ветра растениям вода в том месте, где они растут, замерзнет в самый последний момент.

Чтобы не весь пруд покрылся льдом, стоит выпустить на воду так называемый пенопласто­вый поплавок(продается в специализированных садовых магазинах). Эта конструкция состоит из кольца и крышки (крышку следует убрать, если необходимо открыть лунку во льду). Вода под кольцом не замерзнет, если нижняя часть будет погружена на глубину не менее 10 см. В коль­це находятся специальные камеры, в которые можно насыпать песок или камни. Когда тем­пература опустится до -8 °С, лунка под крыш­кой замерзает. Тогда в пенопластовый поплавок необходимо вмонтировать специальный нагре­ватель или компрессор. Также в поплавок можно закладывать пучки рубленого тростника, благо­даря которому вода в лунках не замерзнет и воз­обновится процесс газообмена.

На ледяной глади

Во время сильных морозов льдом покроется вся поверхность пруда. В нескольких местах необходимо сделать лунки. Для сверления лунок в толстом льду лучше всего подойдет коло­ворот, или ледобур, который вырезает отверстия диаметром около 1 5 см даже в самом тол­стом льду. Чем больше лунка, тем лучше. Чтобы проруби не замерзали, в лунки можно положить пучки тростника.

Первая зимовка

Если водоем, заселенный рыбками, был обу­строен только в этом сезоне, то первая зимовка может стать серьезным испытанием, из кото­рого нужно будет извлечь необходимые уроки. Например, неправильное и чрезмерное корм­ление обитателей вашего водоема могло при­вести к засорению дачного прудика. Бесспорно, это усложнит зимовку ваших рыбок. Им также придется побороться за выживаемость, если при заселении вы нарушили рекомендуемые нормы: на каждую рыбку длиной 10-15 см должно приходиться не менее 50 литров воды. Покупая питомцев для своего рукотворного пруда, не забывайте узнавать, каков макси­мальный размер взрослой особи. Одно из глав­ных условий здоровой зимовки — достаточное количество кислорода. Преимущества имеют водоемы с большей поверхностью, но они при этом не должны быть мелкими, иначе есть опас­ность полного промерзания.

Как сделать поплавок

Из куска пенопласта необходимо вырезать кольцо диаметром 40-50 см. Внутренний диаметр будет зависеть от тол­щины пучка тростника , который необхо­димо вставить в сере­дину . Чем больше кольцо , тем лучше . Тростник , длина которого составляет примерно 60 см, необходимо поме­стить в пенопласт в виде плотного пучка так , чтобы 2/3 его длины находились под водой . Кольцо следует опустить на воду перед тем , как водоем замерзнет . Чтобы кольцо не дрейфовало , его необходимо зафиксировать на поверхности воды при помощи «якоря» из обломка кирпи­ча , привязанного к поплавку . Так как гиря будет лежать на дне , длина лески должна быть боль ше , чем глубина водоема .

Сложная проблема в домашнем рыбоводстве — это перезимовка рыбы.

Рыбоводы-любители применяют разнообразные приемы для предотвращения зимнего замора. Чаще всего после замерзания водоема, когда лед имеет толщину 1,5 — 2,5 см, прорубают лунку и через нее откачивают воду. Образовавшаяся воздушная полость между поверхностью воды и льдом высотой 15 — 20 см насыщает кислородом воду. Лунку во

льду закрывают, утепляют, чтобы холод не проникал к поверхности воды и не заморозил ее снова. Полезно в этом случае утеплить лед снегом.

Можно организовать зимовку рыбы по-другому. С наступлением осеннего похолодания при температуре воды ниже 8° рыба перестает кормиться. Пруд освобождают от воды. Часть рыб (декоративные и предназначенные на доращивание) помещаю в зимовальную яму. Это бетонный колодец диаметром 70 см, глубиной 2,5 м, где она находится до весеннего снеготаяния, то есть до конца марта следующего года. Уровень воды в нем в течение зимы уменьшается с 2,2 до 1,7 м. Вырытая в непромерзающем болотистом грунте, закрытая сверху деревянным шитом, а зимой и снегом, зимовальная яма-колодец сохраняет внутри плюсовую температуру всю зиму. Вода в ней не замерзает и кислород из надводной воздушной прослойки свободно обогащает воду, спасая рыбу от замора. Долго я искал и спрашивал на форумах о разнообразных приемах для предотвращения зимнего замора,и вот нашел как раньше спасали без электричества.Это где приспустить можно воду из подо льда а лед задержат мелководья и бугринки подо льдом,и будут пустоты заполненые воздухом.

Зима — опасность на льду

Как только наступает зима, большинство детей, да и некоторые взрослые с нетерпением ждут, когда на водоемах замерзнет лед. Это, конечно, хорошая возможность покататься на коньках, заняться зимней рыбалкой, но не стоит забывать про безопасность на льду в этот период. С главными правилами мы и познакомимся в нашей статье. С наступлением морозной погоды не стоит рассчитывать на мгновенное покрытие водоемов льдом. Это процесс длительный и зависит от многих факторов.

Все зависит от погодных условий, которые каждый год бывают разными. При низкой температуре ночью лед формируется, но под лучами солнца днем начинает становиться пористым от воды, которая сквозь него просачивается. При этом толщина может быть уже приличной, но надежным его назвать нельзя, поэтому важно соблюдать меры безопасности на льду.

Обычно замерзание водоемов происходит неодинаково по всей площади, первым делом промерзание начинается на мелководье, по берегам, а потом уже лед сковывает середину. На различных водоемах этот процесс протекает с разной скоростью, например, на реках лед образуется медленнее, так как этому процессу мешает течение. Даже на одном водоеме в разных его частях лед может быть неодинаковой толщины.

Практически каждый год случаются ситуации, когда наиболее нетерпеливые любители зимней рыбалки или катания на коньках попадают в опасное положение, оказываясь в ледяной воде. И все потому, что не берется во внимание толщина льда.

Таким любителям первым делом надо изучить меры безопасности на льду в зимний период, а только потом отправляться на водоем. Самое главное правило: не уверен                          в прочности льда – не ступай на него. Порой человек начинает понимать свою оплошность, уже оказавшись на тонком льду, в этом случае надо постараться по своим следам вернуться осторожно назад.

Затрудняет оценку прочности льда снег, который лежит сверху. Передвигаясь, можно и не увидеть, что пошли трещины, но вот хруст не услышать невозможно, поэтому при его появлении стоит прекратить передвижение и вернуться обратно.

Не поможет никакая техника безопасности на льду, если он имеет недостаточную толщину. Ледяной покров должен выдерживать нагрузку, которая на него будет действовать.

  1. Чтобы один человек благополучно перешел замерзший водоем, толщина льда на пути следования должна быть не менее 7 сантиметров.
  2. Устраивать каток можно только в случае, если толщина слоя составляет около 12 сантиметров.
  3. Переправляться группой можно только по льду с толщиной 15 сантиметров.
  4. А движение автомобилей будет безопасным при толщине не менее 30 сантиметров.

Даже если вы уверены, что водоем хорошо замерз, меры безопасности на льду   в зимний период не будут лишними.

Специалисты даже по внешнему виду льда могут определить его надежность. Более опасным, а, значит, тонким считается лед желтоватого или матово-белого цвета. Чаще всего он имеет пористую структуру, поэтому надежным его считать нельзя.

Необходимо знать: если несколько дней температура не опускается ниже нуля градусов, прочность снижается на 25%. Наиболее тонким лед бывает даже в морозную погоду около зарослей камышей, кустарников или деревьев, которые произрастают      по берегам.

Особую осторожность надо соблюдать возле прорубей — они могут стать совсем незаметными, если их немного припорошит снегом.

Узнать, прочный лед или нет, порой возможно, только шагнув на него. Если после нескольких шагов видны небольшие радиальные трещины и слышится легкий хруст,  то ходить в принципе по нему можно, но соблюдать безопасность поведения на льду.

Проверять прочность льда, прыгая по нему или топая ногами, совсем   не предусмотрительно. Если после проверки обнаружилась выступающая сверху льда вода,  в этом месте лучше не переходить. Безопасность на тонком льду должна быть превыше всего. Никогда нельзя предугадать, в каком месте можно провалиться     в ледяную воду.

Лучше для предотвращения несчастного случая вернуться обратно, осторожно ступая по своим же следам и высоко не поднимая ноги. В случае появления сильного треска лучше передвигаться ползком.

В зимний период обязательно необходимо соблюдать безопасность на льду.

Для этого необходимо придерживаться следующих правил:

  1. Нельзя отправляться на лед в ночью, в сильный туман, снег или дождь.
  2. В случае необходимости перехода на другой берег лучше воспользоваться ледовыми переправами.
  3. Проверять прочность льда ударами по нему ногой нельзя, лучше для этого воспользоваться палкой. В случае появления даже небольшого количества воды уже можно сказать, что лед тонкий и не подходит для катания или прогулок по нему.
  4. Если срочно необходимо перейти по льду на другой берег, лучше воспользоваться уже проложенными тропками, а, если таковых нет — продумать маршрут более тщательно.
  5. В случае группового передвижения лучше идти, придерживаясь расстояния друг от друга не менее 5 метров.
  6. Удобнее всего переходить водоем на лыжах, только крепления не застегивать, чтобы при малейшей опасности можно было быстро их сбросить.
  7. Если за спиной имеется ноша, ее лучше расположить на одном плече, чтобы при опасности можно было легко от нее освободиться.
  8. Всегда, отправляясь на замерзший водоем, необходимо брать с собой прочную веревку с петлей и грузом, чтобы в случае необходимости можно было бросить провалившемуся другу.
  9. Часто не соблюдается безопасность зимой на льду лицами в алкогольном опьянении. В таком состоянии невозможно адекватно отреагировать на опасность, а там и до трагедии рукой подать.

Порой желание прокатиться на коньках на вновь образовавшемся льду, поиграть  в хоккей сильнее, чем чувство опасности, поэтому и случаются непредвиденные ситуации. Безопасность на льду особенно важна для детей, которые ждут зиму с нетерпением.

Большинство детей с большим нетерпением ждут зиму, чтобы вдоволь накататься на санках, коньках, поиграть в хоккей, поэтому очень часто малыши пренебрегают всеми правилами безопасности. На родителях лежит большая ответственность за здоровье                       и сохранение жизни ребенка, поэтому они обязаны рассказать детям про безопасность                  на льду в зимний период.

  1. Нельзя отпускать детей одних на замерзшие водоемы.
  2. Обязательно надо убедиться, что лед имеет толщину не менее 7 сантиметров.
  3. Если предполагаются коллективные игры на льду, толщина ледяного покрова должна быть около 12 сантиметров.
  4. Детям надо объяснить, что, передвигаясь по льду сомнительной толщины, необходимо идти гуськом и не ближе, чем 5 метров друг от друга.
  5. Нельзя наступать на лед, если он покрыт снегом, можно легко наткнуться на проруби.
  6. Запрещайте детям ходить на водоемы с наступлением весеннего тепла. Лед быстро начинает таять, особенно по берегам, вокруг кустов и камыша.
  7. Нельзя прыгать на отделившуюся льдину, она имеет неприятное свойство легко переворачиваться, поэтому в считанные минуты можно оказаться в воде.
  8. Если все-таки лед не удержал и треснул, и ребенок оказался в воде, то он должен знать, как действовать в такой ситуации.
  9. Если ребенок был не один, а с компанией друзей, то в случае опасности кто-то должен быстро отправиться за помощью, а остальные предпринять все меры для спасения своего товарища, только постараться самим не составить ему компанию.

Безопасность на воде, на льду изучается в школах на уроках ОБЖ, перед каждыми каникулами классные руководители обязательно проводят соответствующий инструктаж.

Оказаться в ледяной воде в зимнее время может каждый, поэтому необходимо знать, как оказать помощь своему товарищу.

Вот основные рекомендации:

  • Передвигаться в сторону провалившегося необходимо только ползком.
  • Протягивать лучше не руку товарищу, а шарф, палку или другие подручные средства, чтобы самому не оказаться рядом с ним.
  • После того, как друг зацепился за протянутый ему предмет, необходимо осторожно тянуть его на лед, но при этом
  • не совершать резких движений.
  • После благополучного извлечения надо оказать помощь, которая заключается в согревании пострадавшего и его переодевании в сухую одежду.

Очень важно, чтобы товарищи не растерялись в такой ситуации и вместо того, чтобы разбежаться в разные стороны, оказали своему другу помощь.

Часто случаются ситуации, когда человек отправляется в одиночестве    замерзший водоем и случается трагедия: под выпавшим снегом не замечена полынья,    и вот уже ледяная вода распахивает свои объятия. Что делать в таком случае? Вот алгоритм действий:

  1. Самое главное, соблюдать самообладание и не паниковать, цепляясь за кромку льда. Это не поможет, а только будет изматывать силы.
  2. С первой секунды необходимо стараться выбраться на поверхность льда, приняв при этом горизонтальное положение.
  3. Если течение затягивает под лед, необходимо упереться изо всех сил в кромку и громко звать на помощь.
  4. При передвижении рюкзак должен находиться на одном плече, при проваливании под лед его можно будет легко сбросить и освободить руки для спасения.
  5. Если вы отправляетесь в одиночестве на водоем зимой, с собой необходимо иметь «спасалки», которые можно изготовить своими руками. Для этого гвозди обматывают изолетной, сделав подобие рукоятки, и пропускают шнурок, чтобы не потерять. В момент опасности с их помощью можно как когтями цепляться за лед и таким образом спасти себе жизнь.

Безопасность на льду должна быть всегда на первом месте, ни при каких условиях нельзя терять бдительности.

Самое главное после освобождения из ледяного плена — быстрее согреться, поэтому необходимо как можно скорее добраться до теплого помещения. Если вы далеко от дома, можно воспользоваться гостеприимством жителей соседнего поселка. В случае нахождения совсем далеко от населенных пунктов необходимо всегда иметь в рюкзаке комплект сухой одежды, которая может вас спасти в такой ситуации.

На втором этапе важно согреть себя изнутри, а в этом случае уже без горячего питья не обойтись, поэтому придется как можно быстрее отправляться домой, желательно бегом.

Какова бы ни была погода в зимний день, не стоит рисковать и отправляться  на водоем в одиночестве. Особенно опасно это делать с наступлением первых весенних деньков, когда лед начинает подтаивать, становится рыхлым и непрочным.

Для предотвращения несчастных случаев на водоемах зимой и поздней осенью необходимо соблюдать некоторые правила поведения. Они достаточно просты, но могут спасти человеческую жизнь:

  1. Не надо спешить с появлением первого ледяного покрова отправляться на водоем.
  2. Лед становится надежным только с приходом устойчивых низких температур.
  3. Достаточно опасно спускаться на лед в незнакомых местах, особенно в оттепель.
  4. Лучше не переходить водоем в местах с большим слоем снега, под ним толщина льда всегда меньше, чем на открытом месте.
  5. Не стоит рисковать своей жизнью, отправляясь на лед в ночное время суток, да еще и в одиночестве.
  6. Играть в спортивные зимние игры лучше на специально оборудованных катках, чтобы быть уверенным в надежности льда.
  7. Опасно использовать во время весенних паводков лед для переправы.

Соблюдение этих простых правил может спасти жизнь.

Достаточно часто можно видеть рыбаков, которые сидят на льду с удочкой,  а вокруг проталины и полыньи, особенно ранней весной и во время оттепелей. Желание поймать хорошую рыбку заставляет презреть опасности, а зря. Известно много случаев, когда спасателям приходилось освобождать горе-рыбаков из ледяного плена. А чтобы этого не произошло, всего-то и надо — соблюдать некоторые правила:

  • Для зимней рыбалки надо выбирать знакомый водоем и те места, где глубина не превышает рост человека.
  • Уметь распознавать опасный и безопасный лед.
  • Соблюдать осторожность при спуске с берега на лед, в этих местах он может быть слабым.
  • Не стоит делать несколько прорубей рядом.
  • Также нежелательно садиться большой группой на маленьком участке льда.
  • Если в процессе пробивания лунки из нее начинает бить фонтаном вода, это означает, что место опасное и не подходит для безопасной рыбалки.
  • С собой необходимо иметь острые предметы, которые можно было бы использовать для спасения в случае трагедии.

Только при соблюдении этих несложных правил можно быть уверенным, что зимняя рыбалка закончится благополучно.

Зима – это хорошо! Появляется возможность заняться зимними видами спорта, вдоволь накататься на санках и коньках, но не стоит пренебрегать правилами безопасности, особенно, на замерзших водоемах. И важно, чтобы не только была обеспечена безопасность детей на льду, но и сами взрослые не забывали об осторожности.

 

СПб ГКУ «Пожарно-спасательный отряд противопожарной службы СПб по Калининскому району Санкт-Петербурга»

 

Территориальный отдел по Калининскому району УГЗ ГУ МЧС России по городу Санкт-Петербургу

Пруд зимой. Почему вода в водоёмах зимой не промерзает до самого дна? Температура воды в реке зимой

Природа удивляет нас необъяснимыми явлениями. Одно из них — кристаллизация воды. Многие интересует такой необычный вопрос, как почему при минусовых температурах на поверхности водоема образуется лед, а вот под льдом вода сохраняет жидкую форму. Как это объяснить?

Почему вода под толстым льдом не замерзает: ответы

При каком температурном режиме она начинает затвердевать? Этот процесс начинается уже при понижении температуры до 0 градусов по Цельсию, при условии, что сохраняется нормальный уровень атмосферного давления.

Слой льда в данном случае выполняет термоизоляционную функцию. Он защищает воду, которая находится под ним, от воздействия низких температур. Тот слой жидкости, который расположен прямо под ледяной коркой, имеет температуру всего 0 градусов. А вот более нижний слой отличается повышенной температурой, которая колеблется в пределах +4 градусов.

Ознакомьтесь с нашей публикацией Где находятся черные леса?

Если температура воздуха продолжает снижаться, лед становится толще. При этом охлаждается тот слой, который расположен непосредственно подо льдом. При этом вся вода не промерзает, так как она отличается повышенной температурой.

Кроме этого, важным условием образования ледяной корки является то, что низкая температура должна удерживаться на протяжении длительного времени, иначе лед не успеет образоваться.

Как образуется лед?

При снижении температуры плотность жидкости снижается. Именно этим и объясняется то, что более теплая вода находится снизу, а холодная — сверху. Воздействие холода провоцирует расширение и уменьшение плотности, в результате на поверхности образуется ледяная корка.

Благодаря таким свойствам воды, в нижних слоях удерживается температура +4 градуса. Этот температурный режим идеально подходит для жителей глубин водоемов (как рыб, так и моллюсков, растений). Если температура снизится, они погибнут.

Интересно то, что в теплое время года все наоборот — температура водоема на поверхности гораздо выше, чем на глубине. То, насколько быстро будет замерзать вода, зависит от того, сколько в ее составе присутствует солей. Чем выше концентрация соли, тем хуже она замерзает.

Ледяная корка способствует удерживанию тепла, поэтому вода под ней немного теплее. Лед препятствует пропусканию воздуха в нижний слой, что способствует сохранению определенного температурного режима.

Если ледяная корка толстая и водоем имеет достаточную глубину, вода в нем не будет промерзать полностью. Если же ее немного, есть вероятность того, что при воздействии низких температур промерзнет весь водоем.

Почему вода в водоёмах зимой не промерзает до самого дна?

    Здравствуйте!

    Температура наибольшей плотности воды: +4 С см: http://news.mail.ru/society/2815577/

    Это свойство воды является принципиально важным для выживания живности многих водомов. Когда начинается понижение температуры воздуха (и соответственно — воды) осенью и в предзимье, сначала при температуре выше +4 С более холодная вода с поверхности водома опускается вниз (как более тяжлая), а тплая, как более лгкая, поднимается вверх и идт обычное вертикальное перемешивание воды. Но как только во всм водоме по вертикали устанавливается Т= +4 С, процесс вертикальной циркуляции останавливается, поскольку с поверхности вода уже при +3С становится легче той, что находится ниже (при +4С) и турбулентная теплопередача quot;холодаquot; по вертикали резко сокращается. В итоге с поверхности вода даже начинает замерзать, потом устанавливается и ледяной покров, но при этом в зимний период передача холода в нижние слои воды резко уменьшается, так как и сам слой льда сверху, и тем более, слой выпавшего на лд сверху снега обладают определ1нными теплоизоляционными свойствами! Поэтому у дна водома почти всегда остатся хотя бы тонкий слой воды при Т=+4С — а это и есть температура выживания в водоме речной, болотной, озрной и пр. живности. Если бы не это интересное и важное свойство воды (Мах плотность при +4С), то водомы на суше все промерзали бы до дна каждую зиму, и жизнь в них не была бы такой обильной!

    Всего доброго!

    Здесь работает очень важное свойство воды. Твердая вода (лед) легче своего жидкого состояния. Благодаря этому лед всегда находится сверху и защищает нижние слои воды от мороза. Только очень мелкие водоемы в очень сильный мороз могут промерзать до дна. В обычных случаях под слоем льда всегда находится вода, в которой сохраняется вся подводная жизнедеятельность.

