Как замерзает вода под снегом

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

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

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

Почему лед не тонет?

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

Почему замерзает только верх водоема?

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

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

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

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

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

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

Почему вода не замерзает под толстым слоем льда – интересное видео

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

Источник

Рассказываю, почему снегом нельзя утолить жажду. Выживальщикам на заметку

Из снега и льда можно получить чистейшую воду. Не зря многие марки бутилированной воды бравируют тем, что их вода из ледника. Так почему же снегом и льдом невозможно напиться? Понимание этого поможет многим охотникам, а также людям, попавшим в безвыходное положение в условиях дикой природы.

Казалось бы, на улице зима, по пояс снега и помереть от жажды при всём желании не выйдет. Вот только снегом не напьёшься, не утоляет он жажду. Более того, употребление чистого снега грозит обезвоживанием. Тому есть несколько причин.

Физика и ничего личного

Во-первых, человеческому организму для поддержания жизнедеятельности в условиях повышенных физических нагрузок (а других зимой в дикой природе и не будет) требуется больше 2 литров жидкости в сутки, а снег имеет весьма малую плотность. Это означает, что для получения 2 литров воды потребуется употребить внутрь не менее 6-7 литров снега.

Подумаешь, —скажете вы, — всего одно ведро снега, жуй себе помаленьку в течение дня. Чего такого?

Во-вторых, не следует забывать о затраченной на растапливание снега энергии. Например, если за бортом минус 45 градусов, то на растапливание 6 -7 литров снега, которые на выходе дадут заветные 2 литра воды, у вас уйдет не менее 400 ккал. Не уверен, что в условиях повышенной физической нагрузки и ограниченном количестве еды они будут лишними.

Кстати эскимосы, например, обходятся теплом собственного тела, заполняя кожаные фляги снегом и надевая их под теплую меховую одежды. Для современного человека способ довольно спорный — как бы чего лишнего не застудить при такой растопке снега.

Да, можно развести костер и натопить воды, это не сложно и позволит нивелировать указанные выше причины. Казалось бы, физика побеждена, но тогда выходит на передний план биология.

Биология и ничего личного

Для того, чтобы понять, почему даже растопленный на костре снег не даст достаточного эффекта в утолении жажды, следует вспомнить, чем он является. Снег, это сконденсировавшаяся на мельчайших частичках пыли и замершая вода. Конденсат, по сути своей, являющийся дистиллированной водой. Не содержит солей и микроэлементов.

Дистиллированной водой практически нельзя напиться. Она вымывает из организма необходимые человеку соли и соединения.

Поэтому снег даже в растопленном на костре виде подходит лишь для поддержания жизнедеятельности организма в короткий период преодоления трудностей, но ни в коем случае не как долгосрочная перспектива. Чай на охоте заварить можно, а пить перетопленный снег в течение всей зимы нельзя.

А как же дикие звери?

Вы можете возмутиться, мол, как же дикие звери зимой выживают, если жажду жеванным снегом утолить невозможно?

Во-первых, они не выживают, а живут. Они приспособлены к этому изначально. Печальнее всего для них, когда зима наступает в полном бесснежьи. Замерзли реки и озера, снег не выпал и зверю негде утолить жажду.

Во-вторых, звери сталкиваются с той же проблемой вымывания солей из организма, когда утоляют жажду снегом в течение всей зимы. Не зря же лоси грызут кору и выходят на дорогу соль лизать.

Кстати, самый простой солонец для зайца — желтый снег после человека. Солей там в достатке!

Источник

Секрет замерзания водоёмов

Плавающий на поверхности озёр и прудов лёд – первый признак зимы. Если бы свойства воды были такими же, как и у других жидкостей, о катании на коньках не было бы и речи – образовавшаяся ледяная корка сразу же опускалась бы на дно. А вот почему вода не замерзает под толстым слоем льда, является для многих непонятным.

Особенности воды

Согласно своим физическим свойствам, вода одна из немногих жидкостей, которая при переходе из жидкого в твердое состояние расширяется, а не сжимается. Самую высокую плотность она имеет при +4° С.

Как происходит замерзание

Большинство известных жидкостей при охлаждении сжимается. При этом происходит уменьшение их объёма и увеличение концентрации. К примеру, воск свечи в нерасплавленном виде падает на дно сосуда с расплавленным горячим воском.

