Почему лед не замерзает под толстым слоем льда

Почему вода не замерзает под слоем льда?

Вода — самое таинственное и при этом самое важное для поддержания жизни на планете вещество. У нее нет ни запаха, ни цвета, однако существование какой-либо жизни в том виде, в котором мы ее знаем, без воды попросту бы свелось к нулю. Одним из уникальных качеств воды является ее способность сохранять подводную жизнь благодаря интересной природной аномалии, при которой лед покрывает собой массы воды, не давая ей полностью замерзнуть. Согласно обычным физическим законам, все должно происходить в точности до наоборот и вещество, находящееся долгое время в твердой форме, должно быть на дне, а не на поверхности. Так почему же вода нарушает основные законы физики?

Возможно, жизнь на планете появилась благодаря природной аномалии

Почему лед не тонет?

Считается, что уникальная способность льда не уходить под воду обусловлена появлением в нем особенной кристаллической решетки, которая часто обогащена мельчайшими пузырьками воздуха. Ледяной покров, постепенно расползаясь от берегов водоема к самому его центру, надежно защищает всех обитателей от сильных морозов, сохраняя положительную температуру под ледяным куполом.

Теоретически, любой, даже самый большой водоем, может промерзнуть до самого дня при соблюдении определенных природных и температурных условий. В обычное же время даже небольшой пруд с максимальной глубиной около трех метров не способен промерзнуть до самого дна по причине, что при достижении водой критической отметки в +4 градуса по Цельсию, в пруде/озере/реке и других аналогичных водоемах начинается интенсивный процесс перемещения слоев разной температуры. Наиболее холодные водные слои постепенно поднимаются вверх, в то время как теплые начинают опускаться вниз. С понижением средней температуры, на поверхности водоема постепенно образуется лед, который останавливает процесс перемещения слоев воды разной температуры и не дает подледному миру полностью замерзнуть.

Могут ли живые организмы выжить во льду?

Несмотря на то, что для человеческого организма долгое нахождение в условиях низких температур чревато гибелью, для некоторых амфибий не страшны даже очень длительные морозы. Так, лягушки и тритоны обладают уникальной способностью вмерзать прямо во лед без каких-либо последствий для своего здоровья. Обычные прудовые лягушки в холодное время года впадают в анабиоз и самостоятельно размораживаются только с первыми лучами теплого солнца. Такую природную сверхспособность амфибии получили в результате длительной эволюции, которая подарила их организмам особый природный антифриз. Наличие антифриза в теле лягушки позволяет предотвратить образование мельчайших кристалликов льда, которые и являются основной причиной гибели живых клеток.

Некоторые лягушки могут зимовать прямо во льду

Может ли замерзнуть океан?

Как уже говорилось выше, при соблюдении современных климатических условий, даже самый неглубокий пруд не способен полностью промерзнуть. Однако давайте попробуем себе представить, что в результате некоего природного катаклизма на Земле промерзли до дна все океаны. Может ли такое произойти в действительности?

Брайникл или подводная “сосулька смерти” способна моментально уничтожить все живое в ее окрестности

Известно, что температура замерзания соленой воды зависит от уровня ее солености. Так, при среднем количестве содержания морской соли в воде, обычной температурой, при которой океан начинает покрываться тонкой коркой льда, становятся примерно -2…-4 градуса по Цельсию. Несмотря на то, что наша планета в разные эпохи переживала множество больших и малых ледниковых периодов, океаны нашей планеты никогда не промерзали до самого дна. Теплые океанические течения даже в самые холодные годы Земли помогали поддерживать морскую воду в жидком состоянии. Иными словами, возможность того, что однажды океаны планеты полностью замерзнут, сводится к абсолютному нулю.

Кстати говоря, знаете ли вы, что на Плутоне имеется свой подледный океан жидкой воды? Если уж такой далекий объект смог сохранить свои водные ресурсы в жидком состоянии, то нашей планете в этом плане не о чем переживать. В любом случае, давайте попробуем пофантазировать в нашем Telegram-чате, что могло бы произойти с человечеством в случае, если бы океаны нашей планеты каким-то образом все же полностью замерзли.

Источник

Почему вода не замерзает под толстым слоем льда? Объясните с точки зрения физики

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.
——
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.
——————————————————

Источник

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

Почему вода не замерзает под толстым слоем льда?