    Все зависит от силы морозов,иногда даже глубокие стоячие водоемы могут замерзать до дна. если морозы под минус 40 стоят несколько недель. Но в основном, действительно, водоемы не промерзают, что дает возможность выжить обитающим в них рыбам и растениям. А дело тут в таком любопытном свойстве воды, как отрицательный коэффициент расширения, который имеет вода при температуре от +4 градусов и ниже. То есть если вода нагрета выше 4 градусов, то при увеличении ее температуры она будет стремиться занять больший объем, ее плотность уменьшается и он поднимается вверх. Если же вода остывает ниже 4 градусов ситуация меняется на противоположную — чем холоднее вода, тем легче она становится и тем меньше ее плотность, а следовательно более холодные слои воды стремятся наверх, а имеющие температуру +4- вниз. Таким образом подо льдом температура воду устанавливается в +4 градуса. Пограничные слои воды рядом со льдом будут либо подтапливать лед, либо подмерзать сами, увеличивая толщину льда, пока не установится динамическое равновесие — сколько льда растает от теплой воды, столько воды замерзнет от холодного льда. Ну а про теплопроводность льда сказано уже все.

    Вы упустили очень важный момент: самая большая плотность воды — при температуре +4 градуса. Поэтому, прежде чем водоем начнет замерзать, вся вода в нем, перемешиваясь, охлаждается до этих самых плюс четырех, а уж затем верхний слой охлаждается до нуля и начинает замерзать. Так как лед легче воды, он не опускается на дно, а остается на поверхности. Кроме того, лед имеет очень малую теплопроводность и это резко уменьшает теплообмен между холодным воздухом и слоем воды подо льдом.

Причиной всему одна из аномалий воды. Насколько всем известно, плотность пресной воды равна 1 г/см 3 (или 1000 кг/м 3). Однако это значение меняется в зависимости от температуры. Наибольшая плотность воды наблюдается при +4°C, при увеличении или уменьшении температуры от этой отметки, значение плотности понижается.

Что же происходит на водоёмах? С приходом осени, когда наступают холода, поверхность воды начинает охлаждаться и, следовательно, становиться тяжелее. Плотная поверхностная вода погружается на дно, а более глубинная — всплывает на поверхность. Таким образом, происходит перемешивание до тех пор, пока вся вода не достигнет температуры +4°C. Поверхностная вода продолжает охлаждаться, но плотность её теперь уменьшается, поэтому верхний слой воды остаётся на поверхности, и перемешивание уже не происходит. В итоге поверхность водоёма покрывается льдом, а глубинные воды охлаждаются очень медленно, только за счёт теплопроводности, которая у воды очень низкая. На протяжении всей зимы придонные воды могут сохранять свою температуру на уровне 4°C. С приходом весны и лета происходит обратный процесс, но глубинные воды опять же сохраняют свою температуру.

Благодаря этой интересной особенности сравнительно крупные водоёмы практически никогда не промерзают до дна, что даёт рыбам и прочим водным обитателям возможность выжить зимой.

Дети, которых воспитали животные

10 тайн мира, которые наука, наконец, раскрыла

2500-летняя научная тайна: почему мы зеваем

Чудо-Чина: горох, способный подавлять аппетит на несколько дней

В Бразилии из пациента вытащили живую рыбу больше метра длиной

Неуловимый афганский «олень-вампир»

6 объективных причин не бояться микробов

Первый в мире кошачий рояль

Невероятный кадр: радуга, вид сверху

Русская народная традиция — купаться в проруби в Крещенье, 19 января, привлекает все больше и больше людей. В этом году в Петербурге были организованы 19 прорубей, называемых «купель» или «иордань». Проруби были хорошо оснащены деревянными мостками, везде дежурили спасатели. И интересно, что, как правило, купающиеся люди говорили журналистам, что они очень довольны, вода теплая. Я сама не купалась зимой, но знаю, что вода в Неве действительно, по данным измерений была + 4 + 5 °С, что значительно теплее температуры воздуха — 8 °С.

Тот факт, что температура воды подо льдом на глубине в озерах и реках выше нуля на 4 градуса известен многим, но, как показывают обсуждения на некоторых форумах, не все понимают причину этого явления. Иногда повышение температуры связывают с давлением толстого слоя льда над водой и изменением в связи с этим температуры замерзания воды. Но большинство людей, успешно изучавших физику в школе, уверенно скажут, что температура воды на глубине связана с известным физическим явлением — изменением плотности воды с температурой. При температуре +4°С пресная вода приобретает свою наибольшую плотность .

При температурах вблизи 0 °С вода становится менее плотной и более легкой. Поэтому при охлаждении воды в водоёме до +4 °С прекращается конвекционное перемешивание воды, дальнейшее её охлаждение происходит только за счет теплопроводности (а она у воды не очень высокая) и процессы охлаждения воды резко замедляются. Даже в лютые морозы, в глубокой реке под толстым слоем льда и слоем холодной воды всегда будет вода с температурой +4 °С. До дна промерзают лишь мелкие пруды и озера.

Мы решили разобраться, почему при охлаждении вода ведет себя так странно. Оказалось, что исчерпывающее объяснение этому явлению еще не найдено. Существующие гипотезы не нашли пока экспериментального подтверждения. Надо сказать, что вода — не единственное вещество, имеющее свойство расширяться при охлаждении. Подобное поведение характерно также для висмута, галлия, кремния и сурьмы. Однако именно вода вызывает наибольший интерес, поскольку является веществом, очень важным для жизнедеятельности человека и всего растительного и животного мира.

Одна из теорий — существование в воде двух типов наноструктур высокой и низкой плотности, которые изменяются с температурой и порождают аномальное изменение плотности. Ученые, изучающие процессы переохлаждения расплавов, выдвигают следующее объяснение. При охлаждении жидкости ниже температуры плавления внутренняя энергия системы уменьшается, подвижность молекул снижается. В то же самое время усиливается роль межмолекулярных связей, за счет которых могут формироваться разнообразные надмолекулярные частицы. Опыты ученых с переохлажденным жидким о_терфенилом позволили предположить, что в переохлажденной жидкости со временем может образовываться динамическая «сетка» из более плотно упакованных молекул. Эта сетка разделяется на ячейки (области). Молекулярные переупаковки внутри ячейки задают скорость вращения молекул в ней, а более медленная перестройка самой сетки приводит к изменению этой скорости во времени. Что-то подобное может происходить и в воде.

В 2009 г. японский физик Масакадзу Мацумото, используя компьютерное моделирование, выдвинул свою теорию изменения плотности воды и опубликовал ее в журнале Physical Review Letters (Why Does Water Expand When It Cools?) («Почему вода при охлаждении расширяется?»). Как известно, в жидкой форме молекулы воды посредством водородной связи объединяются в группы (H 2 O) x , где x — количество молекул. Наиболее энергетически выгодно объединение из пяти молекул воды (x = 5) с четырьмя водородными связями, в котором связи образуют тетраэдральный угол, равный 109,47 градуса.

Однако тепловые колебания молекул воды и взаимодействия с другими молекулами, не входящими в кластер, препятствуют такому объединению, отклоняя величину угла водородной связи от равновесного значения 109,47 градуса. Чтобы как-то количественно охарактеризовать этот процесс угловой деформации, Мацумото с коллегами, выдвинули гипотезу о существовании в воде трехмерных микроструктур, напоминающих выпуклые полые многогранники. Позднее, в следующих публикациях, такие микроструктуры они назвали витритами. В них вершинами являются молекулы воды, роль ребер играют водородные связи, а угол между водородными связями — это угол между ребрами в витрите.

Согласно теории Мацумото, существует огромное разнообразие форм витритов, которые, как мозаичные элементы, составляют большую часть структуры воды и которые при этом равномерно заполняют весь ее объем.

На рисунке шесть типичных витритов, образующих внутреннюю структуру воды. Шарики соответствуют молекулам воды, отрезки между шариками обозначают водородные связи. Рис. из статьи Masakazu Matsumoto, Akinori Baba, and Iwao Ohminea.

Молекулы воды стремятся создать в витритах тетраэдральные углы, поскольку витриты должны обладать минимально возможной энергией. Однако из-за тепловых движений и локальных взаимодействий с другими витритами, некоторые витриты принимают структурно неравновесные конфигурации, которые позволяют всей системе в целом получить наименьшее значение энергии среди возможных. Такие назвали фрустрированными. Если у нефрустрированных витритов объем полости максимален при данной температуре, то фрустрированные витриты, напротив, обладают минимально возможным объемом. Компьютерное моделирование, проведенное Мацумото, показало, что средний объем полостей витритов с ростом температуры линейным образом уменьшается. При этом фрустрированные витриты значительно уменьшают свой объем, тогда как объем полости нефрустрированных витритов почти не меняется.

Итак, сжатие воды при увеличении температуры, по мнению ученых, вызвано двумя конкурирующими эффектами — удлинением водородных связей, которое приводит к увеличению объема воды, и уменьшением объема полостей фрустрированных витритов. На температурном отрезке от от 0 до 4°C последнее явление, как показали расчеты,преобладает, что в итоге и приводит к наблюдаемому сжатию воды при повышении температуры.

Это объяснение основано пока только на компьютерном моделировании. Экспериментально его очень трудно подтвердить. Исследование интересных и необычных свойств воды продолжается.

О.В. Александрова, М.В. Марченкова, Е.А. Покинтелица «Анализ термических эффектов, характеризующих кристаллизацию переохлажденных расплавов» (Донбасская национальная академия строительства и архитектуры)

Ю. Ерин. Предложена новая теория, объясняющая, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается (

Почему водоёмы не промерзают до дна. 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?


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.


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.


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.

ОБЪЯСНИТЕ,почему зимой вода в водоемах не замерзает до дна

Ответы:

Промерзанию воды до дна препятствует сам лёд: он плохо проводит тепло и защищает собой нижние слои воды от охлаждения. Вода при 4 градусах имеет самую большую плотность. При всех других температурах — выше или ниже 4 градусов — вода оказывается менее плотной, чем при этой температуре. тдавая своё тепло холодному воздуху, вода охлаждается с поверхности пруда и, как более плотная, стремится опуститься на дно, вытесняя собой нижние тёплые, менее плотные слои. Верхние слои воды становятся всё менее и менее плотными. Поэтому они остаются на поверхности и при нуле градусов превращаются в лёд. По мере дальнейшего остывания корка льда растёт, а под ним попрежнему находится жидкая вода с температурой, лежащей между нулём и 4 градусами.

Похожие вопросы

  • помогите расставить правильно “I volunteered in Nepal at a Child Care centre and street children’s centre in Pokhara, Nepal earlier this year. You really get the benefit of the work you do. It is really rewarding when you see the children (1. smile) and (2. laugh). Chrissy and Phil are a fantastic support and Bindu and her family make you (3. feel) so welcome at her house, I really didn’t want to leave!”
  • Помоги те пожалуйста срочно надо Задание первое прочитайте текст Толя с Васей возвращались из леса. По дороге шла старушка с ведром воды. Тяжело было ей нести воду. Мальчики заметили это. Толя быстро зашагал в лагерь. Вася побежал помогать старушке. Он взял у неё ведро и донёс до дома. Однажды Толя шёл с прогулки. Он захотел пить, постучал в избу. Дверь открыла знакомая старушка. Она встретила Толю приветливо, дала воды. Мальчик покраснел. Он выпил воду и выбежал на улицу. Вода ему показалась горькой Задание второе В плане к рассказу заполни недостающие пункты План 1) Встреча со старушкой. 2) Вася помог. 3) нужно написать план 4) Нужно написать план
  • Шли по дороги 20 пикников. Однажды вечером на них напали два разбойника и обобрали всех до нитки: один разбойник держал одного из путников, другой разбойника отнимать у него вещи. И ни один путников не могу одолеть сразу двух разбойников. Можно ли назвать этих путников группой? Какого важного качества настоящей группы им не хватило?
Лед имеет массу положительных свойств, как в технологическом плане, так и жизненным, ведь многие его применяют для разных целей. В жаркий день, ничего не идет так же хорошо, как стакан лимонада с кубиками льда. С помощью льда замораживают продукты, и они хранятся дольше. Например, все любят использовать лед, чтобы сделать домашнее мороженое!

Когда наступает холодная пора, температура начинает снижаться. Все ручьи, озера, пруды и даже реки превращаются в ледяные катки при минусовой температуре. Однако многие заметили, что океан при такой температуре не замерзает. Тот, кто бывал зимой на море, вероятно, заметил, что вода не замерзает, при такой температуре как на озерах.

Значит океан никогда не замерзает. Если посмотреть фотографии Северного или Южного Полюса, тогда можно заметить, что в тех местах есть полярные льды. Если океан замерзает в этих областях, то почему подобное не происходит в других местах.

Температура замерзания пресной воды составляет 0° Цельсия или 32° по Фаренгейту. Наличие соли в воде, снижает температуру замерзания. Чем больше соли в воде, тем ниже температура замерзания.

Когда пресная вода замерзает, молекулы воды, состоящие из водорода и кислорода, соединяются вместе в кристаллическую структуру льда. Присутствие соли затрудняет для молекул воды образование такого вещества. Таким образом, соль, которая попадает в структуру молекулы воды, блокирует образование льда. Соль также врезается в лед, выбивая молекулы воды из структуры… тем самым плавя его.

Когда молекулы соли вытесняют молекулы воды, скорость замерзания замедляется. Именно поэтому соль часто применяется на обледенелых дорогах. Она затрудняет замерзание и делает её более безопасной для автомобилистов.

Хотя соленость воды в океане изменяется, часто она содержит около 35 г соли на каждые 1000 условных единиц воды. Этот факт понижает температуру замерзания морской воды до -1.8° Цельсия и 28.8° по Фаренгейту. Таким образом, вода в океане замерзает, но для этого необходимо достижение более низких температур.

Еще один фактор, который влияет на замерзание морской воды связан с перемещением. В отличие от водоёма, океанские волны находятся в постоянном движении, также присутствуют подводные течения. Это помогает воде сохранять тепло. В результате, только в очень холодных областях, например, на Северном или Южном полюсе, как правило, образуется достаточно низкая температура, которая способна заморозить воду.

Следует заметить, что только небольшая часть воды океанов замерзает. Молекулы соли опускаются ниже поверхности льда. В результате, полярные льды представляют собой пресноводный лед, который может быть растоплен для питьевой воды!
Около 15% мирового океана покрывает морской лед, по крайней мере, определенную часть года. На первый взгляд не так и много, но данная территория составляет около 10 миллионов квадратных километров морского льда.

Глубокая осень. Дни становятся всё короче и короче. Солнце выглянет на минуту из-за тяжёлых туч, скользнёт по земле своим косым лучом и снова скроется. Холодный ветер свободно гуляет по опустевшим полям и обнажённому лесу, выискивая где-нибудь ещё уцелевший цветок или прижавшийся к ветке лист, чтобы сорвать его, высоко поднять и потом бросить в ров, канаву или борозду. По утрам лужи уже покрываются хрустящими льдинками. Только глубокий пруд все ещё не хочет замёрзнуть, и ветер по-прежнему рябит его серую гладь. Но вот уже замелькали пушистые снежинки. Они подолгу крутятся в воздухе, как бы не решаясь упасть на холодную неприветливую землю. Идёт зима.

Тонкая корка льда, образовавшегося сначала у берегов пруда, ползёт на середину к более глубоким местам, и вскоре вся поверхность покрывается чистым прозрачным стеклом льда. Ударили морозы, и лёд стал толстым, чуть не в метр. Однако до дна ещё далеко. Подо льдом даже в сильные морозы сохраняется вода. Почему же глубокий пруд не промерзает до дна? Обитатели водоёмов должны быть благодарны за это одной из особенностей воды. В чём же заключается эта особенность?

Известно, что кузнец сначала нагревает железную шину, а затем надевает её на деревянный обод колеса. Охладившись, шина сделается короче и плотно обожмёт обод. Рельсы никогда не укладываются плотно друг к другу, иначе, нагревшись на солнце, они обязательно изогнутся. Если налить полную бутылку масла и поставить её в тёплую воду, то масло станет переливаться через край.

Из этих примеров ясно, что при нагревании тела расширяются; при охлаждении они сжимаются. Это справедливо почти для всех тел, но для воды этого нельзя утверждать безоговорочно. В отличие от других тел вода при нагревании ведёт себя по-особому. Если при нагревании тело расширяется, значит, оно становится менее плотным, — ведь вещества в этом теле остаётся столько же, а объём его увеличивается. При нагревании жидкостей в прозрачных сосудах можно наблюдать, как более тёплые и потому менее плотные слои поднимаются со дна вверх, а холодные опускаются вниз. На этом основано, между прочим, устройство водяного отопления с естественной циркуляцией воды. Остывая в радиаторах, вода становится плотнее, опускается вниз и поступает в котёл, вытесняя вверх уже нагретую там и потому менее плотную воду.

Подобное движение происходит и в пруду. Отдавая своё тепло холодному воздуху, вода охлаждается с поверхности пруда и, как более плотная, стремится опуститься на дно, вытесняя собой нижние тёплые, менее плотные слои. Однако такое движение будет совершаться только до тех пор, пока вся вода не остынет до плюс 4 градусов. Собравшаяся на дне при температуре 4 градуса вода уже не будет подниматься вверх, хотя бы поверхностные её слои и имели температуру более низкую. Почему?

Вода при 4 градусах имеет самую большую плотность. При всех других температурах — выше или ниже 4 градусов — вода оказывается менее плотной, чем при этой температуре.

В этом и заключается одно из отступлений воды от закономерностей, общих для других жидкостей, одна из её аномалий (аномалия — это отклонение от нормы). Плотность всех других жидкостей, как правило, начиная от температуры плавления, при нагревании уменьшается.

Что же произойдёт дальше при остывании пруда? Верхние слои воды становятся всё менее и менее плотными. Поэтому они остаются на поверхности и при нуле градусов превращаются в лёд. По мере дальнейшего остывания корка льда растёт, а под ним по-прежнему находится жидкая вода с температурой, лежащей между нулём и 4 градусами.

Здесь, вероятно, у многих возникает вопрос: почему же нижняя кромка льда не тает, если она находится в соприкосновении с водой? Потому, что тот слой воды, который непосредственно соприкасается с нижней кромкой льда, имеет температуру нуль градусов. При этой температуре одновременно существуют и лёд и вода. Для того чтобы лёд превратился в воду, необходимо, как увидим дальше, значительное количество тепла. А этого тепла нет. Лёгкий слой воды с температурой в нуль градусов отделяет ото льда более глубокие слои тёплой воды.

Но представьте теперь себе, что вода ведёт себя так, как большинство других жидкостей. Достаточно было бы незначительного мороза, как все реки, озёра, а может быть и северные моря, в течение зимы промёрзли бы до дна. Многие из живых существ подводного царства были бы обречены на гибель.

Правда, если зима очень продолжительна и сурова, то многие не слишком глубокие водоёмы могут промёрзнуть до дна. Но в наших широтах это наблюдается крайне редко. Промерзанию воды до дна препятствует и сам лёд: он плохо проводит тепло и защищает собой нижние слои воды от охлаждения.

5.1 Свойства воды. Введение в океанографию

Наиболее очевидной особенностью океанов является то, что они содержат воду. Вода настолько вездесуща, что может показаться не очень интересным веществом, но она обладает многими уникальными свойствами, влияющими на глобальные океанографические и климатологические процессы. Многие из этих процессов обусловлены образованием водородных связей между молекулами воды.

 

Рисунок 5.1.1 Водородные связи (штриховые линии) между молекулами воды.Атомы кислорода показаны красным, атомы водорода — белым (общественное достояние, через Wikimedia Commons).

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Электроны, ответственные за связи между атомами, распределены по молекуле неравномерно, так что водородные концы молекул воды имеют небольшой положительный заряд, а кислородный конец имеет небольшой отрицательный заряд, что делает воду полярной молекулой . Отрицательная кислородная сторона молекулы образует притяжение к положительному водородному концу соседней молекулы.Эта довольно слабая сила притяжения называется водородной связью (рис. 5.1.1). Если бы не водородные связи, вода испарялась бы при температуре -68 o C, а это означало, что жидкая вода (и, следовательно, жизнь) не могла бы существовать на Земле. Эти водородные связи ответственны за некоторые уникальные свойства воды:

1. Вода – это единственное вещество, существующее в природе в твердом, жидком и газообразном состояниях при обычных для Земли диапазонах температур и давлений. Это связано с относительно высокими температурами замерзания и испарения воды (см. ниже).

2. Вода имеет высокую теплоемкость , которая представляет собой количество тепла, которое необходимо добавить, чтобы повысить ее температуру. Удельной теплоемкостью называется теплота, необходимая для повышения температуры 1 г вещества на 1 o С. Наибольшей удельной теплоемкостью среди всех жидкостей, кроме аммиака, обладает вода (табл. 5.1.1).

Таблица 5.1.1 Удельная теплоемкость ряда обычных веществ

  Удельная теплоемкость (калории/г/C o )
Аммиак 1.13
Вода 1,00
Ацетон 0,51
Зерновой спирт 0,23
Алюминий 0,22
Медь 0,09
Серебро 0,06

Таким образом, вода является одной из самых трудных для нагревания или охлаждения жидкостей; он может поглощать большое количество тепла без повышения его температуры.Помните, что температура отражает среднюю кинетическую энергию молекул внутри вещества; чем энергичнее движение, тем выше температура. В воде молекулы удерживаются вместе водородными связями, и эти связи необходимо преодолеть, чтобы позволить молекулам свободно двигаться. Когда к воде добавляется тепло, энергия должна сначала пойти на разрыв водородных связей, прежде чем температура начнет повышаться. Следовательно, большая часть добавочного тепла поглощается за счет разрыва Н-связей, а не за счет повышения температуры, что придает воде высокую теплоемкость.