Так же совершается сжатие воды, но лишь до того момента, пока t° не станет равной 4 °С. При дальнейшем снижении температуры вода начинает расширяться, соответственно, становится менее плотной и более легкой.

То есть лед, образовавшийся, как все мы знаем, при охлаждении H₂O до 0 °С, оказывается легче, чем незамерзший водный слой температурой на 4 градуса выше.

Процесс замерзания водоема можно описать так:

1. Вода, охлаждаясь до 4°С, приобретает более высокую плотность, поэтому перемещается в нижние слои водоема. Теплые и более легкие слои поднимаются вверх, чтобы после охлаждения снова опуститься.
2. После охлаждения до 4°С всех водных слоев их конвекция приостанавливается.
3. При дальнейшем снижении градуса (ниже 4°С) в верхней части водоёма идёт процесс расширения воды. При этом ее плотность уменьшается, и таким образом более холодный слой оказывается сверху.
4. Верхний водный слой от контакта с холодным зимним воздухом охлаждается, одновременно уменьшается плотность H₂O. При температуре в 0°С происходит ее переход в твёрдое состояние. Именно так объясняется факт, почему вода подо льдом не замерзает.

Природа предусмотрела всё, вплоть до самых мелких деталей. У обитателей прудов есть возможность выжить при условии суровой зимы именно благодаря тому, что вода имеет свойство при самой высокой уплотнённости сохранять t +4 ºС. Ведь промерзни она до нуля, и все живые организмы в ней погибнут.

Температура водной среды в водоёме зависит, разумеется, от времени года – летом она гораздо теплее возле поверхности, чем на дне. А вот зимой пруд покрывается льдом, и градус на поверхности гораздо ниже, чем в глубине.

Различие в замерзании воска и воды

Как показывают опыты, поверхность ледяного кубика образует некую выпуклость. Это происходит из-за того, что застывание в его середине происходит в последнюю очередь. А расширяясь во время перехода в твёрдое состояние, эта выпуклость ещё больше поднимается. Противопоставить этому можно застывание воска, который, наоборот, образует углубление. Это объясняется тем, что воск после перехода в твердое состояние сжимается. Жидкости, которые равномерно сжимаются при промерзании, образуют несколько вогнутую поверхность.

Почему вода не замерзает под толстым слоем льда: Видео

Источник

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

Стандартное утверждение о том, что вода замерзает при достижении температуры в 0 градусов Цельсия, на самом деле некий стереотип. Температурных порогов, при которых замерзает вода, существует не так уж мало, и зависят они от разных свойств воды и окружающей обстановки. К примеру, чистая вода может даже замерзнуть при -42°С, в зависимости от условий, в которых она охлаждается.

Почему так происходит

Для формирования кристаллов льда могут использоваться различные частицы и дефекты тары

Чтобы кристаллы льда сформировались, необходима основа, а ею могут стать различные вещества и мелкие тела, например, пылевые частицы. А ожидать, что чистая вода замерзнет, согласно распространенному мнению, при нулевой температуре, не стоит. Ядрами кристаллизации, как известно из курса физики, могут выступать растворенные в воде минеральные и органические частицы, но и не только они.

Кристаллизация может «выбрать» в качестве основы различные дефекты тары, в которой вода в этот момент находится, такие как сколы и трещины, а также воздушные пузырьки. Кстати, так как у горячей воды число ядер кристаллизации больше, то и замерзает она быстрее, чем холодная. Этот интересный факт известен любому старшекласснику. Если сосуд чист, и сама вода тоже, то она может какое-то время при отрицательной температуре находиться в обычном жидком состоянии. Но оно считается неустойчивым, потому что стоит появиться какой-либо посторонней частице, например, пылинке, как вокруг нее немедленно начнет образовываться ледяной кристалл, и вся остальная вода вокруг тоже становится льдом.