Действительно пресная вода замерзает при нуле градусов Цельсия, а если в воде растворить еще какие-нибудь соли, то замерзать она начнет в диапазоне отрицательных температур. И чем выше минерализация этого раствора, тем ниже температура замерзания.

Вода средней солености (средняя соленость в мировом океане) замерзает при — 1.8 градусах Цельсия. Большие объемы талой воды под льдом обычно связаны с грунтовыми линзами и имеют общее название — криопэги.

Криопэги – природные засолённые воды (рассолы), имеющие отрицательную температуру, но находящиеся в жидком состоянии. Чаще всего этот термин применяется к подземным природным водам, но может использовaться и в более широком смысле.

Известно, что природный лед значительно чище, чем вода, из которой он образуется. При кристаллизации воды происходят некоторые процессы связанные с выстраиванием кристаллической решетки, в результате чего когда природный лед тает получается чистейшая вода. Но что происходит с механическими примесями? Они уходят вовне растущими кристаллами льда. Так в массивах ледяных покровов появляются пласты воды с высокой минерализацией вплоть до рассолов, которые натурально могут находиться между двумя пластами вечной мерзлоты в жидком виде.

Морские криопэги по общему объёму составляют значительную часть мирового океана и существуют далеко за пределами границ распространения плавучих льдов. К районам с морскими криопэгами относится практически весь Северный Ледовитый океан, северные части Тихого и Атлантического океанов и, конечно, океанические воды вокруг Антарктиды.

Распространение подземных криопэгов по площади совпадает с границами криолитозоны, а происхождение связано со следующими процессами:

1. проникновением морских вод в толщу прибрежных горных пород;
2. растворением солей, содержащихся в составе вмещающих подземную воду горных пород;
3. криогенным концентрированием (вымораживанием) веществ, растворённых в подземных водах вследствие процессов их промерзания.

По температуре криопэги в природе могут разделяться на несколько категорий, от умеренно холодных (с температурой от 0 до -2 С) до сверх-холодных (с температурой ниже -36 С). Криопэги не замерзают даже при низких температурах в результате высокой минерализации (до 200 — 300 г/л).

Целенаправленное изучение подземных криопэгов началось сравнительно недавно, в последние 40-50 лет. Выяснилось, что они оказывают негативное влияние на фундаменты инженерных сооружений, построенных на мерзлоте, и создают различные осложнения при разработке полезных ископаемых в арктическом регионе. Оказалось, что арктическая мерзлота изобилует солёными водами, которые могут встречаются в различных частях разреза криолитозоны: в верхнем сезоннопротаивающем слое (надмерзлотные криопэги), в нижележащей многолетнемерзлой толще (внутри- или межмерзлотные криопэги), в подмерзлотных водоносных горизонтах (подмерзлотные криопэги).

Да и сам человек способен сформировать криопэги там, где их ранее не было, и где остальная природная среда не готова к равновесному взаимодействию с внезапно возникшим новым элементом. В отличие от природных криопэгов, формирующихся в течение сотен лет, техногенные криопеэги, возникающие в условиях интенсивной хозяйственной деятельности человека, а также химического загрязнения территории при сбросах бытовых и техногенных вод, могут образоваться в течении первых 10 – 15 лет.

В криолитозоне различают естественные и техногенные криопэги. Естественные криопэги часто залегают ниже подошвы многолетнемёрзлых пород, но встречаются также в виде прослоев и линз внутри мерзлоты. Техногенные криопэги обычно залегают на небольших на глубинах, исчисляемых первыми десятками метров от поверхности. Их минерализация может составлять от 1 до 10 г/л.

Тут справедливости ради надо сказать, что всё же основная часть воды в мёрзлых породах замерзает и присутствует в виде твёрдой фазы – льда, который является важнейшим породообразующим минералом в мёрзлой породе. Весь этот лёд принято называть подземным, независимо от особенностей его образования и характера залегания. Лёд может присутствовать в мёрзлой породе в виде текстурообразующего не различимого невооружённым глазом льда-цемента, в виде отдельных визуально различимых включений (линз и прослоек), а также в виде крупных и даже гигантских скоплений и пластов. Но в любом льду, как в ультрапресном, так и в засолённом, обязательно присутствует незамёрзшая вода либо в виде плёнок вокруг отдельных кристаллов, либо в виде локализованных в порах, пустотах и карманах скоплений воды, обычно имеющих повышенную засолённость – это своего рода «криопэги в миниатюре».

Источник