Водородные связи также придают воде высокую скрытую теплоту; теплота, необходимая для фазового перехода из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газообразное. Скрытая теплота плавления — это теплота, необходимая для перехода из твердого состояния в жидкое; 80 кал/г в случае таяния льда в воду. Лед является твердым телом, потому что водородные связи удерживают молекулы воды в твердой кристаллической решетке (см. ниже). При нагревании льда температура поднимается до 0, o С. В этот момент любое дополнительное тепло идет на плавление льда за счет разрыва водородных связей, а не на повышение температуры.Так что пока есть лед, температура воды не повысится. Вот почему ваш напиток останется холодным, пока в нем есть лед; любое поглощенное тепло идет на таяние льда, а не на подогрев напитка.

Когда весь лед растает, дополнительное тепло повысит температуру воды на 1 o C на каждую добавленную калорию тепла, пока она не достигнет 100 o C. В этот момент любое дополнительное тепло идет на преодоление водородные связи и превращение жидкой воды в водяной пар, а не повышение температуры воды.Теплота, необходимая для испарения жидкой воды в водяной пар, представляет собой скрытую теплоту парообразования , которая имеет значение 540 кал/г (рис. 5.1.2).

Рисунок 5.1.2 Скрытая теплота, необходимая для фазовых переходов в воде. Скрытая теплота плавления — это теплота, необходимая для таяния льда (80 кал/г), а скрытая теплота парообразования — это теплота, необходимая для превращения жидкой воды в водяной пар (540 кал/г) (PW).

Высокая теплоемкость воды помогает регулировать глобальный климат, поскольку океаны медленно поглощают и выделяют тепло, предотвращая резкие колебания температуры (см.1). Это также означает, что водные организмы не так подвержены таким быстрым изменениям температуры, как наземные организмы. Глубоководный организм может испытывать изменение температуры не более чем на 0,5 o C за всю свою жизнь, в то время как наземные виды могут столкнуться с изменением температуры более чем на 20 o C за один день!

3. Вода растворяет больше веществ, чем любая другая жидкость; это «универсальный растворитель» , поэтому в океане растворено так много веществ.Вода особенно хорошо растворяет ионные соли; молекулы, состоящие из противоположно заряженных ионов, таких как NaCl (Na + и Cl ). В воде заряженные ионы притягивают полярные молекулы воды. Ионы окружаются слоем молекул воды, ослабляя связь между ионами до 80 раз. При ослаблении связей между ионами вещество растворяется (рис. 5.1.3).

Рисунок 5.1.3 Притяжение между полярными молекулами воды и заряженными ионами (например, в NaCl) больше, чем притяжение между заряженными ионами, вызывая диссоциацию ионов и растворение соли (PW).

4. Твердая фаза менее плотна, чем жидкая фаза . Другими словами, лед плавает. Большинство веществ более плотные в твердом состоянии, чем в жидком, поскольку их молекулы более плотно упакованы в твердом состоянии. Исключение составляет вода: плотность пресной воды 1,0 г/см 3 , а плотность льда 0,92 г/см 3 , и опять-таки это связано с действием водородных связей.

По мере того, как вода охлаждается, молекулы замедляются, в конечном итоге замедляясь настолько, что могут образовываться водородные связи и удерживать молекулы воды в кристаллической решетке.Молекулы в решетке расположены дальше друг от друга, чем молекулы в жидкой воде, что делает лед менее плотным, чем жидкая вода (рис. 5.1.4). Это знакомо каждому, кто когда-либо оставлял полную бутылку с водой в морозильной камере только для того, чтобы она лопнула, когда вода замерзнет и расширится.

 

Рисунок 5.1.4 Структура кристаллической решетки льда, показывающая молекулы воды, удерживаемые вместе водородными связями (автор Adam001d (собственная работа) [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons).

Но зависимость между температурой и плотностью воды не является простой линейной.Когда вода охлаждается, ее плотность, как и ожидалось, увеличивается, так как молекулы воды замедляются и сближаются. Однако пресная вода достигает максимальной плотности при температуре 4 o C, а по мере охлаждения выше этой точки ее плотность снижается, поскольку начинают формироваться водородные связи и увеличивается межмолекулярное расстояние (рис. 5.1.5, вставка). Плотность продолжает снижаться до тех пор, пока температура не достигнет 0, o C и не образуются кристаллы льда, резко снижающие плотность (рис. 5.1.5).

 

Рисунок 5.1.5 По мере снижения температуры плотность воды увеличивается, пока не достигнет максимальной плотности при 4 o C (врезка). Затем плотность немного снижается до 0 o C, где она резко снижается по мере образования кристаллов льда (Клаус-Дитер Келлер, [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons).

То, что лед менее плотный, чем вода, имеет ряд важных последствий. Лед, плавающий на поверхности океана, помогает регулировать температуру океана и, следовательно, глобальный климат, влияя на количество солнечного света, который отражается, а не поглощается (см.1). В меньших масштабах поверхностный лед может предотвратить замерзание озер и прудов зимой. По мере того как пресная поверхностная вода охлаждается, она становится более плотной и опускается на дно. Затем новая поверхностная вода охлаждается и опускается, и процесс повторяется, что называется опрокидыванием , при этом более плотная вода опускается, а менее плотная вода движется к поверхности только для того, чтобы охладиться и опуститься. Таким образом, весь водоем охлаждается несколько равномерно. Этот процесс продолжается до тех пор, пока поверхностные воды не остынут ниже 4 o С.Ниже 4 o C вода по мере охлаждения становится менее плотной, поэтому она больше не тонет. Вместо этого он остается на поверхности, становясь все холоднее и менее плотным, пока не замерзнет при температуре 0, o °C. Как только пресная вода замерзает, лед всплывает и изолирует остальную воду под ним, уменьшая дальнейшее охлаждение. Самая плотная придонная вода по-прежнему имеет температуру 4 o C, поэтому она не замерзает, позволяя дну озера или пруда оставаться незамерзающим (что является хорошей новостью для живущих там животных), независимо от того, насколько холодно на улице.

Растворенные в морской воде соли препятствуют образованию кристаллической решетки и, следовательно, затрудняют образование льда. Таким образом, морская вода имеет точку замерзания около -2 o C (в зависимости от солености) и замерзает до достижения температуры максимальной плотности. Таким образом, морская вода будет продолжать тонуть по мере того, как становится холоднее, пока, наконец, не замерзнет.

5. Вода имеет очень высокое поверхностное натяжение , самое высокое из всех жидкостей, кроме ртути (таблица 5.1.2). Молекулы воды притягиваются друг к другу водородными связями.Молекулы, не находящиеся на поверхности воды, окружены другими молекулами воды во всех направлениях, поэтому силы притяжения равномерно распределяются во всех направлениях. Но для молекул на поверхности над ними мало соседних молекул, только внизу, поэтому все силы притяжения направлены внутрь, от поверхности (рис. 5.1.6). Эта внутренняя сила заставляет капли воды принимать сферическую форму, а вода собирается на поверхности, поскольку сферическая форма обеспечивает минимально возможную площадь поверхности.Эти силы притяжения также заставляют поверхность воды действовать как эластичная «кожа», которая позволяет таким вещам, как насекомые, сидеть на поверхности воды и не тонуть.

Рисунок 5.1.6 Чистая сила притяжения между молекулами на поверхности направлена ​​внутрь, что приводит к поверхностному натяжению. Для молекул в центре сила одинакова во всех направлениях (PW).

Таблица 5.1.2 Поверхностное натяжение различных жидкостей

Жидкость Поверхностное натяжение (милиньютон/метр) Температура o С
Меркурий 487.00 15
Вода 71,97 25
Глицерин 63,00 20
Ацетон 23,70 20
Этанол 22,27 20

Температура воды – Системы измерения окружающей среды

Что такое температура воды?

Температура воды — это физическое свойство, выражающее, насколько горячей или холодной является вода.Поскольку горячее и холодное являются произвольными терминами, температура может быть дополнительно определена как измерение средней тепловой энергии вещества 5 . Тепловая энергия — это кинетическая энергия атомов и молекул, поэтому температура, в свою очередь, измеряет среднюю кинетическую энергию атомов и молекул 5 . Эта энергия может передаваться между веществами в виде потока тепла. Теплопередача, будь то из воздуха, солнечного света, другого источника воды или теплового загрязнения, может изменить температуру воды.

Температура воды играет важную роль в качестве водной жизни и среды обитания. Тепловой поток и колебания температуры определяют, какие виды будут жить и процветать в водоеме.

Температура воды была определена Дж. Р. Бреттом как «главный абиотический фактор» из-за ее воздействия на водные организмы 15 . Что это означает для озер, рек и океанов?

Почему важна температура воды

Температура воды влияет почти на все остальные параметры качества воды.

Температура является важным фактором, который следует учитывать при оценке качества воды. Помимо собственных эффектов, температура влияет на ряд других параметров и может изменять физические и химические свойства воды. В связи с этим температура воды должна учитываться при определении 7 :

– Скорость метаболизма и продукция фотосинтеза
– Токсичность соединений
– Концентрации растворенного кислорода и других растворенных газов
– Проводимость и соленость
– Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП)
– pH
– Плотность воды

Температура воды и водная жизнь

Скорость метаболизма водных организмов увеличивается с повышением температуры воды.

Сама по себе температура воды может влиять на скорость метаболизма и биологическую активность водных организмов 14 . Как таковой он влияет на выбор мест обитания разнообразных водных организмов 8 . Некоторые организмы, особенно водные растения, процветают при более высоких температурах, в то время как некоторые рыбы, такие как форель или лосось, предпочитают более холодные потоки 8 .

Исследования показали прямую зависимость между скоростью метаболизма и температурой воды. Это происходит потому, что многие клеточные ферменты более активны при более высоких температурах 18 .Для большинства рыб повышение температуры воды на 10°C приблизительно удвоит скорость физиологических функций 16 . Некоторые виды могут справиться с этим увеличением скорости метаболизма лучше, чем другие. Повышение метаболической функции можно заметить по частоте дыхания и реакции пищеварения у большинства видов. Увеличение частоты дыхания при более высоких температурах приводит к повышенному потреблению кислорода, что может быть вредным, если частота дыхания остается повышенной в течение длительного периода времени. Кроме того, температура выше 35°C может начать денатурировать или разрушать ферменты, снижая метаболическую функцию 18 .

Колебания температуры также могут влиять на выбор поведения водных организмов, например, переход в более теплую или более холодную воду после кормления, реакции хищник-жертва и режимы отдыха или миграции 16 . Некоторые виды акул и скатов даже во время беременности ищут более теплые воды 16 .

Температура влияет на скорость фотосинтеза различных водорослей.

На растения также влияет температура воды. В то время как некоторые водные растения переносят более прохладную воду, большинство предпочитает более теплые температуры 17 .Тропические растения, в частности, будут демонстрировать ограниченный рост и период покоя при температуре воды ниже 21°C 17 . В то время как покой подходит для выживания в холодную зиму, для процветания большинства растений требуются более высокие температуры.

Температура также может подавлять дыхание растений и фотосинтез 14 . В целом, фотосинтез водорослей будет увеличиваться с повышением температуры, хотя разные виды будут иметь разные пиковые температуры для оптимальной фотосинтетической активности 14 .Выше и ниже этой температуры фотосинтез будет снижен.

Токсичность соединений и температура воды

Температура воды может играть роль в переходе между аммонием и аммиаком в воде.

Помимо воздействия на водные организмы, высокие температуры воды могут повышать растворимость и, следовательно, токсичность некоторых соединений 1 . Эти элементы включают тяжелые металлы, такие как кадмий, цинк и свинец, а также такие соединения, как аммиак 19,20 .Температура воды может не только повышать растворимость токсичных соединений, но и влиять на предел толерантности организма 19 . Смертность от цинка значительно выше при температуре выше 25°C, чем при температуре ниже 20°C 19 . Это происходит потому, что проницаемость тканей, скорость метаболизма и потребление кислорода увеличиваются с повышением температуры воды 19 . В одном исследовании на лабеобата 24-часовая 50% летальная концентрация (LC50) при 15°C составила 540 мг/л, а при 30°C LC50 упала до 210 мг/л 19 .

Концентрация растворенного кислорода зависит от температуры. Чем теплее вода, тем меньше кислорода она может удерживать.

Аммиак известен своей токсичностью при высоких уровнях pH, но температура также может влиять на концентрацию критерия острого и хронического состояния 21 . При низких температурах и нейтральном pH следующее уравнение остается сдвинутым влево, что дает нетоксичный ион аммония:

Nh4 + h3O <=> Nh5+ + OH-

Однако при повышении температуры на каждые 10 °C соотношение неионизированного аммиака в аммиачные двойники 21 .В 2013 году EPA определило, что критерий максимальной концентрации для пресноводных видов составляет 17 мг/л общего аммиачного азота (включая как Nh4, так и Nh5+) из-за его потенциального скачка токсичности при более высоких значениях pH и температуры 21 .

Растворенный кислород и температура воды

Растворимость кислорода и других газов будет уменьшаться при повышении температуры 9 . Это означает, что более холодные озера и ручьи могут содержать больше растворенного кислорода, чем более теплые воды. Если вода слишком теплая, в ней не будет достаточно кислорода для выживания водных организмов.

Проводимость и температура воды

Температура воды может влиять на проводимость двумя способами. Поскольку проводимость измеряется электрическим потенциалом ионов в растворе, на нее влияют концентрация, заряд и подвижность этих ионов 11 .

Температура воды влияет на вязкость, которая, в свою очередь, влияет на ионную активность и проводимость.

Ионная подвижность зависит от вязкости, которая, в свою очередь, зависит от температуры 13 . Вязкость относится к способности жидкости сопротивляться течению 23 .Чем она более вязкая, тем менее текучая; патока и ртуть более вязкие, чем вода. Обратная зависимость между температурой и вязкостью означает, что повышение температуры приведет к уменьшению вязкости 14 . Уменьшение вязкости воды увеличивает подвижность ионов в воде. Таким образом, повышение температуры увеличивает проводимость 11 .

Проводимость увеличивается примерно на 2-3% при повышении температуры на 1°C, хотя в чистой воде она увеличивается примерно на 5% на каждый 1°C 11 .Именно из-за этой вариации многие профессионалы используют стандартизированное сравнение проводимости, известное как удельная проводимость, с поправкой на температуру 25°C 10 .

Многие соли лучше растворяются при более высоких температурах.

Второй способ влияния температуры на электропроводность – концентрация ионов. Многие соли лучше растворяются при более высоких температурах 22 . Когда соль растворяется, она распадается на соответствующие ионы. Поскольку теплая вода может растворять несколько минералов и солей легче, чем холодная вода, концентрация ионов часто выше 9 .Повышенное содержание минералов и ионов можно заметить в природных горячих источниках, которые рекламируют свои «целебные» свойства 50 . Эти растворенные растворенные вещества часто называют общими растворенными твердыми веществами или TDS 12 . TDS относится ко всем ионным частицам в растворе размером менее 2 микрон 24 . Эти соли и минералы попадают в воду из горных пород и отложений, контактирующих с ней. По мере их растворения и увеличения концентрации ионов увеличивается и проводимость воды.

Скорость увеличения проводимости зависит от солей, присутствующих в растворе 22 .Растворимость KCl увеличится с 28 г KCl/100 г ч30 при 0°C до 56 г KCl/100 г ч30 при 100°C, в то время как растворимость NaCl увеличится только с 35,6 г до 38,9 г NaCl/100 г ч30 в том же диапазоне температур. . Кроме того, есть несколько солей, которые становятся менее растворимыми при более высоких температурах, что отрицательно влияет на проводимость 22 .

Окислительно-восстановительный потенциал и температура воды

Температура воды влияет на ОВП, но в какой степени трудно определить в полевых условиях.Окислительно-восстановительные соединения в калибровочных растворах известны количественно, поэтому можно измерить влияние температуры. Окислительно-восстановительный потенциал

, известный как ОВП, также зависит от температуры. Влияние температуры на значения ОВП зависит от химических соединений (атомов, молекул и ионов), присутствующих в растворе 25 . Графики температурной зависимости обычно доступны для калибровочных растворов, но не для полевых образцов 25 .

Отсутствие данных связано с трудностью идентификации и измерения каждого окислительно-восстановительного вида, который может присутствовать в любом конкретном источнике воды.Поскольку эти виды трудно узнать и количественно определить в исследованиях окружающей среды, большинство электродов ОВП не будут автоматически компенсировать температуру. Тем не менее, температура все еще может изменить показания, и ее следует записывать при каждом измерении, учитываемом при анализе данных 26 .

pH и температура воды

Температура воды может изменять количество присутствующих ионов, изменяя pH раствора, не делая его более кислым или щелочным.

pH рассчитывается по количеству ионов водорода в растворе.При рН 7 ионы водорода и гидроксила имеют равные концентрации, 1 x 10-7 М, что делает раствор нейтральным 27 . Однако эти концентрации справедливы только при 25°C. По мере повышения или понижения температуры концентрации ионов также будут сдвигаться, что приводит к смещению значения pH 27 . Эта реакция объясняется принципом Ле Шателье. Любое изменение в системе, находящейся в равновесии, например добавление реагента или изменение температуры, приведет к смещению системы до тех пор, пока она снова не достигнет равновесия 28 .
Уравнение:

h30 H+ + OH-

является экзотермической реакцией 28 . Это означает, что если температура воды увеличится, уравнение сместится влево, чтобы снова достичь равновесия. Сдвиг влево уменьшает ионы в воде, увеличивая рН. Точно так же, если бы температура понизилась, уравнение сместилось бы вправо, увеличив концентрацию ионов и уменьшив pH.

pH чистой воды меняется в зависимости от температуры, оставаясь абсолютно нейтральным.Чистая вода имеет только pH 7,0 при 25 градусах Цельсия.

Однако это не означает, что изменение температуры сделает раствор более кислым или щелочным. Поскольку соотношение ионов водорода и гидроксила остается неизменным, кислотность воды не меняется с температурой 28 . Вместо этого смещается весь диапазон pH, так что нейтральная вода будет иметь значение, отличное от 7. Чистая вода останется нейтральной при 0°C (pH 7,47), 25°C. (рН 7,00) или 100°С. (рН 6,14).

Плотность и температура воды

Температура воды и плотность воды напрямую связаны.По мере повышения или понижения температуры воды плотность воды будет изменяться. Это уникальное соотношение заключается в том, что в отличие от большинства материалов плотность чистой воды уменьшается примерно на 9% при замерзании 29 . Вот почему лед расширяется и плавает на поверхности воды. Чистая вода также уникальна тем, что достигает максимальной плотности 1,00 г/мл при 4°C 29 . Вода при температурах выше и ниже этой, включая перегретую и переохлажденную воду, будет плавать на воде с температурой 4°C.

Айсберги — яркий пример того, как лед плавает на поверхности воды.Фотография предоставлена ​​Национальной океанской службой NOAA через Flickr

Температурные точки пресной воды

Вода имеет наибольшую плотность при температуре 4 градуса по Цельсию и наименьшую плотность в твердой форме в виде льда.

Точка максимальной плотности особенно важна в пресной воде. Если бы вода была наиболее плотной при температуре замерзания (0 °C), то она опустилась бы на дно, замораживая водоем снизу вверх и убивая все живущие в нем организмы 29 . Наоборот, это свойство гарантирует, что дно водоема останется при температуре не ниже 4°C и, таким образом, не замерзнет 30 .Таким образом, соотношение температуры и плотности создает схему конвекции воды по мере ее охлаждения. Когда температура поверхностных вод приближается к температуре максимальной плотности, они опускаются и замещаются более теплой и легкой водой 42 . Этот процесс продолжается до тех пор, пока вода не станет равномерно холодной. Любая вода холоднее этой точки будет плавать поверх более плотной воды. Эта схема конвекции позволяет смешивать 30 30 воду как теплее, так и холоднее 4°C (и потенциально с различной концентрацией растворенного кислорода).Этот процесс происходит сезонно в голомиктических (перемешивающихся) озерах, когда температура воды (и, следовательно, другие параметры) достигают равновесия 14 .

Точки температуры соленой воды

Температура замерзания и максимальная плотность снижаются по мере увеличения уровня солености.

Важно отметить, что соленость не только влияет на плотность воды, но и может сдвигать максимальную плотность и температуру замерзания воды. По мере увеличения концентрации соли и максимальная плотность, и температура замерзания будут уменьшаться 14 .Средняя морская вода имеет уровень солености 35 PPT (частей на тысячу) и имеет сдвинутую максимальную плотность -3,5°C 14 . Это более чем на 7° отличается от температуры пресной воды и ниже точки замерзания морской воды на 1,9°C 14 . Однако эта максимальная плотность никогда не достигается 39 . Вместо этого в процессе конвекции охлаждающая вода просто циркулирует до тех пор, пока вся толща поверхностных вод не достигнет точки замерзания 42 . Поскольку фазовая граница между жидкостью и твердым телом требует надлежащего давления, а также температуры, лед образуется только на поверхности 30 .

Самая низкая зарегистрированная естественная температура морской воды составила -2,6°C, зарегистрированная под антарктическим ледником 38 . Точно так же самые холодные зарегистрированные океанские течения были -2,2°C на глубине 500 м. В обоих случаях гидростатическое давление позволяло воде оставаться жидкой при таких низких температурах 38 .

Ледяная формация

Лед плавает поверх более плотной воды.

Общеизвестно, что пресная вода начинает замерзать при 0°C. Однако соленая вода имеет более низкую температуру замерзания.Вот почему соль используется зимой для размораживания дорог и тротуаров. Средняя морская вода имеет уровень солености 35 PPT (частей на тысячу), что смещает точку замерзания до -1,9°C 14 .