Источник

Спасаемся от зимнего затопления

Что делать, если зимой затопило канаву и участок

То, что мы все лицезрели начиная с 1 декабрая 2011 и далее, назвать зимой можно весьма условно. Судите сами: аномально тёплая (и затянуывшаяся) осень. Настолько тёплая, что в ноябре в уличной канаве выросла трава! Отклонение погоды от норм принесло людям не только плюсы, но и существенные неудобства. Как, например, мне – жителю частного дома. Поясню:

канализация в нашем микрорайоне представляет собой канаву вдоль улицы, глубиной от силы сантиметров 50. И если две предыдущие зимы были не только холодными, но главное – ещё и снежными (и при этом канализация работала в штатном режиме), то зима 2011-2012 заставила понервничать. Точнее, поплясать с бубном. Вокруг своего участка. Выражалось это в следующем:

Зимой затопило канаву, а затем и участок

Ещё в первой половине зимы я наблюдал, как лёд поверх уличной канавы становится всё выше. Понятно, причина тому – почти полное отсутствие снега. Кто бы что ни говорил, а снег – какой-никакой, но теплоизолятор. И если двумя зимами ранее все канавы, будучи “по уши” забросанными снегом, прекрасно пропускали через себя сточные воды вниз по течению, то в данный холодный сезон эти самые воды напрочь замёрзли. (Почему я вспоминаю только две предыдущие зимы – потому что именно тогда в моём доме появилась нормальная фекальная канализация – до этого была только из-под раковины).

Как следствие – не уходит вода из канализации (как кухонной, так и таулетной). Ибо на выходе из обоих отстойников – сплошной лёд, который тянется до уличной канавы и далее вниз (вверх) по течению. В конце февраля запас канавы по высоте был уже полностью выбран, и она пошла сначала к калитке, а чуть позже – и на участок. Приятного мало: калитку не открыть (нужно отдалбливать топором пятачок вокруг неё), да и на участке вода зимой не в радость. Что делать?! Снять штаны и бегать. Стою, значит, чешу репу. Прорубил верхний слой льда – вода под ним не замёрзла, значит, её можно откачать [вниз по течению, мимо участка]. Под ней, правда, есть и второй слой льда. Но он уже основательный, не пробъёшь. Нужен насос и шланг.

Откачиваем талую воду насосом

Насос у меня уже есть – он стоит наготове в подвале (в бочке для осушения). Вытащил и понял, что не хватает длины шланга. Надставить нечем, но выкрутился: в сугроб ниже по течению воткнул пластиковую трубу 110 мм, в неё – длинную железную (осталась после смены батарей), и уже в эту сборную солянку – шланг. Хватило едва-едва.

Но такая конструкция меня не устраивала. Во-первых, её длины всё равно хватало только поперёк улицы. А это значит, что по шлангу будут проезжать машины и он может рано или поздно выпасть, ведь ничем не закреплён. Во-вторых, он дал течь. Скорее всего, она была и раньше, но, находясь в бочке, ничен не выдавала себя. А тут медленно, но верно заливала одну часть автомобильной колеи. И в-третьих, откачка воды из канавы – процесс небыстрый, то есть нужно было включить насос и уйти. А для этого шланг должен быть проложен подальше не только от машин, но и от людских глаз и рук. В общем, я понял, что нужен нормальный длинный шланг. К тому же морозостойкий.

Выбираем морозостойкий шланг. Как выбрать?

Этим вопросом я задался исходя из опыта “общения” с предыдущей покупкой – мотком шланга хоть и нового, красивого, армированного, но безбожно дубеющего не то что на морозе – просто на холоде. Брал в К-рауте (попутно запомнив её скудный ассортимено по данному вопросу). Покопавшись немного в этих ваших интернетах (сначала в Маркете, затем – просто в Я шке), понял, что товар, именуемый морозостойким шлангом, довольно дорог. Да и продаётся, как правило, бухтами. Ввиду бюджетности моих возможностей, решил немного снизить планку.

На этот раз поехал в Максидом. Который больше К-Рауты и богаче в плане ассортимента. И если в последней скудно валялась пара-тройка разновидностей садовых шлангов (все отличия – в диаметре), то в “Максике” – рай дачника и садовода: туева хуча сабжей от разный производителей, самых разнообразных цветов, диаметров и составов смеси (материала). Мой выбор пал на белорусское изделие “Ресурс” от ЗАО “Компаниия Ряд”. Почему – всё просто:

1. он имеет самый тонкий наружный слой (который и определяет цвет шланга – полупрозрачный, в данном случае зелёный, в него же вплавлены армирующие нити);
2. внутренний слой (резиновый) – самый толстый;
3. цена – более чем демократичеая: даже без дисконтной карты (которая у меня есть) – 950 рублей за 30 метров;
4. заявленный срок службы – не ограничен.