Плотность чистого водяного льда при 0°C составляет 0,9168 г/мл, что почти на 9% легче, чем жидкая вода при 0°C, плотность которой составляет 0,99987 г/мл 14 . Это не кажется большой разницей, но этого достаточно, чтобы лед оставался на поверхности воды и позволял водным организмам пережить зиму.Это падение плотности происходит потому, что водородные связи в воде создают открытую гексагональную решетку, оставляя пространство между молекулами 42 .

Многолетний лед в Антарктиде свежее нового морского льда. Фото предоставлено ICESCAPE через НАСА

Лед, образовавшийся в морской воде, даже менее плотный, чем пресноводный лед 40 . Когда соленая вода начинает замерзать, молекулы воды начинают формировать кристаллическую решетку (точно так же, как в пресной воде). Эти кристаллы включают только молекулы воды, а не ионы соли, и это образование известно как исключение рассола 43 .По мере роста структуры льда карманы с концентрированной соленой водой могут задерживаться внутри льда, но не включаются в его структуру. Захваченная вода может в конечном итоге стекать, оставляя во льду небольшой пузырь воздуха. Оставшиеся пузырьки воздуха значительно снижают плотность льда – до 0,8-0,9 г/мл 40 .

Новый морской лед может иметь соленый вкус из-за захваченного рассола, который еще не вышел. В более старых ледяных структурах, называемых многолетним льдом, не осталось рассола, и они достаточно свежи, чтобы их можно было пить после таяния 41 .

Соотношение температура/плотность также способствует расслоению.

Тепловая стратификация

Тепловое изображение стратификации Ледяного озера за 22-месячный период. Озеро смешивается каждую весну и осень, выравнивая температуру по всему озеру. Термоклин существует на разной глубине в зависимости от времени года.

Стратификация – это разделение водной толщи на пласты или слои воды с различными свойствами. Эти подразделения обычно определяются по температуре и плотности, хотя могут использоваться и другие параметры, такие как соленость и химические различия 31 .Расслоение происходит потому, что для смешивания жидкостей различной плотности 14 требуется работа (сила и перемещение). Термическая стратификация обычно носит сезонный характер, с четкими границами между слоями летом, более узкими слоями зимой и «оборотом» весной и осенью, когда температура достаточно однородна по всей толще воды 32 . С течением времени года солнечный свет, ветер, температура окружающей среды и лед (зимой) вызывают повторное расслоение озера 32 .

Говоря о слоях температуры и плотности в озере, слои обычно называют эпилимнионом, металимнионом и гиполимнионом сверху вниз 14 . Верхний слой, эпилимнион, подвергается воздействию солнечной радиации и тепловому контакту с атмосферой, поддерживая в ней тепло. Эпилимнион простирается настолько далеко, насколько позволяют солнечный свет и ветер, и обычно он глубже в озерах с большей площадью поверхности 14 .

Стратификация озера – различные слои разделены термоклинами или температурными градиентами.

Ниже эпилимниона находится слой воды с быстро меняющимся температурным диапазоном, известный как металимнион 32 . Металимнион служит границей между верхним и нижним слоями воды. Температура в этих пластах может сильно различаться между его верхней и нижней глубинами 14 . Кроме того, толщина и глубина металимниона могут колебаться в зависимости от погодных условий и сезонных изменений 14 .

Металимнион окаймлен сверху и снизу краем, называемым термоклином.Термоклин определяется как плоскость максимального снижения температуры 14 . Другими словами, когда температура воды начинает значительно падать, термоклин пройден. Эта плоскость обычно считается глубиной, на которой температура снижается со скоростью, превышающей 1°C на метр 14 . Поскольку температура и плотность связаны, второй клин, известный как пикноклин, существует на тех же глубинах. Пикноклин разделяет толщи водной толщи плотностью 33 .

Ниже второго термоклина и пикноклина находится гиполимнион. Эти слои обычно слишком глубоки, чтобы подвергаться влиянию ветра, солнечной радиации и атмосферного теплообмена 31 . Температура гиполимниона обычно определяется весенним оборотом. В более глубоких озерах перемешивание может быть минимальным, а плотность гиполимниона будет близка к максимальной, или 4°C 14 . В более мелких озерах температура гиполимниона может повышаться более чем на 10°C. Эта температура может измениться лишь минимально, если вообще изменится, при расслоении 14 .

Озера, которые полностью перемешиваются не реже одного раза в год, известны как голомиктические озера 14 . Существует шесть типов голомиктических озер, определения которых основаны на средней температуре и частоте совпадения температур 14 . Эти озера и факторы их разделения можно увидеть на этой блок-схеме:

Блок-схема классификации озер Хатчинсона и Лоффлера на основе моделей стратификации и циркуляции.

Озера, которые не смешиваются полностью, называются меромиктическими озерами 14 .Эти озера имеют нижний слой, который остается изолированным в течение всего года. Этот нижний слой известен как монимолимнион и обычно отделен от коллективных слоев над ним (миксолимнион) галоклином (клином, основанным на солености) 31 . Меромиктические условия могут возникать в голомиктическом озере, когда необычные погодные условия заставляют озеро расслаиваться до того, как оно успевает полностью смешаться 14 .

Точки давления и температуры воды

Давление напрямую не влияет на температуру воды.Вместо этого он смещает точки замерзания, кипения и максимальной плотности. Температура, при которой происходит кипение и замерзание, справедлива только на уровне моря 3 .

Давление может изменить точку кипения воды.

Как указано в некоторых рецептах, время приготовления увеличивается на больших высотах из-за изменения точки кипения воды. Это связано с влиянием атмосферного давления. При более низком давлении (большая высота) вода будет кипеть при более низкой температуре. С другой стороны, при более высоком давлении (например, в скороварке) вода будет кипеть при более высокой температуре 34 .Атмосферное давление влияет не на температуру самой воды, а только на ее способность превращаться в пар, смещая, таким образом, кипение влево или вправо.

Давление также объясняет, почему лед образуется только на поверхности воды. По мере увеличения гидростатического давления температура замерзания снижается 30 . На больших высотах (более низкое давление) происходит небольшое повышение точки замерзания, но изменение давления недостаточно, чтобы существенно повлиять на точку 30 .

Какие факторы влияют на температуру воды?

На температуру воды могут влиять многие условия окружающей среды. Эти элементы включают солнечный свет/солнечное излучение, теплопередачу из атмосферы, слияние потоков и мутность. Мелкие и поверхностные воды более подвержены влиянию этих факторов, чем глубокие воды 37 .

Солнечный свет

Солнечное излучение оказывает наибольшее влияние на температуру воды.

Самым большим источником передачи тепла температуре воды является солнечный свет 36 .Солнечный свет или солнечное излучение — это форма тепловой энергии 45 . Затем эта энергия передается поверхности воды в виде тепла, повышая температуру воды. Этот перенос тепла происходит из-за относительно низкого альбедо воды 44 . Альбедо — это определенное качество способности поверхности отражать или поглощать солнечный свет. Низкое альбедо воды означает, что она поглощает больше энергии, чем отражает 44 . Результатом являются ежедневные колебания температуры воды в зависимости от количества солнечного света, получаемого водой.

Если водоем достаточно глубок для расслоения, солнечный свет будет передавать тепло только через фотическую зону (достигающую света). Большая часть этой энергии (более половины) поглощается в первых 2 м воды 14 . Эта энергия будет экспоненциально поглощаться до тех пор, пока свет не исчезнет. Фотическая зона различается по глубине, но в океанах может достигать 200 м 46 . Глубина фотической зоны зависит от количества твердых частиц и других светорассеивающих элементов, присутствующих в воде.Температура воды ниже фотической зоны обычно изменяется только при перемешивании воды 37 . Таким образом, более мелкие водоемы, как правило, нагреваются быстрее и достигают более высоких температур, чем более глубокие водоемы 1 .

Атмосфера

Реки могут казаться парящими зимой, когда более холодный воздух течет над более теплой водой. Фото: Энтони ДеЛоренцо через Flickr

Атмосферный теплообмен происходит на поверхности воды. Поскольку тепло всегда течет от более высокой температуры к более низкой температуре, этот перенос может идти в обоих направлениях 6 .Когда воздух холодный, теплая вода передает энергию воздуху и охлаждает его. Эту проводимость часто можно увидеть в виде тумана или «дымящейся» реки 14 . Если воздух горячий, холодная вода получит энергию и согреется. Степень этого переноса основана на тепловой инерции и удельной теплоемкости воды 14 . Колебания температуры воды более плавные, чем колебания температуры воздуха 14 .

Мутность

Мониторинг мутности во время дноуглубительных работ на реке Пассаик.Мутность может повысить температуру воды.

Повышенная мутность также повысит температуру воды. Мутность – это количество взвешенных веществ в воде. Эти взвешенные частицы поглощают тепло солнечного излучения более эффективно, чем вода 47 . Затем тепло передается от частиц к молекулам воды, повышая температуру окружающей воды 47 .

Слияние

Поскольку река впадает в озеро, это может влиять на температуру воды.Фото: Роберто Арайя Баркхан через Wikimedia Commons

Грунтовые воды, ручьи и реки могут изменять температуру водоема, в который они впадают. Если родник или источник подземных вод холоднее, чем река, в которую он впадает, то и река станет холоднее. Вспоминая законы теплопередачи (энергия течет от горячего к холодному), река отдает энергию более холодной воде, нагревая ее 6 . Если приток большой или достаточно быстрый, равновесная температура воды будет близка к температуре притока 1 .Потоки с ледниковым питанием будут поддерживать более низкую температуру в сливающихся реках вблизи источника потока, чем ниже по течению 1 .

Антропогенное воздействие

Термальное загрязнение бытовыми и промышленными стоками может отрицательно сказаться на качестве воды. Фото: Вменков через Wikimedia Commons

Искусственное воздействие на температуру воды включает тепловое загрязнение, поверхностный сток, вырубку лесов и водохранилища.

Тепловое загрязнение
Термическое загрязнение – это любые сбросы, которые резко изменяют температуру природного источника воды 48 .Это загрязнение обычно происходит из городских или промышленных стоков 1 . Если температура сброса значительно теплее природной воды, это может негативно сказаться на качестве воды. Существует несколько серьезных последствий теплового загрязнения, в том числе снижение уровня растворенного кислорода, гибель рыбы и приток инвазивных видов 48 .

Сток с парковок и других непроницаемых поверхностей является еще одной формой теплового загрязнения. Вода, стекающая с этих поверхностей, поглощает большую часть их тепла и передает его ближайшему ручью или реке, повышая температуру 9 .

Вырубка лесов
На температуру воды могут влиять не только антропогенные добавки. Вода, затененная растительностью и другими объектами, не будет поглощать столько тепла, сколько освещенная солнцем вода 14 . При удалении деревьев или прибрежных навесов водоем может стать необычно теплым, что изменит его естественный цикл и среду обитания 48 .

Водохранилища

Плотина Маккензи изменила температурный режим воды ниже по течению, что повлияло на поведение рыб, особенно на размножение.

Водохранилища, такие как плотины, могут резко влиять на циклы температуры воды. Хотя плотина не отдает тепло воде напрямую, она может влиять на естественные закономерности повышения и понижения температуры воды 9 . Действующая плотина без узла скользящих затворов может изменить температуру воды ниже по течению от плотины, что может повлиять на поведение местных популяций рыб.

Изменение температурного режима может повлиять на миграцию, нерест и вылупление местных видов рыб 9 .Температурный режим изменится, если водохранилище расслоится, а попуск плотины будет слишком большим или слишком низким, что приведет к выбросу необычно холодной или необычно теплой воды в ручей 9 .

Типичные температуры

Сезонные колебания температуры в США.

Температура воды может варьироваться от замерзшего льда до близкой к кипению, так что же определяет «типичную» температуру? Типичные температуры зависят от 1) типа водоема 2) глубины 3) времени года 4) широты 5) окружающей среды.В то время как конкретный водоем может иметь общую схему, которой он следует ежегодно, не существует определенной «типичной» температуры воды. Даже конкретный водоем может варьироваться в зависимости от любого из этих источников; озеро может замерзнуть за одну зиму, но может не замерзнуть на следующий год из-за теплой зимы. Оба года он следует одной и той же модели потепления и охлаждения, но не достигает одинаковых температур. Любые «необычные» температуры следует рассматривать в контексте.

Реки и ручьи подвержены более сильным и быстрым колебаниям температуры, чем озера и океаны 14 .Точно так же широкие мелкие озера будут теплее, чем их более глубокие аналоги. Из-за смещения угла солнечного излучения и эффектов атмосферного теплообмена температура воды будет меняться в зависимости от сезона 44 . Поскольку солнечная радиация более интенсивна вблизи экватора, вода в более низких широтах будет теплее, чем вода в более высоких широтах 44 . Затененные ручьи не будут так подвержены влиянию солнечной радиации, как их незащищенные аналоги, и могут оставаться более прохладными. Водоемы, находящиеся под влиянием потока грунтовых вод или ледникового потока, также будут более прохладными 1 .

Температура океана также зависит от времени года, широты, глубины, океанских течений и конвекции 51 . Поверхностные воды будут больше меняться в зависимости от сезона и широты, чем более глубокие воды, и будут демонстрировать суточные (ежедневные) колебания из-за солнечной радиации и ветра 53 . Эта суточная вариация может достигать 6 градусов Цельсия 53 . Благодаря своим массивным размерам и высокой удельной теплоемкости воды океан обладает столь же большой теплоемкостью 14 . Это означает, что колебания между сезонами или из-за необычных событий окажут незначительное влияние 51 .Исследования показали, что за последнее столетие океан нагрелся примерно на 0,1 градуса Цельсия 52 . Хотя это число кажется небольшим, оно весьма значительно по сравнению с размером океана.

Температура поверхности моря в декабре 2013 года. Изображение предоставлено: Региональная система моделирования океана JPL через НАСА

Температура океана играет важную роль в атмосферных условиях по всему миру. Ураганы, циклоны, грозы и другие погодные явления могут формироваться в зависимости от температуры океана 53 .Муссоны могут возникать при большой разнице температур между сушей и морем, вызывая циклические осадки и штормы 35 . Ураганы и циклоны развиваются над теплой водой, где тепло может быстро передаваться воздуху посредством конвекции 54 . Точно так же снег с эффектом озера и другие сильные осадки могут образовываться, когда холодный воздух течет над большим, более теплым водоемом 55 . Океан также взаимодействует с атмосферой, создавая явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья.Эль-Ниньо описывает потепление Тихого океана из-за отсутствия ветра, что изменяет глубину термоклина. Это потепление, в свою очередь, влияет на погодные и температурные режимы по всему миру 35 . Ла-Нинья — это противоположное океану состояние, когда температура ниже нормы, обычно с обратным воздействием на погоду 35 . Эти события нерегулярны, происходят раз в 2-7 лет. Они могут длиться от 9 месяцев до пары лет, в зависимости от силы эпизода 35 .

На этих картах показаны изменения температуры поверхности вдоль экватора Тихого океана. В условиях Ла-Нинья полоса холодной воды смещается на запад вдоль экватора, в то время как в условиях Эль-Ниньо преобладают теплые температуры. Изображение предоставлено: Dai McClurg, проект TAO через NOAA

Уникальные условия

Бассейн Morning Glory в Йеллоустонском национальном парке является примером горячего источника. Фото: Джон Салливан

Есть несколько водоемов с уникальными уровнями температуры.Самый известный пример – горячие источники. Горячие источники, также известные как гидротермальные источники, питаются грунтовыми водами, которые значительно теплее других потоков 50 . Эти уникальные воды нагреваются геотермальным теплом. Этот теплообмен может исходить от потоков подземных вод, которые залегают достаточно глубоко в земной коре или вступают в контакт с магмой в вулканических зонах 50 . Горячие источники остаются намного теплее, чем температура окружающей среды, а некоторые вулканические горячие источники даже достигают температуры кипения 50 .

Другими уникальными водоемами являются гелиотермные озера. Эти озера обычно солёные, меромиктические, а это значит, что при их расслоении смешивается только верхний слой воды 14 . Как обсуждалось в разделе о стратификации, слои разделены галоклином, при этом миксолимнион остается довольно свежим, а нижний монимолимнион содержит более высокую концентрацию соли 14 . Когда эта стратификация попадает в фотическую зону, происходят необычные события.Солнечный свет, достигающий монимолимниона, нагревает воду. Это тепло не может выйти наружу, потому что повышение температуры не оказывает существенного влияния на плотность соляного нижнего слоя 14 . В результате получается тепловая ловушка на галоклине, где температура может легко достигать 50°C и выше 14 . Горячее озеро в Вашингтоне является одним из примеров гелиотермального озера, галоклин которого остается около 30°C, даже когда озеро покрыто льдом 14 .

Последствия необычных уровней

Максимально рекомендуемые уровни температуры для разных видов рыб на разных этапах жизни.

Слишком теплая вода обычно считается более опасной для водных организмов, чем холодная. Однако и то, и другое может повлиять на рост, устойчивость к болезням и выживаемость 8 . Слишком холодная вода влияет на биологические процессы и скорость метаболизма водных организмов 14 . С другой стороны, слишком теплая вода может вызвать чрезмерное дыхание, вызывая стресс у рыб. Теплая вода также не может содержать столько растворенного кислорода, как холодная вода, поэтому меньше кислорода доступно для поглощения организмами 14 .У каждого вида рыб есть свой диапазон комфорта. Температуры за пределами этого диапазона могут быть вредными для роста и выживания. Лосось и форель предпочитают плавать в более холодных реках, в то время как большеротый и малоротый окунь может переносить гораздо более теплую воду как для роста, так и для нереста 8 .

Важность мониторинга

Так как же определить качество воды по температуре? Агентство по охране окружающей среды и некоторые штаты, включая Аляску, Айдахо, Орегон и Вашингтон, рекомендовали максимальные сезонные и региональные температуры 49 .В других штатах числовое значение не приводится, а вместо этого указывается «отсутствие измеримых изменений по сравнению с естественными условиями» 1 . Это ставит во главу угла тщательный и долгосрочный мониторинг. Чем больше исторических данных доступно, тем больше аномальных колебаний можно обнаружить и устранить. Если температура озера, которое обычно стратифицируется из года в год при температуре около 20°C и 8°C в эпилимнионе и гиполимнионе, начинает показывать 23°C и 17°C соответственно, оно может стать эвтрофным (с высоким содержанием питательных веществ, часто гипоксическим) из-за сельскохозяйственного стока 1 .

Влияние температуры воды на ряд других параметров делает ее малозаметным, но жизненно важным фактором, определяющим качество воды.

Что такое единицы?

Наиболее распространенные температурные шкалы: Фаренгейты, Цельсия и Кельвина.

Так как температура измеряет тепловую энергию, были разработаны шкалы для определения значений температуры по отношению к другим значениям. Сегодня температура воды обычно измеряется по одной из трех шкал: Цельсия, Фаренгейта или Кельвина 2 .При использовании шкал Цельсия или Фаренгейта температура измеряется в градусах. По шкале Кельвина единицей измерения является кельвин, но это та же величина, что и градус Цельсия 2 . Из-за универсального использования температура воды обычно указывается по шкале Цельсия 1 .

Шкалы Фаренгейта и Цельсия определяются градусами замерзания и кипения воды 3 . Шкала Цельсия также называется стоградусной, потому что между двумя определенными точками (замерзание и кипение воды) есть интервал в 100 градусов 2 .Шкала Кельвина основана на теоретической точке абсолютного нуля 2 .

Температура в градусах Цельсия может быть преобразована в градусы Фаренгейта или Кельвины с помощью следующих уравнений , Inc. «Температура воды». Основы экологических измерений. 7 февраля 2014 г. Интернет. < https://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/water-quality/water-temperature/ >.

Дополнительная информация

Соленость | Управление научной миссии

Хотя всем известно, что морская вода соленая, мало кто знает, что даже небольшие колебания солености поверхности океана (т. е. концентрации растворенных солей) могут иметь серьезные последствия для круговорота воды и циркуляции океана. На протяжении всей истории Земли определенные процессы делали океан соленым. В результате выветривания горных пород минералы, в том числе соль, попадают в океан. Испарение океанской воды и образование морского льда увеличивают соленость океана.Однако эти факторы «повышения солености» постоянно уравновешиваются процессами, снижающими соленость, такими как постоянный приток пресной воды из рек, выпадение дождя и снега и таяние льда.

Соленость и круговорот воды

Понимание того, почему море соленое, начинается со знания того, как вода циркулирует между физическими состояниями океана: жидкость, пар и лед. Как жидкость вода растворяет горные породы и отложения и вступает в реакцию с выбросами вулканов и гидротермальных источников.Это создает сложный раствор минеральных солей в наших океанских бассейнах. И наоборот, в других состояниях, таких как пар и лед, вода и соль несовместимы: водяной пар и лед практически не содержат соли.

Поскольку 86 % глобального испарения и 78 % глобальных осадков приходится на океан, соленость поверхности океана является ключевой переменной для понимания того, как приток и отток пресной воды влияет на динамику океана. Отслеживая соленость поверхности океана, мы можем напрямую отслеживать изменения в водном цикле: сток с суши, замерзание и таяние морского льда, а также испарение и осадки над океанами.

Соленость, циркуляция океана и климат

Приземные ветры вызывают течения в верхних слоях океана. Однако глубоко под поверхностью циркуляция океана в основном определяется изменениями плотности морской воды, которая определяется соленостью и температурой. В некоторых регионах, таких как Северная Атлантика вблизи Гренландии, охлажденные поверхностные воды с высокой соленостью могут стать достаточно плотными, чтобы опускаться на большие глубины. Визуализация «Глобальная конвейерная лента» (ниже) показывает упрощенную модель того, как этот тип циркуляции будет работать как взаимосвязанная система.

В верхних трех (3) метрах океан накапливает больше тепла, чем вся атмосфера. Таким образом, циркуляция с регулируемой плотностью является ключом к переносу тепла в океане и поддержанию климата Земли. Избыточное тепло, связанное с повышением глобальной температуры в течение последнего столетия, поглощается и перемещается океаном. Кроме того, исследования показывают, что морская вода становится более пресной в высоких широтах и ​​тропических районах, где преобладают дожди, а в субтропических регионах с высоким уровнем испарения вода становится более соленой.Такие изменения в круговороте воды могут существенно повлиять не только на циркуляцию океана, но и на климат, в котором мы живем.

Измерение солености

На протяжении большей части истории глобальное понимание солености поверхности океана было затруднено, поскольку отбор проб с судов, буев, дрифтеров и причалов был крайне ограничен. Между 300 и 600 годами нашей эры понимание изменений солености, температуры и запаха помогло полинезийцам исследовать южную часть Тихого океана. В 1870-х годах ученые на борту H.РС. Челленджер систематически измерял соленость, температуру и плотность воды в Мировом океане. С годами методы измерения таких свойств океанской воды резко изменились по методу и точности.

Запущенный 10 июня 2011 года на борту аргентинского космического корабля Aquarius/Satélite de Aplicaciones Sientíficas (SAC)-D, Aquarius является первым спутниковым прибором НАСА, специально созданным для изучения содержания соли в поверхностных водах океана. Колебания солености, одна из основных движущих сил циркуляции океана, тесно связаны с круговоротом пресной воды вокруг планеты и предоставляют ученым ценную информацию о том, как изменение глобального климата влияет на глобальный характер распределения осадков.

Датчик солености измеряет микроволновую излучательную способность верхних слоев океанской воды толщиной от 1 до 2 сантиметров (около дюйма) — это физическое свойство, которое изменяется в зависимости от температуры и солености. Инструмент собирает данные в полосах шириной 386 километров (240 миль) на орбите, предназначенной для получения полного обзора глобальной солености свободных ото льда океанов каждые семь дней.

О чем может рассказать соленость?

Данные с Водолея открыли мир различных моделей солености.Аравийское море, укрытое засушливым Ближним Востоком, кажется гораздо более соленым, чем соседний Бенгальский залив, который орошается интенсивными муссонными дождями и получает пресную воду из Ганга и других крупных рек. Другая могучая река, Амазонка, выпускает большой пресноводный шлейф, который направляется на восток в сторону Африки или изгибается на север к Карибскому морю, в зависимости от преобладающих сезонных течений. Бассейны пресной воды, приносимые океанскими течениями из регионов центральной части Тихого океана с сильными дождями, скапливаются рядом с побережьем Панамы, в то время как Средиземное море выделяется на картах Водолея как очень соленое море.

Одной из наиболее заметных особенностей является большое пятно с очень соленой водой через Северную Атлантику. Эта область, самая соленая в открытом океане, аналогична пустыням на суше, где мало осадков и много испарения. Экспедиция, финансируемая НАСА, «Региональное исследование процессов солености в верхних слоях океана» (SPURS) отправилась в самое соленое место в Северной Атлантике, чтобы проанализировать причины такой высокой концентрации соли и подтвердить измерения Водолея.

Будущие цели

Одной из основных целей в будущем является точная настройка показаний и получение данных ближе к побережьям и полюсам. Земля и лед излучают очень яркое микроволновое излучение, которое заглушает сигнал, считываемый спутником. На полюсах есть дополнительная сложность: холодные полярные воды требуют очень больших изменений концентрации солей для изменения их микроволнового сигнала.

Еще одним фактором, влияющим на показания солености, являются интенсивные осадки.Сильный дождь может повлиять на показания солености, ослабляя микроволновый сигнал, который Водолей считывает с поверхности океана, когда он проходит через пропитанную атмосферу. Дожди также могут создавать неровности и неглубокие бассейны с пресной водой на поверхности океана. В будущем команда Aquarius хочет использовать еще один прибор на борту Aquarius/SAC-D, построенный в Аргентине микроволновый радиометр, для измерения наличия сильного дождя одновременно с показаниями солености, чтобы ученые могли помечать данные, собранные во время сильных дождей.

Конечной целью является объединение измерений Aquarius с данными его европейского аналога, спутника Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS), для создания более точных и точных карт солености океана. Кроме того, команда Aquarius в сотрудничестве с исследователями из Министерства сельского хозяйства США собирается выпустить свой первый глобальный набор данных о влажности почвы, который дополнит измерения влажности почвы SMOS.

Для получения дополнительной информации о миссии НАСА «Водолей» посетите веб-сайт: http://www.nasa.gov/водолей

Донные воды Антарктики – обзор

2.3 Шельфовые и подледные процессы: пример образования ААДВ

Очень плотные ААДВ образуются в ряде мест вдоль окраин антарктического континента (рис. 10.9). Приповерхностные и подледные процессы, вовлеченные в формирование, описаны и обсуждены Foster and Carmack (1976) и Foldvik et al. (1985). Отторжение солей после образования морского льда образует плотные поверхностные воды, которые после прохождения под шельфовыми ледниками (таким образом, охлаждаясь и поглощая базальные талые воды) опускаются на дно на континентальных шельфах.Спускаясь по континентальному склону, эти плотные, почти замерзающие шельфовые воды, образующиеся на континентальных шельфах, увлекают за собой значительное количество более теплых и более соленых промежуточных вод (Gill, 1973; Carmack, Foster, 1975; Foster, Carmack, 1976; Foldvik et al. др., 1985). Воды промежуточных глубин, вторгающиеся на континентальный шельф и участвующие в этом процессе захвата, обладают характерными свойствами, которые частично обусловлены смешением антарктических поверхностных вод (ППВ) и циркумполярных глубинных вод.Поэтому свойства новообразованных разновидностей плотных ААДВ зависят не только от свойств очень холодных, высокоплотных шельфовых компонентов, но и весьма существенно от количества и характеристик окружающих вод, увлекаемых в процессе перемешивания и опускания. . Например, в основном районе формирования ААДВ (море Уэдделла) новая придонная вода содержит 35–50% теплой глубинной воды (ВДВ), местной разновидности циркумполярной глубинной воды (Huhn et al., 2008).

Рисунок 10.9. Основные районы формирования ААДВ и пути оттока из Южного океана. AABW (зеленый) образуется в результате опускания плотных шельфовых вод и вовлечения окружающих вод в ряде мест, включая море Уэдделла, залив Прюдс, Землю Адели и море Росса, где он погружается на глубину (фиолетовые стрелки). Двигаясь на север через границы Антарктического циркумполярного течения (красные пунктирные линии), ААДВ смешивается с промежуточной водой, образуя придонную воду Антарктического циркумполярного течения (светло-розовый).Области, заштрихованные темно-розовым цветом, указывают на то, что придонная вода менее плотная, чем придонная вода Антарктического циркумполярного течения. Было показано, что относительно неразбавленный AABW покидает Южный океан вдоль банки Юинга и через промежутки в юго-западной части Индийского хребта (синие стрелки).

Из Орси (2010).

Как в южной части морей Уэдделла, так и в морях Росса (рис. 10.9) широкие континентальные шельфы и батиметрические особенности способствуют формированию и накоплению плотных шельфовых вод. Соленость этих шельфовых вод может варьироваться в зависимости от степени выброса рассола во время образования и выноса морского льда, а также от путей движения шельфовых вод.Например, в далекой южной части моря Уэдделла вдоль шельфового ледника Фильхнера-Ронна было описано несколько разновидностей очень плотных шельфовых вод, в том числе шельфовые воды высокой солености (HSSW) (Foster and Carmack, 1976), которые образуются за счет рассола. отторжение в процессе ледообразования на широком шельфовом участке с температурами, близкими к температуре замерзания поверхности. Новые придонные воды моря Уэдделла (WSBW) образуются, когда эта HSSW спускается по склону и смешивается с окружающими модифицированными циркумполярными глубинными водами (mCDW), в конечном итоге частично полученными из Антарктического циркумполярного течения (ACC).Фолдвик и др. (1985) описывают процесс в южной части моря Уэдделла, когда HSSW может течь под большими плавучими шельфовыми ледниками в этом регионе, образуя чрезвычайно холодные, немного менее соленые воды шельфового ледника (ISW) с температурой ниже точки замерзания на поверхности. Поскольку морская вода циркулирует под большими плавучими шельфовыми ледниками, она вызывает таяние вдоль основания шельфового ледника и включает небольшое количество талой подледниковой воды. По мере того, как происходит таяние нижнего шельфового ледника, маленькие пузырьки воздуха, захваченные ледниковым льдом, высвобождаются и растворяются в окружающих водах, вызывая аномалии в инертных газах (т.г., гелий и неон) содержание воды. Вклад этой свежей ледниковой талой воды в плотные шельфовые воды и в новый WSBW можно обнаружить и количественно оценить с помощью измерений растворенного гелия и неона (например, Schlosser et al., 1990; Huhn et al., 2008) и других индикаторов.

Наблюдения (например, Foldvik et al., 2004) выявили выход на север относительно узких шлейфов плотных МУВ из впадины Фильхнера на север и вниз по склону в море Уэдделла. Измерения амперметра дают потоки в диапазоне ~ 1.6 Зв (при 90 151 θ 90 152 < - 1,9). Смешивание и унос окружающих более теплых и более глубоких вод увеличивает объемный расход примерно до 4,3 Зв (при 90 151 θ 90 152  < - 0,8, характерно для WSBW). Дополнительное перемешивание с окружающей водой также приводит к образованию немного более теплой (− 0,7 <  θ  <0), менее плотной глубоководной воды моря Уэдделла. Общая схема различных процессов и компонентов, участвующих в формировании новой ААДВ, показана на рис. 10.10.

Рисунок 10.10. Схема формирования и выноса плотных шельфовых вод и формирования новых ААДВ вниз по склону вдоль берегов Адели и Георга V. ASC – Антарктическое шельфовое течение; SW – шельфовые воды; другие ключевые водные массы маркированы и определены в тексте. На вставке показан график θ S по данным CTD, собранным во время экспедиции 2000/2001 гг. вдоль побережья Адели и Георга V. Цветовая полоса затенена для глубины. Черные линии — изолинии нейтральной плотности ( γ n ).

От Williams et al. (2010).

Течение глубинных и придонных вод через западную и северо-западную части моря Уэдделла обсуждалось Gordon et al. (1993), Фарбах и др. (2001) и Huhn et al. (2008) (см. также рис. 10.9). Помимо шельфовых районов в юго-западной части моря Уэдделла, имеются данные о дополнительном источнике глубоководного и придонного образования в западной части моря Уэдделла (Huhn et al., 2008) вдоль шельфового ледника Ларсена, отдельного от процессов вдоль Шельфовые ледники Фильхнера-Ронна в южной части моря Уэдделла.Как и в южной части моря Уэдделла, как HSSW, так и ISW участвуют в процессе формирования глубинных и придонных вод, при этом вклад талой ледниковой воды оценивается по аномалиям инертных газов (Huhn et al., 2008).

Другим значительным источником образования плотных ААДВ является море Росса (например, Jacobs et al., 1970; Whitworth and Orsi, 2006; Gordon et al., 2009). Как и в море Уэдделла, в этом регионе образуются плотные воды HSSW и ISW. Отток этих плотных шельфовых вод можно наблюдать каскадом вниз по склону в виде серии придонных гравитационных течений (Gordon et al., 2009) и привело к производству новых AABW.

Третьим значительным источником образования ААДВ является побережье Земли Адели в Восточной Антарктиде (140–149° в.д.) (например, Gordon and Tchernia, 1972; Rintoul, 1998; Williams et al., 2008, 2010). Уильямс и др. (2010) описывают вынос плотных шельфовых вод из двух независимых источников в этом регионе и их распространение вниз вдоль континентального склона с образованием новых AABW. Основным источником является впадина Адели, которая экспортирует шельфовую воду с более высокой соленостью через порог Адели.Формирование плотных шельфовых вод в этом регионе было связано с наличием прибрежной полыньи и повышенным образованием морского льда и отторжением рассола, а также с емкостью континентального шельфа в этом регионе (см. также главу 16).

Ошима и др. (2013) обсуждают дополнительный процесс формирования ААДВ в районе полыньи у мыса Дарнли (~ 69° в.д.) к западу от залива Прюдс. Формирование AABW на участке мыса Дарнли Полына, по-видимому, не требует наличия большого шельфового ледника или водохранилища, а вместо этого является в первую очередь результатом потока соли и увеличения плотности из-за чрезвычайно высоких темпов образования и экспорта морского льда в этом регионе. .Это контрастирует с другими крупными участками, идентифицированными для образования ААДВ вдоль окраины антарктического континента, включая моря Уэдделла и Росса, где большие континентальные шельфовые ледники и заливы участвуют в формировании плотных шельфовых вод, и вдоль побережья Адели, где плотные шельфовые воды являются продуктом высокого производства морского льда в прибрежной полыне в сочетании с наличием достаточной емкости для хранения на континентальном шельфе. В работе Ohshima et al. (2013), морские слоны, оснащенные датчиками CTD, обнаружили наличие плотных шельфовых вод в районе полыньи мыса Дарнли, а причалы обнаружили нисходящие по склону течения каскадных новых AABW.Ошима и др. (2013) оценивают скорость образования плотных шельфовых вод примерно в 0,3–0,8 Зв в районе мыса Дарнли, что соответствует 6–13% общего производства AABW. Основываясь на своих выводах в районе мыса Дарнли о том, что AABW может образовываться в результате образования морского льда в полынях вдоль узкого участка континентальной окраины с ограниченной емкостью для хранения плотной воды, Ohshima et al. (2013) предполагают, что другие подобные полины вдоль антарктической континентальной окраины также могут производить значительные количества новых AABW.

Таким образом, процессы, посредством которых плотные воды формируются и опускаются вокруг антарктического континента с образованием новых ГБО, являются сложными, включают смешивание компонентов различного состава и происходят в ряде мест, которые трудно контролировать. Во многих случаях районы-источники чрезвычайно труднодоступны, а в некоторых случаях недоступны. Процессы, формирующие глубокие воды, часто происходят под шельфовыми ледниками, а оттоки и каскадные гравитационные шлейфы могут управляться сложным набором множества небольших локальных батиметрических особенностей (каналов).Общее распространение различных компонентов ААДВ в Мировой океан показано на рис. 10.9.

2.3.1 Скорость образования и распространения AABW

Orsi et al. (1999) определяют AABW как воды с нейтральной плотностью ( γ η ) > 28,27, где γ η = 28,27 — плотность, обнаруженная на глубине самого глубокого порога в проливе Дрейка, узком месте между южным оконечности Южной Америки и Антарктического полуострова. Поэтому эти самые плотные формы AABW не могут напрямую общаться друг с другом через пролив Дрейка.Распространение этой плотной водной массы в чистом виде в соседние водоемы ограничено глубокими порогами. На рис. 10.11 показана средняя концентрация ХФУ-11 в самом плотном слое AABW ( γ η  > 28,27) вокруг Антарктиды на основе данных, собранных на гидрографических участках до и во время программы WOCE (~ 1984–1996 гг.).

Рисунок 10.11. Распределение средней (усредненной по глубине) концентрации растворенного ХФУ-11 (в пмоль кг — 1 ) в слое плотного ( γ η  > 28.27) ААБВ.

От Orsi et al. (1999).

В атлантическом секторе Южного океана экстремально высокие концентрации ХФУ-11 (> 3,5 пмоль кг − 1 ) присутствуют во вновь образованных ЗСПВ в юго-западной части моря Уэдделла (~ 60°з.д.) (см. рис. 10.11). В тихоокеанском секторе Южного океана ХФУ-11 в концентрациях ~ 2 пмоль кг — 1 присутствуют в РСБВ в северо-западной части моря Росса (~ 180° в. д.), а концентрации ХФУ-11 > 3 пмоль кг — 1 обнаружены у ALBW в Тихоокеанском/Индийском секторе Южного океана вдоль побережья Земли Адели к югу от Австралии (~ 150° в.д.).Относительно высокие концентрации ХФУ переносятся по мере того, как плотные ААДВ распространяются в соседних глубоких бассейнах и распространяются на север (к северу от ~ 50°ю.ш.) в глубокие бассейны в юго-западной части Атлантического океана и юго-западной части Индийского океана (см. рис. 10.9).

Оценки производительности этой плотной формы AABW на основе методов инвентаризации ХФУ были сделаны Orsi et al. (1999). Поскольку большая часть данных о CFC-11 в исследовании Orsi et al. (1999) исследование, использованное для расчета кадастров для атлантического сектора Южного океана, было собрано в период 1984–1990 гг., а большая часть данных о ХФУ-11 для Индийского и Тихоокеанского секторов была собрана в период 1991–1996 гг., на основе кадастров расчеты скоростей образования ААДВ проводились отдельно для двух регионов.Общая расчетная скорость образования ААДВ для двух секторов составила около 8,1 Зв, при этом скорость образования атлантического сектора (в основном генерируемого в море Уэдделла) составила 4,9 Зв, что несколько больше, чем совокупная скорость образования индо-тихоокеанского сектора (в основном из моря Росса и моря Уэдделла). источники Земли Адели) ~ 3,2 Зв. Орси и др. (1999) Скорость образования AABW в атлантическом секторе совместима с результатами, полученными на основе наблюдений за текущими метрами (3–4 Зв; Fahrbach et al., 1991), подходами обратного моделирования (5–6 Зв; Слоян и Ринтоул., 2001; Lumpkin and Speer, 2007), а также другие гидрографические или трассерные оценки в 4–5 Sv (Gordon et al., 1993; Gordon, 1998; Huhn et al., 2008).

При смешивании этих очень плотных ААДВ с водами Антарктического циркумполярного течения образуются несколько менее плотные разновидности ААДВ. В основном это модифицированные разновидности «AABW» из нижней части Циркумполярных глубинных вод (Mantyla and Reid, 1983), которые выносятся на северные окраины АЦК и текут в виде глубоких западных пограничных течений, заполняя большую часть объем абиссальных бассейнов Южной Атлантики, Индийского и Тихого океанов как «AABW.Ядра этих направленных на север глубоких западных пограничных течений в южной части Атлантического, Индийского и Тихого океанов можно четко идентифицировать по характерным свойствам (например, низким температурам, солености и повышенным уровням силиката, растворенного кислорода и фреонов).

Орси и др. (2002) также рассмотрели несколько менее плотные (плотности γ η  < 28,27) CDW, вынесенные из АЦК вместе с «истинными» AABW (плотности γ η  > 28,27) для оценки общего поступления в Южный океан. к глубокому океану.Когда учитывались эти дополнительные воды, общая производительность плотных вод южного происхождения составляла ~ 21 Зв, что сопоставимо с оценками производства НАДВ, основанными на инвентаризации ХФУ (Smethie and Fine, 2001; LeBel et al., 2008). Lumpkin and Speer (2007) оценивают общий перенос на север около 20 Sv из Южного океана в нижней части глобальной меридиональной циркуляции, что хорошо согласуется с расчетом Orsi et al. (2002) оценка. Ряд дополнительных оценок переноса ААДВ на север в отдельные бассейны также был сделан с использованием обратных моделей (например,г., Ganachaud and Wunsch, 2000; Sloyan and Rintoul, 2001) со значениями примерно 7–11 Зв для Тихого и Индийского океанов и примерно вдвое меньше для Атлантического океана.

Ван Себилль и др. (2013) обсуждают процессы и пути, по которым разновидности новых ААДВ, образовавшиеся в различных районах Антарктического континента, пересекают Южный океан и попадают в субтропические абиссальные бассейны Атлантического, Индийского и Тихого океанов. Используя анализ траекторий в модели оценки состояния Южного океана (SOSE), они обнаруживают, что к тому времени, когда они достигают 30 ° южной широты в абиссальных субтропических бассейнах, наблюдается большая степень перемешивания основных источников AABW.ACC играет важную роль в этом процессе объединения, и большинство частиц (~ 70%) из основных областей источников AABW в модели проходят по крайней мере одну полную циркумполярную петлю, прежде чем они достигают субтропиков. При сильной адвекции АЦК процесс гомогенизации означает, что изменения, происходящие вблизи отдельных регионов-источников новой ААДВ, могут быть переданы во все разные бассейны. В модели основные пути из Южного океана в субтропические бассейны в модели проходят через относительно узкие и сильные пограничные течения (Orsi et al., 1999; Fukamachi et al., 2010), при этом около 60–80 % частиц попадают в Тихий океан, 20–30 % — в Индийский и 5–10 % — в Атлантический. AABW, экспортируемый из моря Уэдделла, является основным источником и доминирующим вкладчиком в каждый бассейн.