Откачка воды зимой – особенности

Шланг куплен, надёжно прикреплён к насосу (в данном случае – AL-KO мощностью 250 Вт – читай, самый слабый экономичный). Без труда прорублен верхний слой льда, насос опущен в ледяную воду. Кажется, что-то забыл. Конечно: важно позаботиться, чтоб всему этому хозяйству не приделали ноги. Прибор, даром что у него есть ручка для переноса, пристёгиваем цепью к дереву / прочим подходящим объектам. А заодно, поскольку провод питания идёт на участок, в его пределах обматываем шнур за что-либо так, чтобы при попытке унести он остался на месте. Я просто обмотал вокруг бруска в заборе. То же делаем со шлангом: поскольку он с запасом по длине, заводим честь его на участок и тоже за что-нибудь обматываем. И ещё нам предстоит решить проблему крепления шланга к насосу.

Питание подано, вода откачивается. И течь ей ещё долго. А не сгорит ли насос от длительной работы? Я задавался этим вопросом, но, похоже, напрасно: даже если бы он и нуждался в перерывах для охлаждения, то точно не зимой и не в ледяной воде. Да и последующий опыт показал, что с ним всё в порядке – может работать неделями!

Особенности откачивания воды в зимний период следующие:

• при постоянно работающем насосе вода не замерзает до минус 5 уверенно;
• шланг нужен хотя бы формально морозостойкий;
• как только выключили шарманку – сразу сливаем воду из шланга и убираем его! Иначе, когда она замёрзнет, рискуете порвать его.

А был ли толк? И чем закончилось

Хотелось также оценить эффективность мероприятия. Точнее, что бы было без насоса. Каждое утро, на время завтрака (немногим больше получаса; вода в шланге за это время замёрзнуть в небольшой мороз не успеет), я выключал его, чтобы оценить, как изменится уровень воды. Так вот, каждый раз за 30 минут он изрядно поднимался. В общем, я гонял свой AL-KO без остановки неделю, после чего… тепмература понизилась до -10 (несмотря на март) и электрического спасителя пришлось убрать. Шланг же пришлось оставить на снегу: последние полсуток уровень воды опустился ниже крыльчатки насоса (он гонял её вхолостую), из-за чего в шланге она замёрзла. Решив, что лучше дождаться, пока солнышко пригреет и вода сама растает, оставил как есть.

Причина переполнения канавы

В самом начале я говорил про малоснежную зиму. Но, похоже, есть и другая причина. Её я тщательно выискивал, идя вдоль канавы в резиновых сапогах. На границе участков (соседского и через один), там где до смены водопроводных труб по улице, была колонка, я не увидел на канаве льда. Небольшая прореха в ледяной корке сантиметров 50 в диаметре, сквозь которую видно, что и нижнего (напомню, их два) слоя льда тоже нет. Похоже, причина найдена: из-за отсутствия снега немного прорвало тупиковый отрезок трубы (апендикс), когда-то шедший к колонке. Дальше же, за этим участком, канава стояла пустая (равно как и по другую сторону улицы). Но это всего лишь моя версия.

Водоканальщики – гондурасы

Позвонил в во ДОКАНАЛ по горячей линии. Заявку приняли. Проезжая мимо соседа (через одного ниже меня по течению), увидел, как он “парится” с тем же гемором: его канава тоже полная (ещё бы), и для борьбы с водой сосед, даром что богатый, прикупил мотопомпу. (Зачем? Сорить деньгами за бензинку, когда розетка под носом. Глупо). Он сказал, что уже месяц названивает в водок- АНАЛ , а воз и ныне там. И о чудо! На следующий день у соседа орудует небольшой экскаватор, выкапывая из канавы… лёд. Перед этим аварийщики сходили посмотрели на место, которое я указал в заявке. И не стали с ним что-либо делать. Слышите, аварийная-водоканал?! Вы – петушары, кококо! Желаю каждому из вас такой же напасти, что постигла меня.

Источник