Пути метана в зимнем льду на трансекте термокарстовое озеро–лагуна–прибрежные воды на севере Сибири

Адамс, В. и Ласенби, Д.: Роль снега, озерного льда и озерной воды в распределение мажорных ионов в ледяном покрове озера // Анн.Гляциол., 7, 202–207, https://doi.org/10.3189/S0260305500006170, 1985. a, b

Anderson, D. L.: Скорость роста морского льда, J. ​​Glaciol., 3, 1170–1172, https ://doi.org/10.3189/S0022143000017676, 1961. a

Ангелопулос М., Вестерманн С., Овердуин П., Фаге А., Оленченко В., Гросс Г. и Григорьев М. Н.: Тепловые и солевые потоки в подводной вечной мерзлоте смоделировано с помощью CryoGRID2, J. Geophys. Рез.-Земля, 124, 920–937, https://doi.org/10.1029/2018JF004823, 2019. a

Ангелопулос, М., Овердуин П.П., Вестерманн С., Тронике Дж., Штраус Дж., Ширрмейстер Л., Бискаборн Б.К., Либнер С., Максимов Г., Григорьев М.Н., Гроссе Г.: Термокарстовое озеро к переходам в лагуны в Восточной Сибири: замерзают ли затопленные талики? // Журн. Геофиз. Рез.-Земля, 125, e2019JF005424, https://doi.org/10.1029/2019JF005424, 2020. a, b, c

Арп С. Д., Джонс Б. М., Гроссе Г., Бондюран , А. С., Романовский В. Е., Хинкель К. М., Парсекян А. Д.: Пороговая чувствительность мелководных арктических озер и подозерной вечной мерзлоты к смене зимы климат, геофиз.Рез. Lett., 43, 6358–6365, https://doi.org/10.1002/2016GL068506, 2016. a

Барч А., Пойнтнер Г., Лейбман М. О., Дворников Ю. А., Хомутов А. В., и Трофайер, А. М.: Циркумполярное картирование наземных озер. лед, фронт. Earth Sci., 5, 12, https://doi.org/10.3389/feart.2017.00012, 2017. a

Bastviken, D., Ejlertsson, J., and Tranvik, L.: Измерение метана окисление в озерах: сравнение методы, Окружающая среда. науч. Technol., 36, 3354–3361, https://doi.org/10.1021/es010311p, 2002.a

Баствикен, Д., Коул, Дж., Пейс, М. и Транвик, Л.: Выбросы метана из озера: Зависимость характеристик озер, две региональные оценки и глобальная оценка, Global Biogeochem. с., 18, ГБ4009, https://doi.org/10.1029/2004GB002238, 2004. a, b

Баствикен, Д., Коул, Дж. Дж., Пейс, М. Л., и Ван де Богерт, М. К.: Судьбы метан из различных местообитаний озер: соединение бюджетов всего озера и выбросов CH 4 , J. Geophys. Рес.-Биогео., 113, G02024, https://дои.org/10.1029/2007JG000608, 2008. a, b

Бискаборн Б.К., Герцшух Ю., Большиянов Д., Савельева Л., Дикманн Б.: Изменчивость окружающей среды на северо-востоке Сибири за последние 13 лет. 300 лет по озерным диатомовым и осадочно-геохимическим параметрам, Палеогеогр. Палеокл., 329, 22–36, https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2012.02.003, 2012. a

Бискаборн Б.К., Герцшух Ю., Большиянов Д., Савельева Л., Зибульски Р., и Дикманн, Б.: Изменчивость термокарста в позднем голоцене, сделанная по диатомовым водорослям в летописи озерных отложений из дельты Лены, Сибирская Арктика, J.Палеолимнол., 49, 155–170, https://doi.org/10.1007/s10933-012-9650-1, 2013а. a

Бискаборн Б.К., Герцшух У., Большиянов Д.Ю., Швамборн Г., и Дикманн, Б.: Термокарстовые процессы и события осадконакопления в тундровом озере, северо-восточная Сибирь, многолетнемерзлые периглак., 24, 160–174, https://doi.org/10.1002/ppp.1769, 2013b. а

Бискаборн Б. К., Субетто Д., Савельева Л. А., Вахрамеева П. С., Ханше, А., Герцшух У., Клемм Дж., Хайнеке Л., Пестрякова Л., Мейер Х., Кун, Г., и Дикманн, Б.: Позднечетвертичная динамика растительности и озерной системы на северо-востоке Сибири: значение для сезонного климата изменчивость, четвертичные науки. Rev., 147, 406–421, https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2015.08.014, 2016. a

Biskaborn, B. K., Smith, S. L., Noetzli, J. и др.: Вечная мерзлота нагревается в глобальном масштабе, Nat. Commun., 10, 264, https://doi.org/10.1038/s41467-018-08240-4, 2019. a

Boereboom, T., Depoorter, M., Coppens, S., and Tison, J. -Л.: Газовые свойства зимнего озерного льда в Северной Швеции: влияние на выброс углекислого газа, Biogeosciences, 9, 827–838, https://doi.org/10.5194/bg-9-827-2012, 2012. a, b, c , д

Бойке Й., Каттенстрот Б., Абрамова К., Борнеманн Н., Четверова А., Федорова И., Фрёб К., Григорьев М., Грюбер М., Куцбах Л., Лангер М., Минке М., Мустер С., Пил К., Пфайффер Э.-М., Стооф Г., Вестерманн С., Вишневски К., Вилле С. ., и Хуббертен, Х.-В.: Исходные характеристики климата, вечной мерзлоты и земного покрова по данным новой обсерватории вечной мерзлоты в дельте реки Лены, Сибирь (1998–2011 гг.), Biogeosciences, 10, 2105–2128, https:// дои.org/10.5194/bg-10-2105-2013, 2013. a ​​

Bussmann, I.: Распределение метана в дельте Лены и Буор-Хая, Россия, Биогеонауки, 10, 4641–4652, https://doi .org/10.5194/bg-10-4641-2013, 2013. a ​​

Буссманн И., Хакбуш С., Шаал П. и Вихелс А.: Распределение и окисление метана в районе дельты Лены летом 2013 г. , Biogeosciences, 14, 4985–5002, https://doi.org/10.5194/bg-14-4985-2017, 2017. a, b

Canelhas, M. R., Denfeld, B. A., Weyhenmeyer, ГРАММ.А., Баствекен Д., и Бертилссон, С.: Окисление метана на границе раздела вода-лед покрытое льдом озеро Лимнол. океаногр., 61, 78–90, https://doi.org/10.1002/lno.10288, 2016. a, b, c, d, e

Чаркин А.Н., Рутгерс ван дер Лефф М., Шахова Н.Е., Густафссон О., Дударев, О.В., Черепнев М.С., Салюк А.Н., Кошурников А.В., Спивак Э.А., Гунар А.Ю., Рубан А.С., Семилетов И.П. Обнаружение и характеристика подводного стока подземных вод в сибирских арктических морях: на примере Буорского моря — Залив Хая, море Лаптевых, Криосфера, 11, 23:05–23:27, https://doi.org/10.5194/tc-11-2305-2017, 2017. a

Коул, Дж. Дж., Прейри, Ю. Т., Карако, Н. Ф., Макдауэлл, У. Х., Транвик, Л. Дж. ., Стригл Р. Г., Дуарте К. М., Кортелайнен П., Даунинг Дж. А., Мидделбург, Дж. Дж. и Мелак, Дж.: Анализ глобального углеродного цикла: интеграция внутренних вод в наземный углеродный баланс, Экосистемы, 10, 172–185, https://doi.org/10.1007/s10021-006-9013-8, 2007. a

Коулман, Д. Д., Рисатти, Дж. Б., и Шоэлл, М.: Фракционирование углерода и изотопов водорода путем окисления метана бактерии, Геохим.Космохим. Ac., 45, 1033–1037, https://doi.org/10.1016/0016-7037(81)-0, 1981. a

Конрад, Р.: Глобальный цикл метана: последние достижения в понимании вовлечены микробные процессы, Env. микробиол. Респ., 1, 285–292, https://doi.org/10.1111/j.1758-2229.2009.00038.x, 2009. a

Коуэн, Дж. П., Вен, X., и Попп, Б. Н.: Метан в стареющих гидротермальных шлейфах, Геохим. Космохим. Ак., 66, 3563–3571, https://doi.org/10.1016/S0016-7037(02)00975-4, 2002. a

Крейг, Х.: Изотопные вариации метеорных вод, Наука, 133, 1702–1703, https://doi.org/10.1126/science.133.3465.1702, 1961. a, b

Damm, E., Mackensen, A., Budéus, G., Faber, E., and Hanfland, C.: Pathways метана в морской воде: распространение шлейфа в среде арктического шельфа (юго-запад-Шпицберген), продолжение. Шельф Рез., 25, 1453–1472, https://doi.org/10.1016/j.csr.2005.03.003, 2005. a, b

Damm, E., Schauer, U., Rudels, B., and Haas, C.: Избыток дна выпущенный метан в морской полынье арктического шельфа зимой, прод.Полка Res., 27, 1692–1701, https://doi.org/10.1016/j.csr.2007.02.003, 2007. a

Damm, E., Rudels, B., Schauer, U., Mau, S., и Дикманн, Г.: Избыток метана в арктических поверхностных водах, вызванных образованием морского льда и плавление, наук. Rep.-UK, 5, 16179, https://doi.org/10.1038/srep16179, 2015. a

Dansgaard, W.: Стабильные изотопы в осадках, Tellus A, 16, 436–468, https://doi.org/10.1111/j.2153-3490.1964.tb00181.x, 1964. a, b

Denfeld, B. A., Baulch, H. M., del Giorgio, P.А., Хэмптон С. Э. и Карлссон, Дж.: Синтез диоксида углерода и динамики метана во время ледовитый период северных озер, Лимнол. Океаногр., 3, 117–131, https://doi.org/10.1002/lol2.10079, 2018. a, b

Федорова И., Четверова А., Большиянов Д., Макаров А., Бойке Ю., Хейм Б., Моргенштерн А., Овердуин П.П., Вегнер К., Кашина В., Эйленбург А., Добротина Е., Сидорина И.: Гидрология и геохимия дельты Лены: многолетние гидрологические данные и недавние полевые наблюдения, Biogeosciences, 12, 345–363, https://doi.org/10.5194/bg-12-345-2015, 2015. a

Гибсон, Дж. и Проуз, Т.: Изотопные характеристики ледяного покрова в большом бассейн северной реки, гидрол. Процесс., 13, 2537–2548, https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1085(199911)13:16<2537::AID-HYP940>3.0.CO;2-A, 1999. a, b, c, d

Гибсон , Дж. и Проус, Т.: Стабильные изотопы в речном льду: выявление первичных сигналы зимнего стока и их гидрологическое значение, гидрол. Process., 16, 873–890, https://doi.org/10.1002/hyp.366, 2002. a, b

Гроссе Г., Ширрмейстер Л., Зигерт К., Куницкий В. В., Слагода Е. А., Андреев А. А., Деревянягин А. Ю. Геолого-геоморфологические эволюция осадочного перигляциального ландшафта Северо-Востока Сибири в течение поздний четвертичный период, Geomorphology, 86, 25–51, https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2006.08.005, 2007. a

Grosse, G., Jones, B., and Arp, C. : Термокарстовые озера, дренажные и осушенные Бассейны, в: Трактат по геоморфологии, под редакцией: Shroder, J.F., Academic Press, Сан-Диего, США, 325–353, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374739-6.00216-5, 2013. a ​​

Гюнтер, Ф., Овердуин, П.П., Сандаков, А.В., Гроссе, Г., и Григорьев, М.Н.: Краткосрочная и долговременная термоэрозия богатых льдом берегов вечной мерзлоты в районе моря Лаптевых, Биогеонауки , 10, 4297–4318, https://doi.org/10.5194/bg-10-4297-2013, 2013. a ​​

Гюнтер Ф., Овердуин П.П., Якшина И.А., Опель Т., Баранская, ул. А.В. и Григорьев М.Н.: Наблюдение за исчезновением Муостаха: проседание вечной мерзлоты в результате таяния и эрозия богатого подземным льдом острова в ответ на летнее потепление в Арктике и сокращение морского льда, Криосфера, 9, 151–178, https://doi.org/10.5194/tc-9-151-2015, 2015. a, b, c

Harris, C. M., McClelland, J. W., Connelly, T. L., Crump, B. C., и Дантон, К. Х.: Режимы солености и температуры моря Бофорта на востоке Аляски Лагуны по отношению к вкладу исходной воды, Берега эстуариев, 40, 50–62, https://doi.org/10.1007/s12237-016-0123-z, 2017. a

Hugelius, G., Strauss, J., Zubrzycki, S., Harden, JW, Schuur, EAG, Пинг, К.-Л., Ширрмейстер, Л., Гросс, Г., Майклсон, Г.Дж., Ковен, К.Д., О’Доннелл, Дж.A., Elberling, B., Mishra, U., Camill, P., Yu, Z., Palmtag, J., и Kuhry, P.: Оценочные запасы циркумполярного углерода вечной мерзлоты с количественными диапазонами неопределенности и выявленными пробелами в данных, Биогеонауки , 11, 6573–6593, https://doi.org/10.5194/bg-11-6573-2014, 2014. a

Юлс Б., Стедмон К. А., Моргенштерн А., Мейер Х. ., Холеманн Дж., Хейм Б., Поважный В. и Овердуин П. П.: Выявление факторов сезонности в биогеохимии реки Лены и потоках растворенного органического вещества // Фронт.Окружающая среда. Sci., 8, 53, https://doi.org/10.3389/fenvs.2020.00053, 2020. a

Карлссон, Дж., Гислер, Р., Перссон, Дж., и Лундин, Э.: Высокая эмиссия углекислый газ и метан при таянии льда в высоких широтах озера, геофиз. Рез. Lett., 40, 1123–1127, https://doi.org/10.1002/grl.50152, 2013. a ​​

Келли, К. А. и Чиновет, Д. П.: Вклады температуры и входных органического вещества в контроле скорости осаждения метаногенез, лимнол. Oceanogr., 26, 891–897, https://doi.org/10.4319/lo.1981.26.5.0891, 1981. a

Кноблаух К., Бир К., Либнер С., Григорьев М. Н. и Пфайффер Э.-М.: Производство метана как ключ к балансу парниковых газов при оттаивании вечная мерзлота, нац. Клим. Change, 8, 309–312, https://doi.org/10.1038/s41558-018-0095-z, 2018. П., Кадуле П., Хворостянов Д., Криннер Г. и Тарнокай К.: Углеродный климат вечной мерзлоты отзывы ускоряют глобальное согревание, П. Натл. акад. науч.USA, 108, 14769–14774, https://doi.org/10.1073/pnas.1103

8, 2011. a

Крембс, К. и Энгель, А.: Численность и разнообразие микроорганизмов прозрачные частицы экзополимера на границе раздела лед–вода таяния однолетние морские льды в море Лаптевых (Арктика), Mar. Biol., 138, 173–185, https://doi.org/10.1007/s002270000396, 2001. a

Lacelle, D.: О соотношениях δ 18 O, δ D и D-избытка в метеорных осадки и при равновесном замерзании: теоретический подход и поле например, вечная мерзлота Periglac., 22, 13–25, https://doi.org/10.1002/ppp.712, 2011. a, b, c, d, e, f

Лангер М., Вестерманн С., Уолтер Энтони К. ., Вишневски, К., и Бойке, Дж.: Замерзшие пруды: производство и хранение метана во время арктической зимы в ландшафте низменной тундры на севере Сибири, дельта реки Лены, Биогеонауки, 12, 977–990, https:// doi.org/10.5194/bg-12-977-2015, 2015. a, b

Лантуит Х., Аткинсон Д., Пол Овердуин П., Григорьев М., Рачольд В., Гросс Г. и Хуббертен Х.-В.: Динамика береговой эрозии на Быковский полуостров с преобладанием вечной мерзлоты, север Сибири, 1951–2006, Полярный район, 30, 7341, https://doi.org/10.3402/polar.v30i0.7341, 2011. а, б, в

Лидстрем, М. Э. и Сомерс, Л.: Сезонное исследование окисления метана в озере Вашингтон, заявл. Окружающая среда. Microb., 47, 1255–1260, 1984. a

Магрицкий Д., Айбулатов Д., Горелкин А. Закономерности в пространстве и Вариации течения времени в приустьевом плесе и дельте р. Лена Р., Водный ресурс., 45, 12–26, https://doi.org/10.1134/S009780781801013X, 2018. a

Martinez-Cruz, K., Sepulveda-Jauregui, A., Walter Anthony, K., and Thalasso, F.: Географические и сезонные вариации растворенного метана и аэробного окисления метана в озерах Аляски, Biogeosciences, 12, 4595–4606, https://doi.org/10.5194/bg-12-4595-2015, 2015. a

Mau, S. , Блис Дж., Хельмке Э., Ниманн Х. и Дамм Э.: Вертикальное распределение окисления метана и метанотрофная реакция на повышенные концентрации метана в стратифицированных водах арктического фьорда Сторфьорд (Шпицберген, Норвегия), Биогеонауки, 10, 6267–6278, https://doi.org/10.5194/bg-10-6267-2013, 2013. a ​​

Макдугалл, Т. Дж. и Баркер, П. М.: Начало работы с TEOS-10 и набором океанографических инструментов Gibbs Seawater (GSW), SCOR/IAPSO РГ, доступно по адресу: https://www.teos-10.org/ (последний доступ: 15 февраля 2021 г.), 2011 г. a

Мейер, Х., Шёнике, Л., Ванд, У., Хуббертен, Х.-В., и Фридрихсен, Х.: Изотопные исследования водорода и кислорода в подземных льдах. техника уравновешивания, Изот. Окружающая среда. Здоровье. С., 36, 133–149, https://doi.org/10.1080/10256010008032939, 2000. a

Мейер Х., Деревягин А.Ю., Зигерт К., Хуббертен Х.-В.: Палеоклимат исследования на Быковском полуострове, севере Сибири — изотопы водорода и кислорода в подземный лед, Polarforschung, 70, 37–51, https://doi.org/10.2312/polarforschung.70.37, 2002. a

Михмерхуизен, К. М., Стригл, Р. Г., и Макдональд, М. Э.: Потенциальный метан выбросы из озер северного умеренного пояса вслед за льдом таять, Лимнол. Oceanogr., 41, 985–991, https://doi.org/10.4319/lo.1996.41.5.0985, 1996. a

Нерем, Р. С., Бекли, Б. Д., Фасулло, Дж. Т., Хэмлингтон, Б. Д., Мастерс, Д., и Митчем, Г. Т.: Повышение уровня моря, вызванное изменением климата. подъем обнаружен на альтиметре эпохи, П. Натл. акад. науч. США, 115, 2022–2025, https://doi.org/10.1073/pnas.1717312115, 2018. a

Овердуин, П. П., Либнер, С., Кноблаух, К., Гюнтер, Ф., Веттерих , С., Ширмейстер Л., Хуббертен Х.-В. и Григорьев М. Н.: Окисление метана после деградации подводной вечной мерзлоты: измерения из центрального Скважина на шельфе моря Лаптевых, Ю.Геофиз. Рез.-Биогео., 120, 965–978. Л., Хуббертен, Х.-В., и Макаров, А.: Динамика побережья и подводная вечная мерзлота на мелководье центральной части моря Лаптевых, Восточная Сибирь, Криосфера, 10, 1449–1462, https://doi.org /10.5194/tc-10-1449-2016, 2016. a, b

Фелпс, А. Р., Петерсон, К. М., и Джеффрис, М. О.: Истечение метана из высокоширотные озера во время весеннего льда расплавить, Дж.Геофиз. Res.-Atmos., 103, 29029–29036, https://doi.org/10.1029/98JD00044, 1998. a, b

Powers, S. M. and Hampton, S. E.: Зимняя лимнология как новая frontier, Вестник лимнологии и океанографии, 25, 103–108, https://doi.org/10.1002/lob.10152, 2016. a

Романовский Н., Хуббертен Х.-В., Гаврилов А., Тумской В., Типенко Г., Григорьев, М., и Зигерт, К.: Термокарст и взаимодействие суши и океана, Регион моря Лаптевых, Россия, Периглак вечной мерзлоты, 11, 137–152, https://doi.org/10.1002/1099-1530(200004/06)11:2<137::AID-PPP345>3.0.CO;2-л, 2000. a, b

Радд, Дж. В. и Гамильтон, Р.: Цикл метана в эвтрофном щитовом озере и его влияние на метаболизм всего озера, Limnol. Океаногр., 23, с. 337–348, https://doi.org/10.4319/lo.1978.23.2.0337, 1978. a

Сасаки, М., Имура, С., Кудо, С., Яманучи, Т., Моримото, С., и Хашида, G.: Истечение метана из пузырьков, взвешенных в покрытых льдом озерах в Сёве. Оазис, Восточная Антарктида, J. ​​Geophys. Рез., 114, Д18114, https://дои.org/10.1029/2009JD011849, 2009. a

Ширрмейстер Л., Куницкий В., Гроссе Г., Веттерих С., Мейер Х., Швамборн Г., Бабий О., Деревягин А., Зигерт К.: Осадочные характеристика и происхождение позднеплейстоценового ледового комплекса на северо-востоке Сибирские арктические прибрежные низменности и острова – А обзор, Кватерн. Int., 241, 3–25, https://doi.org/10.1016/j.quaint.2010.04.004, 2011. a

Ширрмейстер Л., Григорьев М. Н., Штраус Дж., Гроссе , Г., Овердуин, П. П., Холодов, А., Гюнтер Ф. и Хуббертен Х.-В.: Характеристики отложений термокарстовой лагуны в северо-восточной части Сибирской Арктики (Ивашкина лагуна, Быковский полуостров), Арктос, 4, 1–16, https://doi.org/ 10.1007/s41063-018-0049-8, 2018. a

Шлейснер П., Бискаборн Б. К., Киенаст Ф., Вольтер Дж., Субетто Д. и Дикманн, Б.: Эволюция бассейна и палеоэкологическая изменчивость термокарстовое озеро Эльгене-Кюэле, Арктическая Сибирь, Борей, 44, 216–229, https://doi.org/10.1111/bor.12084, 2015 г.a

Шуур, Э. А., Макгуайр, А. Д., Шедель, К., Гроссе, Г., Харден, Дж., Хейс, Д. Дж., Хугелиус, Г., Ковен, К., Кури , П., Лоуренс, Д. М., Натали, С. М., Олефельдт, Д., Романовский, В. Е., Шефер, К., Турецкий, М. Р., Трит, С. С., и Вонк, Дж. Э.: Изменение климата и углеродная обратная связь вечной мерзлоты, Nature, 520, 171–179, https://doi.org/10.1038/nature14338, 2015. a, b

Smith, I., Eicken, H., Mahoney, A., Van Hale, R., Gough, А., Фукамачи Ю. и Джонс Дж.: Изменения состава поверхностных вод, захваченные кернами арктического сухопутно-припайного морского льда, Продолжение.Шельф рез., 118, 154–164, https://doi.org/10.1016/j.csr.2016.02.008, 2016. a

Спангенберг И., Овердуин П.П., Дамм Э., Буссманн И., Мейер Х., Либнер С. ., Ангелопулос М., Бискаборн Б.К., Григорьев М.Н., Гроссе Г.: Растворенный метан и гидрохимические параметры в ледяных кернах за апрель 2017 г. залива, термокарстовой лагуны и термокарстового озера, полуостров Быковский, район дельты Лены, PANGAEA, https://doi.org/10.1594/PANGAEA.913642, 2020. a

Souchez, R. and Jouzel, J.: Об изотопном составе δ D и δ 18 О воды и льда при замерзании, J. Glaciol., 30, 369–372, https://doi.org/10.3189/s0022143000006249, 1984. a, b

Strauss, J., Schirrmeister, L., Grosse, G., Wetterich, S., Ulrich, M., Герцшу, У., и Хуббертен, Х.-В.: Углеродный пул глубокой вечной мерзлоты Едомский район в Сибири и на Аляске // Геофиз. Рез. Летта, 40, 6165–6170, https://doi.org/10.1002/2013GL058088, 2013. a ​​

Штраус, Дж., Бойке Дж., Большиянов Д.Ю., Григорьев М.Н., Эль-Хадж Х., Моргенштерн А., Овердуин П. П., Удке А.: Российско-германское сотрудничество: Экспедиции в Сибирь в 2017 г., в: Berichte zur Polar- und Meeresforschung = Reports on Polar and Marine Research, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Бремерхафен, Германия, 1–296, https://doi .org/10.2312/BzPM_0725_2018, 2018. a, b, c

Toyota, T., Smith, I. J., Gough, A. J., Langhorne, P. J., Leonard, G. H., Hale , Р.Дж. В., Махони А. Р. и Хаскелл Т. Г.: Фракционирование изотопов кислорода при замерзании морской воды, J. Glaciol., 59, 697–710, https://doi.org/10.3189 /2013JoG12J163, 2013. a ​​

Tranter, M.: Изотопное фракционирование замерзающей воды, Springer, Дордрехт, Нидерланды, 668–669, https://doi.org/10.1007/978-90-481-2642-2_310, 2011. a

Турецкий, М. Р., Эбботт, Б. В., Джонс, М. . C., Энтони, К. В., Олефельдт, Д., Шур Э. А., Ковен К., Макгуайр А. Д., Гроссе Г., Кухри П., Хугелиус Г., Лоуренс, Д.М., Гибсон, К., и Саннел, АБК: Обрушение вечной мерзлоты ускоряет выброс углерода, Nature, 569, 32–34, https://doi.org/10.1038/d41586-019-01313-4, 2019. a

Валентайн Д. Л., Блэнтон Д. К., Рибург В. С. и Кастнер М.: Вода окисление метана в колонне, примыкающей к зоне активной диссоциации гидратов, Бассейн реки Угорь, Геохим. Космохим. Ак., 65, 2633–2640, https://doi.org/10.1016/S0016-7037(01)00625-1, 2001. a

Уолтер К. М., Зимов С. А., Шантон Дж.П., Вербила Д. и Чапин III Ф.: Пузырьки метана из сибирских талых озер как положительная обратная связь с климатом потепление, Nature, 443, 71–75, https://doi.org/10.1038/nature05040, 2006. a, b

Уолтер, К. М., Смит, Л. К., и Стюарт Чапин III, Ф. : Метан пузырится из северные озера: настоящий и будущий вклад в глобальный выброс метана бюджет, филос. Т. Рой. соц. А, 365, 1657–1676, https://doi.org/10.1098/rsta.2007.2036, 2007. a

Уолтер К. М., Шантон Дж., Чапин Ф., Шур Э.и Зимов С.: Метан производство и выбросы пузырьков из арктических озер: изотопные последствия для пути и возраст источников, J. Geophys. Рез.-Биогео., 113, G00A08, https://doi.org/10.1029/2007JG000569, 2008. a

Уолтер Энтони, К. М. и Энтони, П.: Ограничение пространственной изменчивости вскипание метана просачивается в термокарстовые озера с использованием точечного процесса моделей, Ж. Геофиз. Рез.-Биогео., 118, 1015–1034, https://doi.org/10.1002/jgrg.20087, 2013. a, b, c

Уолтер Энтони, К. М., Вас Д. А., Брозиус Л., Чапин Ф. С., Зимов С. А., и Чжуан, Q.: Оценка выбросов метана из северных озер с использованием исследования ледяных пузырей, Лимнол. Океаногр.-мет., 8, 592–609, https://doi.org/10.4319/lom.2010.8.0592, 2010. a, b

Вальтер Энтони, К. М., Шнайдер фон Даймлинг, Т., Нитце, И., Фролкинг, С., Эмонд, А., Даанен Р., Энтони П., Линдгрен П., Джонс Б. и Гросс Г.: Выбросы углерода из вечной мерзлоты, смоделированные в 21 веке, ускорились из-за резкого таяния под озерами, Нац. коммун., 9, 3262, https://doi.org/10.1038/s41467-018-05738-9, 2018. a

Whiticar, M. J.: Систематика изотопов углерода и водорода бактериального образования и окисления метана, Chem. геол., 161, 291–314, https://doi.org/10.1016/S0009-2541(99)00092-3, 1999. a

Wiesenburg, D. A. и Guinasso Jr., N. L.: Равновесная растворимость метана, монооксида углерода и водород в воде и море вода, J. ​​Chem. англ. Data, 24, 356–360, https://doi.org/10.1021/je60083a006, 1979. a

Wik, M., Крилл, П. М., Баствикен, Д., Даниэльссон, О., и Норбек, Э.: Пузыри, застрявшие во льду арктических озер: потенциальные последствия для метана выбросы, J. Geophys. Res.-Biogeo., 116, G03044, https://doi.org/10.1029/2011JG001761, 2011. a

Wik, M., Varner, R. K., Walter Anthony, K., MacIntyre, S., и Баствекен, Д.: Чувствительные к климату северные озера и пруды являются критически важными компонентами метана выпуск, нац. Geosci., 9, 99–105, https://doi.org/10.1038/ngeo2578, 2016. a, b

Winkel, M., Мицшерлинг Дж., Овердуин П. П., Хорн Ф., Винтерфельд М., Рийкерс Р., Григорьев М. Н., Кноблаух К., Мангельсдорф К., Вагнер Д. и Либнер С.: Анаэробные метанотрофные сообщества процветают в глубоководных глубинах. вечная мерзлота, наук. Респ.-Великобритания, 8, 1291, https://doi.org/10.1038/s41598-018-19505-9, 2018. a

Винкель, М., Сепульведа-Хореги, А., Мартинес-Крус, К., Хеслоп, Дж. К., Рийкерс, Р., Хорн, Ф., Либнер, С., и Энтони, К. . M. W.: Первое свидетельство холодоадаптированное анаэробное окисление метана в глубинных отложениях термокарста озера, ок.Рез. коммун., 1, 021002, г. https://doi.org/10.1088/2515-7620/ab1042, 2019. a

Zeikus, J. и Winfrey, M.: Температурное ограничение метаногенеза в водных отложениях, Appl. Окружающая среда. Microb., 31, 99–107, 1976. a

Зимов С. А., Шур Э. А., Чапин Ф. С. Вечная мерзлота и глобальная углеродный баланс, Science, 312, 1612–1613, https://doi.org/10.1126/science.1128908, 2006. a, b

Сезонные изменения в прудах и озерах

Сезонные изменения прудов и озер

Опубликовано 9 июля 2019 г.

Сезонные изменения в водоемах обычно определяются характером осадков и температуры в разное время года.То, как мы переживаем времена года, сильно различается в зависимости от нашего местоположения. Однако озера и пруды обычно одинаково реагируют на одни и те же экологические воздействия. В тропических районах характер выпадения осадков аналогичен сезонным изменениям, которые влияют на озера и пруды дальше на север.

Летние сезонные изменения включают стратификацию

По мере того как погода становится жарче, разница в плотности между теплыми поверхностными водами и холодными придонными водами увеличивается до точки, при которой образуются два отдельных слоя.Это явление, называемое летней стратификацией, препятствует перемешиванию всего озера. Питательные вещества на дне пруда остаются там. Кроме того, бактерии потребляют питательные вещества и мертвые организмы, поэтому кислород истощается быстрее, чем восполняется. Поскольку этот кислород не может быть заменен, этот слой теряет весь кислород и становится бескислородным. Анаэробные бактерии гораздо медленнее переваривают органику, в результате чего образуется сероводородный газ, имеющий запах «тухлых яиц». Этот газ обычно остается в придонном слое до тех пор, пока осеннее похолодание не позволит озеру снова перемешаться.

Теплая летняя вода на самом деле содержит меньше кислорода. Крупные цветки водорослей, которые превышают поступление кислорода при разложении после отмирания, неприглядны и могут стать причиной гибели рыб летом. Аэрация озер решает летние проблемы, предотвращая расслоение и увеличивая общее снабжение озера кислородом.

Осенний оборот

Более низкие осенние температуры сокращают энергию, необходимую для смешивания озер, что обеспечивает полный оборот озер. Это смешивает питательные вещества и газы (например, вонючий сероводород) из нижних слоев.Перемешивание озера увеличивает содержание кислорода за счет воздействия на атмосферу большего объема воды. Если летом значительная часть объема озера потеряла кислород, происходит быстрый осенний круговорот. Это может привести к гибели рыбы из-за разбавления кислорода, который был в поверхностном слое перед смешиванием. Проветривание летом может предотвратить этот тип гибели рыбы. Поскольку осенние температуры продолжают падать, образование льда на поверхности постепенно снижает перемешивание.

Сезонные изменения зимой вызывают застой

Низкие температуры замедляют метаболизм всех живых существ, снижая содержание кислорода в зимних озерах и прудах.В озерах, покрытых льдом, температура воды составляет около 4˚C (39˚F) сверху донизу. Температура льда наверху составляет от 0˚C (32˚F) до 4˚C. Лед менее плотный, чем вода, поэтому он плавает в верхней части озера, позволяя рыбам и другим живым существам оставаться внизу. Лед может стать настолько толстым, что в воду под ним проникает мало света. Фотосинтез, уже замедленный холодом, в темноте перестает происходить. Лед также отделяет воду озера от атмосферы, так что не может происходить прямая диффузия кислорода.

Хотя рыбам и другим организмам требуется очень мало кислорода, когда температура воды настолько низкая, кислород может полностью истощиться, что приведет к гибели рыбы зимой. Предотвратите гибель рыбы, оставив отверстие во льду открытым. Добавьте систему аэрации, чтобы вода продолжала смешиваться и предотвращала образование льда вокруг доков и других сооружений зимой.

Весенний оборот

По мере повышения температуры и таяния зимнего льда озера весной нагреваются на поверхности, что приводит к расслоению.Смешивание всего озера обычно происходит весной, сразу после таяния льда. Поскольку температура продолжает расти, разница температур между поверхностью и дном вскоре препятствует смешиванию двух слоев. Частые весенние штормы приносят в озеро не только воду, но и приток питательных веществ с ландшафта. Избыток питательных веществ вызывает весеннее цветение водорослей и зоопланктона. Этот цикл создает еще больше питательных веществ в озере, которые проходят через пищевую цепь.

Водоемы нуждаются в кислороде в любое время года

Компания Vertex Aquatic Solutions, основанная в 1977 году, является выбором профессионалов для научно-консультационных услуг, основанных на исследованиях, систем аэрации, плавучих фонтанов, пузырьковых завес и биологических продуктов для улучшения качества воды в озерах, прудах, каналах, пристанях для яхт и водоемах.Как уважаемые лидеры в индустрии управления озерами, команда Vertex, состоящая из водных биологов, лимнологов, ученых-рыболовов и инженеров, работает вместе, чтобы предоставить научно обоснованные, экологически безопасные решения сложных проблем, связанных с водными объектами. Наши продукты и услуги предоставляются через международную сеть квалифицированных и опытных специалистов по водным объектам, которые предоставляют клиентам местную поддержку, обслуживание и опыт управления прудами.


← Предыдущий

← Назад к блогу

Поднимают тела: пенсионеры, нашедшие утонувших | Судебно-медицинская экспертиза

Когда Джин и Сэнди Ралстон вернулись к своему грузовику после дня, проведенного на водохранилище Бердсли в северной Калифорнии в марте 2002 года, они обнаружили несколько рукописных записок, приклеенных скотчем к дверям и лобовому стеклу: «Позвоните лейтенанту Ланни, как только вернетесь в город.Это срочно.»

Ральстоны, супружеская пара из сельского штата Айдахо, были учеными до конца 1980-х годов, когда они начали помогать в местных поисково-спасательных миссиях. К зиме 2002 года они добровольно участвовали в более чем дюжине поисков утонувших в США и развили сверхъестественную способность находить тела. Они только что помогли отделу шерифа лейтенанта Ланни найти останки человека, который утонул в водохранилище три с половиной года назад, упав с лодки во время рыбалки.В тот же день водолазы вытащили его на поверхность.

Как указано в записях, Ральстоны поехали в соседний город Сонора, чтобы встретиться с Ланни. По его словам, их опыт был нужен некоторым другим людям, хотя ему не было позволено сказать им, кому именно. На следующее утро агенты ФБР проинформировали Ральстонов о серии похищений с целью получения выкупа, которые переросли в убийства. Семьи четырех жертв похищения перевели между собой более 1,2 миллиона долларов на счет в Нью-Йорке, который затем перевел деньги в банк в Дубае.Но теперь считалось, что тела жертв лежат на дне водохранилища к востоку от национального парка Йосемити. По словам ФБР, убийцы, возможно, были связаны с русской мафией.

Это было первое дело об убийстве Ральстонов. До этого момента они использовали свою специализированную гидролокационную систему только для того, чтобы прочесывать русла озер и рек в поисках жертв несчастных случаев или самоубийств. Прежде чем они согласились помочь найти тела, Джин позвонил своему двоюродному брату, недавно вышедшему на пенсию агенту ФБР, за советом.«Он сказал, что русские на самом деле не собирались убивать людей, — сказал мне Джин. «Поэтому нам не нужно было беспокоиться о том, что они примут какие-либо меры возмездия, если мы продолжим поиск».

Джин и Сэнди — скромные, непритязательные люди, но привносят неутомимость в свою часто монотонную работу. Они называют это «стрижкой газона» — буксировкой гидролокатора вперед и назад по воде, ведя лодку медленными перекрывающимися полосами. Обычно труп спускается по воде грудью к поверхности.Когда ноги касаются пола, колени подгибаются, и тело переворачивается на спину с вытянутыми руками. Это форма, которую Ralstons обычно ищут со своим гидролокатором. Однако они знали, что жертва убийства будет выглядеть по-другому. «Мы называем это «упакованным» — связанным и взвешенным», — сказал Джин.

Им потребовалось две недели, чтобы найти четырех жертв убийства, которые, как и предполагалось, лежали на дне водохранилища Нью-Мелонес. «Джин и Сэнди встали рано, вышли и сами нашли первое тело, — сказал мне Джеймс Дэвидсон, один из главных следователей ФБР по этому делу.«Вот как они были настроены».

Телевизионные полицейские драмы популяризировали образ водолаза в акваланге, выныривающего из пруда с важной уликой. Но водохранилище Нью-Мелонес в некоторых местах имеет глубину более 90 метров, что намного превышает то, что считается безопасной глубиной для дайверов-неспециалистов. Чтобы забрать тела, ФБР пришлось вылететь на небольшой беспилотной подводной лодке, известной как дистанционно управляемый аппарат, или ROV, из штаб-квартиры своей группы водолазов в Нью-Йорке.У ROV была механическая рука, которая зацепила тела и доставила их на девять метров от поверхности, где их встретила группа водолазов. Когда тела всплыли на поверхность, агенты увидели, что они были привязаны к гирям кабельными стяжками.

Последнее восстановление оказалось самым сложным. С моста в воду сбрасывали всевозможный мусор, и было сложно разобраться в сонарных изображениях холодильников и стиральных машин, разбросанных по дну водохранилища. Когда Джин и Сэнди наконец нашли что-то похожее на тело, оператор ДУА счел это камнем.Джин сказал ему осторожно подтолкнуть его. «Это было все равно, что наткнуться на улей», — сказал Джин. «Полетели всевозможные маленькие жучки. Почему там баги? Потому что это источник пищи».

Агент ФБР и аквалангист по имени Тони Тиндал был частью команды, которая встретила каждое из тел, когда ROV возвращался со дна. «Я чувствовал, что кто-то должен быть с ними», — сказал Тиндал. «Они поднялись из своих холодных, промозглых могил на поверхность, и теперь они готовы рассказать свою историю.”

Эта история раскрыла подробности об ужасной смерти этих людей, а также неопровержимые улики, напрямую свидетельствующие о причастности преступников, которые оказались независимой группой, никак не связанной с мафией. Среди прочего, в доме одного из подозреваемых были обнаружены такие же стяжки, которыми тела жертв привязывались к гирям. В конечном итоге шесть человек были осуждены за участие в заговоре, который включал еще одно похищение и убийство осенью 2001 года, и двое из них в настоящее время находятся в камере смертников.«Преступления, которые были совершены против этих жертв, насколько вопиющими были подозреваемые», — сказал Тиндал. «Это просто должно было быть так, что Сэнди и Джин были там, где они были в нужное время».

Сейчас Ральстонам за 70, и большую часть года они проводят в поисках тел или на воде в поисках тел. За год они проехали на своем автодоме более 31 000 миль. За почти два десятилетия поисков они нашли 120 человек, утонувших в озерах и реках США и Канады.Они считаются одними из лучших специалистов по подводному поиску и подъему в Северной Америке и работали в агентствах от Королевской канадской конной полиции до НАСА (охота за обломками космического корабля «Колумбия», который разрушился при входе в атмосферу в феврале 2003 года, в результате чего погибли все семь членов экипажа). Они помогли раскрыть преступления и загадки вековой давности.

Когда домашний телефон Ральстонов звонит с запросом на поиск, обычно это член семьи пропавшего человека — кто-то протягивает руку после того, как официальные поиски были отменены.К тому времени, когда Ральстоны прибывают на место исчезновения, никто не ожидает, что пропавший человек будет найден живым. То, что предлагают Джин и Сэнди, — это не надежда на спасение, а утешение окончательности. Они годами путешествовали по Северной Америке, служа горю.


Утопление удивительно тихое и быстрое. Люди, борющиеся за то, чтобы не задохнуться в воде, быстро проявляют так называемую «инстинктивную реакцию утопления» — непроизвольную физиологическую реакцию, из-за которой они не могут махнуть рукой или позвать на помощь.Каждая часть телесной системы задействована для единственной цели: держать рот над водой. Это усилие можно поддерживать только где-то между 20 и 60 секундами, прежде чем человек навсегда соскользнет под воду.

Десять человек ежедневно умирают от утопления в США, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний – в озерах, реках, бассейнах, океане. Мужчины тонут гораздо чаще, чем женщины. По данным Канадского общества спасателей, в Канаде восемь из 10 утонувших со смертельным исходом — мужчины.

Тела утопленников иногда всплывают сами по себе, но это зависит от качества воды. Гниение плоти производит газы, прежде всего в груди и кишечнике, которые раздувают труп, как воздушный шар. В теплой мелководье разложение действует быстро, всплывая труп в течение двух-трех дней. Но холодная вода замедляет разложение, и люди, утонувшие в глубоких озерах на глубине 30 метров и ниже, могут никогда не всплыть на поверхность. Вес воды прижимает их тела.

Есть аквалангисты и подводные камеры, собаки, обученные обнаруживать газы, выделяемые телом под водой, но ни один из них не подходит для поиска на больших площадях или глубоководных зондов.Взвешенные осадки в воде, будь то мягкая грязь или гниющие растения, затрудняют видимость при искусственном освещении, поэтому дайверам часто приходится бродить по дну в темноте. Самое дальнее из найденных Ралстонами тело составляет 174 метра — это 33-летний мужчина на дне озера Франсуа в Британской Колумбии. Он пропал без вести 29 лет назад.

Джин Ралстон показывает изображение прошлого тела, которое они нашли с помощью гидролокатора бокового обзора. Фотография: Лия ​​Нэш/The Guardian

Если нет подозрений в совершении правонарушения, большинство местных властей потратят всего неделю или две на поиски утопающей жертвы.Дальше дело за семьей пропавшего или волонтерами. Некоторые семьи тратят тысячи долларов в день на услуги коммерческого дайвинга. Другие тянут дно озер с помощью крюков. Иногда они натыкаются на жертву; часто они работают до тех пор, пока их ресурсы и дух не будут потрачены.

Джин и Сэнди — аномалии в мире поиска и спасения. Они занимаются этой работой полный рабочий день, но работают бесплатно, взимая только командировочные расходы. Они придерживаются методического подхода ученого ко всему, что делают.У Джина даже есть система, когда речь заходит о годовщине его свадьбы, которая приходится на 26 августа. «Мой день рождения 16-го числа, день рождения Сэнди — 29-го, поэтому между этими двумя датами 13 дней, и тот же апрель, который равен четырем, четвертый месяц, так что нас двое, дважды четыре — восемь. и это восьмой месяц, и два раза по 13 будет 26, день, — сказал он.

Они тщательно обследуют каждый дюйм области поиска, прежде чем двигаться дальше. Чтобы получить четкие изображения, Сэнди должен вести свою лодку со скоростью не более 2.5 миль в час (2,16 узла), что медленнее, чем ходьба по ровной поверхности. Поиски могут идти по 10 часов в день и длиться неделями. Ванная комната на борту состоит из пластикового подкладного судна, убранного в люк рядом с мотором лодки. «После пятого или шестого дня поисков вы становитесь почти зомби, — сказал Джин. Он говорит, что подводные поиски состоят из долгих периодов скуки, прерываемых краткими моментами ужаса.

Успешные подводные поиски также требуют следственной проницательности, и Ральстоны стали опытными детективами.Они умеют опрашивать свидетелей и точно определять районы поиска, используя любые имеющиеся скудные улики. В июне 2019 года Ральстоны обнаружили тело Дэниела Макгакина на глубине 98 метров в озере Пауэлл в штате Юта; они были единственными, кто смотрел данные GPS плавучего дома, с которого Макгакин спрыгнул перед исчезновением.

Знание того, где кто-то уходит под воду, что поисково-спасательные службы называют «точкой последнего обнаружения», часто имеет решающее значение. Эмпирическое правило, по словам Ральстонов, заключается в том, что человек опустится на дно озера в радиусе, равном глубине воды.В 2004 году Ральстоны нашли тела 27-летних братьев-близнецов, которые утонули в калифорнийском водохранилище после того, как их рыбацкая лодка затонула при сильном ветре; они лежали всего в нескольких метрах друг от друга.

Иногда Ралстонам кажется, что они действуют под божественным руководством. Было несколько раз, когда они опускали свое оборудование почти прямо на тело. Это произошло дважды за один день в 2001 году на озере Хейден в штате Айдахо, где были обнаружены тела двух мужчин, один из которых утонул 19 месяцев назад, а другой — на прошлой неделе.«Это было похоже на то, как если бы вы выбрали страницу из какой-то книги, и на этой странице была цитата, которую вы хотите», — сказал Джин. Однажды на реке Клируотер в северной Канаде он проснулся на рассвете, поднял занавеску на окне их автодома и заметил тело 19-летнего юноши на мелководье всего в пяти метрах от берега. «Это взорвало нам мозги», — сказал он.

Ральстоны помогли американским военным определить местонахождение обломков пары истребителей F18, столкнувшихся над рекой Колумбия в штате Орегон. Они также помогли живому человеку найти его любимый протез ноги, хотя он все еще лежит на дне озера Лоуэлл в Айдахо.Самое старое тело, которое когда-либо находили Ральстоны, лежало на дне озера Прист в Айдахо целых 100 лет; они искали тело местного пожарного, пропавшего во время плавания. Никто не был свидетелем аварии, поэтому Ральстонам пришлось просканировать огромную территорию. Наибольшее количество тел, которые они нашли за один день, — четыре в озере Американ-Фолс в штате Айдахо в августе 2010 года. Мужчина попал в беду во время плавания, и кто-то прыгнул в воду, чтобы помочь.После того, как второй человек начал бороться, за ним последовал третий, а когда он тоже попал в беду, вскочил четвертый. Все они утонули.

Единственным телом, когда-либо найденным Ралстонами в спасательном жилете, был мужчина, пытавшийся проехать на своем модифицированном мотоцикле ночью через озеро Каньон-Ферри в Монтане. Мотоцикл заглох на полпути, и водитель запутался. Он утонул вместе со своим велосипедом.


Ралстоны никогда не собирались становиться экспертами в поиске утопающих. История о том, как они добились того, что они имеют сегодня, — это то, что Джин назвал бы «историей о шести упаковках пива», единицей повествования, которая следует за «действительно длинной историей».У Джина мягкий, по-дедушкин манер, он так же быстр на банальную шутку, как и на подробный рассказ о физике распространения звуковых волн в воде. Сэнди носит яркую однотонную одежду, которая выделяет ее белые волосы и голубые глаза, но она более сдержанна, чем Джин. Она торопит его к сути, либо сама резюмируя историю, либо подталкивая его вперед движением пальцев.

Ральстоны, оба имеют ученые степени в области биологических наук, начали встречаться примерно в 1970 году во время поездки в Мексику, организованной программой биологии Колледжа Айдахо.Группа путешествовала по стране более двух месяцев, изучая растительность. Они разбивали лагерь везде, где находили хорошее место, чтобы съехать с шоссе. Джин помог Сэнди приспособиться к деревенским условиям. «Он был ребенком с фермы, а я — городским ребенком», — сказала она. «А я думал, что он довольно крутой парень». Они поженились 47 лет назад, в августе 1972 года, на вершине горы в Айдахо под названием «Небесные врата».

В 1979 году Ральстоны основали собственную консалтинговую фирму по вопросам окружающей среды, занимаясь обследованием водоемов на наличие рыбы и оценкой воздействия на окружающую среду предложенных проектов плотин в Айдахо и соседних штатах.Затем, в марте 1983 года, Ральстоны помогли шерифу в Бойсе, штат Айдахо, найти женщину средних лет, которая спрыгнула с моста в реку Бойсе. «Заметил ее тело, лежащее на дереве, которое смыло рекой», — сказал Джин. «Это было первое тело, которое я помню, как выздоравливал, и с него начался весь процесс. Получил очень, очень приятную благодарность от семьи».

В течение следующих 16 лет Ральстоны добровольно участвовали в поисково-спасательной операции в Айдахо и нашли еще пару тел на реке Бойсе.Затем, весной 1999 года, Джин услышал о поисках молодого человека, утонувшего после того, как его весельная лодка перевернулась на водохранилище Вулф-Крик в штате Орегон. Семья мужчины наняла поисковую группу, которая утверждала, что у военных есть оборудование, которое «на 100% эффективно» для обнаружения утонувших. Джин спросил, может ли он присоединиться к ним в поисках, чтобы узнать, о чем идет речь.

Группа использовала «гидролокатор бокового обзора». Объясняя, как это работает, Джин сравнивает его с лучшим методом поиска упавшего на землю винта или булавки.«Возьми фонарик, ляг и покатай его по полу. Ты увидишь тень булавки раньше, чем саму булавку». Вместо света сонар излучает звуковые импульсы, которые легко распространяются по воде, отражаясь от твердых объектов — камней, человеческих тел, затонувших сокровищ. Затем программное обеспечение переводит эти отражения в изображения, отображаемые на компьютере на борту лодки. Гидроакустическое устройство размещено в корпусе торпедообразной формы длиной почти два метра, весом 70 кг и буксируется за лодкой близко ко дну озера.

Такой гидролокатор был разработан в начале 60-х годов и использовался военными США для поиска пропавшей без вести атомной подводной лодки у побережья Бостона в 1963 году. даже попытаться сфотографировать лохнесское чудовище. В 1985 году гидролокатор бокового обзора также сыграл роль в обнаружении «Титаника» примерно в 370 милях к юго-востоку от Ньюфаундленда, Канада, более чем в двух милях ниже поверхности Атлантики.

Джину сразу стало ясно, когда он увидел гидролокатор в работе на водохранилище Вулф-Крик, что эта технология была революционной, но люди, работающие с ней, его не впечатлили. Гидролокатор зафиксировал изображение пропавшего мужчины в первый же день. «Я не знал, как должно выглядеть тело, но оно определенно выглядело как руки, ноги и тело», — сказал Джин. Но поиски продолжались еще четыре дня. В конце концов, они снова нашли тело, а затем взяли с семьи 30 000 долларов.

Джин и Сэнди уже имели некоторый опыт работы с людьми, отчаянно пытающимися найти тело любимого человека. Они знали, что люди готовы заплатить что угодно, сделать что угодно, чтобы найти какое-то решение. Когда они решили купить себе гидролокатор, они решили, что их время и опыт будут бесплатными. Весной 2000 года они заказали оборудование, в том числе 275 метров электромеханического кабеля, чтобы они могли опустить группу гидролокаторов на дно даже самых глубоких озер. В общей сложности, по оценке Джина, это обошлось им в 100 000 долларов.

«Я не знаю, подходит ли слово «старомодный», — сказал давний друг Ральстонов Джон Земан, когда я спросил его о паре, работающей бесплатно. «Но они не для современных вещей. Сэнди всегда следит за распродажами, а Джин любит грузовики с заводными [неавтоматическими] окнами. Это просто люди, которые совершенно не материалистичны. Никаких излишеств».

Первые поиски Ральстонов с новым оборудованием были для 24-летнего Брэндона Ларсена, который утонул в августе 2000 года, выплывая из лодки своих друзей в Медвежьем озере, штат Юта.«Он, по-видимому, был немного шутником, так сказать, и его друзья думали, что он просто шутит, когда он плескался вокруг, зовя на помощь», — сказал Джин. — А потом он вдруг просто исчез.

Ральстоны прибыли через шесть недель и на следующий день нашли тело Ларсена на глубине 45 метров. «В день выздоровления они были там, наверное, 12 или 15 человек — члены семьи, друзья — на стоянке. Было много объятий и пролилось несколько слез», — сказал Джин. Возвращение тела Ларсена его семье также связало семью с Ральстонами.Отец Ларсена до сих пор поддерживает с ними регулярный контакт, и Ральстоны планировали присутствовать на свадьбе его сестры в апреле прошлого года, пока их не вызвали на новые поиски.


В течение двух недель после обнаружения Ларсена Ральстоны начали получать телефонные звонки от семей, находящихся в безвыходном положении, которые услышали о них по радио. Первый был от матери, чья 18-летняя дочь была похищена, изнасилована, замучена и убита десятком лет назад. Ее тело было найдено, но убийцу все еще пытались привлечь к ответственности.Мать надеялась, что Ральстоны помогут в расследовании, обнаружив машину ее дочери в озере в Вайоминге. «Я слышал в ее голосе много боли, — сказал Джин. «Это очень повлияло на нас. Я не мог дождаться, чтобы попасть туда». (В конце концов, Ралстонам не удалось найти машину.) Еще один звонок поступил от семьи молодого человека, который спрыгнул с моста через Чесапикский залив в штате Мэриленд, на противоположной стороне страны. «Я не помню, как они узнали о нас с такого расстояния», — сказал Джин.«Мы понятия не имели, что это перерастет в такую ​​общенациональную и практически континентальную ситуацию для нас».

В более легкие моменты Ральстоны называют все, что произошло до осени 2000 года, «BSS» — до гидролокатора бокового обзора. В те дни BSS они совершали один или два больших подводных плавания в год, чтобы погружаться в такие места, как Карибское море, или ловить лосося у западного побережья Канады. — Раньше… как в старые добрые времена, — сказала Сэнди.

Чем успешнее были поиски Ральстонов, тем больше они освещались в прессе и тем больше звонков им поступало.К 2004 году пара прекратила продвигать свой консалтинговый бизнес в области окружающей среды, потому что это мешало им быстро реагировать на поисковые запросы. «Мне приходилось говорить семье, что мы не сможем приехать в течение двух или трех недель, и это беспокоило меня», — сказал Джин.

Их последняя работа консультантом была в 2005 году. У Ральстонов не так много денег, но они бережливы. «Что может быть лучше для тех денег, которые у вас есть, чем помочь кому-то другому, когда все остальные разочаровались в помощи им?» — сказал Джин.

Для родных и близких пережить потерю бесследно утонувшего любимого человека – это особая боль. «Человеческий мозг не может отпустить ситуацию, если нет свидетельств перехода от жизни к смерти», — говорит Полин Босс, почетный профессор Миннесотского университета и семейный терапевт, которая провела последние полвека, исследуя, что это значит. для воссоединения семей с телами погибших. Без восстановления тела навязчивая боль занимает место горя и возможного закрытия.Некоторые люди сообщают, что видели мельком своих потерянных близких в повседневных ситуациях — скажем, в проходах супермаркета — в течение многих лет после того, как они пропали без вести. «Вы должны видеть, что человек больше не дышит», — сказал Босс. — Или тебе нужно увидеть кости.

Джин и Сэнди Ралстон на борту «Кэти Джи» на озере Билли Чинук в округе Джефферсон, штат Орегон. Фотография: Лия ​​Нэш/The Guardian

Вдобавок к жестокости того, что Босс называет «двусмысленной потерей», закон тоже изо всех сил пытается признать смерть в отсутствие тела.Судам, банкам, страховым компаниям и кредиторам труп нужен как доказательство. «Эта [ситуация] замораживает человека, который пропал без вести, замораживает все его активы и замораживает всех его близких или всех, кто от них зависит», — говорит Роберт Джарвис, профессор права в юридическом колледже Шепарда Броуда в Нью-Йорке. Флорида, который опубликовал несколько статей о том, как закон обращается с теми, кто только считается умершим.

В декабре 2006 года Ральстоны отправились на поиски тела молодого человека по имени Шейн Пирс, который утонул в результате несчастного случая на лодке на озере Кентукки в сентябре того же года.Без тела семья Шейна не смогла получить свидетельство о смерти, а без свидетельства о смерти им пришлось продолжать оплачивать грузовик сына и ипотечный кредит на его дом. «Это почти потопило нас», — сказал мне отец Шейна, Роджер Пирс. Семья также не могла продать лодку, на которой ехал их сын в день утопления, потому что она была зарегистрирована на его имя. Лобовое стекло лодки было разбито в том месте, где он, по-видимому, ударился головой и потерял сознание, прежде чем его выбросило из лодки.

«Чувак, это было тяжело», — сказал Роджер. «Лодка стояла здесь, на моей подъездной дорожке, и каждый раз, когда я смотрел на нее, я думал о Шейне». По меньшей мере пять различных поисково-спасательных групп пытались найти тело Шейна до того, как появились Ральстоны. «Джин и Сэнди начали поиски и нашли Шейна за шесть минут, — сказал Пирс. «Если бы я не переспала с Джином и Сэнди, не знаю, что бы случилось».

Ральстоны помогли Джине Хугендорн найти ее отца, Рика Херрена, который пропал без вести 15 лет назад.Пара нашла его тело на дне водохранилища Пылающего ущелья в Вайоминге весной 2012 года. Хугендорн было 18 лет, когда исчез ее отец, и после первоначальных поисков местные чиновники сказали ее семье, что им придется привыкнуть к мысли, что они никогда не найдут ему. Она описала чувство незнания, где находится ее отец, некуда пойти навестить и вспомнить его, как «невероятную боль».

Только когда ей было 33 года, когда она случайно попала на телешоу об утонувшей жертве, чье тело было найдено спустя годы после того, как они пропали без вести, Хугендорн поняла, что она все еще может попытаться найти тело своего отца.Она поискала в Интернете и нашла Ральстонов. Она позвонила и рассказала свою историю Жене. «И он сказал: «Ага. Мы будем внизу. Мы спустимся в конце недели».

Как только Ральстоны оказались на водохранилище, им потребовалось восемь минут, чтобы найти тело. Через месяц водолазы из офиса шерифа восстановили его. «Они сняли его с лодки и посадили, и я, мой брат и моя мама просто влюбились в него», — сказал Хугендорн. Вода была глубокой и холодной, поэтому его тело относительно хорошо сохранилось.«У него все еще была форма, и поэтому я мог чувствовать его грудь, и это было похоже на его грудь», — продолжил Хугендорн. «Его плечо было похоже на плечо, и это было очень, очень сюрреалистично — снова обнять его. Это был самый счастливый и самый грустный день в моей жизни. Мы должны найти его, а потом мне снова придется попрощаться».


В апреле 2019 года я отправился на поиски тела с Ральстонами и Джоном Земаном, их давним другом. Мы были на пруду Уошберн, полосе воды в форме подковы в малонаселенном районе штата Вашингтон.Лодка Ральстонов имеет длину семь метров и сделана из алюминия. В салоне достаточно места, чтобы Ральстоны могли сидеть плечом к плечу, а за ними сидела пара человек. Имя «Кэти Джи» было нанесено розовыми буквами под одним из окон каюты с 2008 года — лодка названа в честь молодой женщины, чье тело той весной Ральстоны нашли в озере на Аляске; ее семья пожертвовала деньги, которые позволили Ральстонам купить новый мотор.

Мы искали тело 20-летнего Александра Браво Маррокина, который исчез 12 дней назад, когда перевернулась каноэ, в которой он находился со своим братом.Местные власти позвонили Ральстонам после продолжительного обыска. Когда мы вышли на воду, мы миновали желтую полицейскую ленту, натянутую на куст, чтобы отметить место, где брат Браво Маррокина помнил, как он выплыл на берег. Пока Сэнди медленно вел лодку, Джин наблюдал за изображением, созданным гидролокатором, прокручивающимся на большом компьютерном мониторе. Он был в своей обычной форме: фланелевая рубашка с воротником, заправленная в накрахмаленные синие джинсы. На Сэнди была мешковатая толстовка с изображением кота в ластах и ​​маска для подводного плавания.

«Обнаружил что-то подозрительное», — объявил Земан примерно через 15 минут после того, как покинул катер.

«Нет тела, насколько я могу судить», — ответил Джин, когда мы снова прошли над ним с противоположной стороны. Фигура на мониторе выглядела слишком круглой и слишком маленькой. Но Гена отметил местоположение с помощью GPS.

«Вы хотите сделать 90?» — спросил Сэнди.

«Полагаю, мы можем это сделать — в этом что-то есть», — сказал Джин.

Семиметровая алюминиевая лодка Ральстонов, Kathy G.Фотография: Лия ​​Нэш/The Guardian

Сэнди развернула лодку, чтобы подойти к объекту под прямым углом. Мы молча смотрели, как изображения дна озера медленно мелькают на экране в оттенках желтого. Примерно в 50 метрах от земли, расстояние, которое сильный пловец-любитель преодолел бы примерно за минуту, в верхнем левом углу монитора появилась отчетливая форма человеческого тела.

— Вау, — пробормотал Джин. «Это он.» Тело выглядело неуместно на бесплодном дне озера.Джин сел за руль лодки, а Сэнди и Земан вышли на палубу, чтобы поставить рядом с телом маркер — два пластиковых ящика из-под молока, которые дают четкое изображение на гидролокаторе, прикрепленном к белому бую. Потом мы поспешили обратно на берег.

Через пару часов группа дайверов из департамента шерифа отправилась за телом Браво Маррокина. Когда мы стояли на палубе «Кэти Джи» и смотрели, как ныряльщики тонут, высоко над нами раздалась серия гортанных птичьих криков. — Канадские журавли, — сказал Джин. «Мне нравится этот звук.Над прудом парили четыре птицы с длинными тонкими шеями и широким размахом крыльев.

Я снова посмотрел вниз и увидел, что водолазы достигли поверхности. Они держали тело. Его нос и лоб вместе с копной густых темных волос торчали над поверхностью воды. Когда мы вернулись на берег, водолазы уложили его на бетонные плиты катера. Браво Маррокин был старшим из пяти братьев и сестер, и его семья каждый день устраивала пикеты на берегу озера с тех пор, как он пропал без вести. Около 20 из них спокойно стояли в конце гравийной парковки у озера ранее этим утром.Теперь они могли прикасаться к его телу и молиться.

Некоторое время назад Ралстоны решили остановиться после того, как найдут свое сотое тело. Но Браво Маррокин был 114-м, и в 2019 году они найдут еще шесть человек. Они больше не принимают миссии по поиску по пересеченной местности, но Джин сказал, что они будут продолжать отвечать на звонки в западной части США до тех пор, пока позволяет их здоровье. . «Как отказать кому-то в таком положении?» он сказал. Джину исполнилось 74 года, когда они нашли Браво Маррокина на дне пруда Уошберн.

Ральстоны рассказали мне еще об одной семье, которой они помогли. В конце лета 2017 года они более пяти недель искали тело 26-летнего ирландца по имени Дэвид Гэвин. Он и несколько его друзей сделали перерыв в своем путешествии, чтобы спрыгнуть с моста через водохранилище Кинбаскет в Британской Колумбии, Канада. Он ненадолго всплыл, но затем снова пошел ко дну и больше не поднимался. Семья Гэвина прилетела из Ирландии через несколько дней после аварии и разбила импровизированный лагерь на пыльной гравийной дороге с видом на мост.Через несколько дней Королевская конная полиция Канады отменила официальный поиск, но дайвер RCMP дал Гэвинам номер телефона Ральстонов. Отец Дэвида, Мик, считает, что Ральстоны продолжили поиски и его семью тем летом. «Если они уйдут, у нас больше ничего не будет, — сказал мне Мик. «Они знали это, видели это в наших глазах и разговаривали с нами каждый день. Они не могли отступить от этого».

«Я думаю, что то, что мы делаем, пережив столько смертей, должно было оказать на нас влияние», — сказал мне Джин в какой-то момент.Некоторые выздоровления было труднее забыть, чем другие. «Одним, в частности, был маленький 12-летний мальчик, которого сбила лодка на озере Шаста [в Калифорнии]. Это преследует меня время от времени», — сказал он.

Джин упомянул выражение, часто используемое участниками аварийно-спасательных служб: Хотел бы я, чтобы мой мозг мог забыть то, что видели мои глаза. «Сэнди умеет справляться с этим немного лучше, выбрасывает это из головы».

«Во время нескольких самых первых обысков всегда присутствовал коронер, и они всегда казались женщинами, и им было очень комфортно в том, что они делали», — сказала Сэнди.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.