Таяние ледников
Понятие «таяние ледников» вызывает ассоциацию с глобальным потеплением, экологической катастрофой, неминуемой гибелью всего живого. Наиболее важное звено в цепочке печальных событий — это парниковые газы, создающие своеобразный купол, который удерживает тепло над Землей. Это ведет к неминуемому повышению температуры, обусловливающей начало таяния льдов.
Причины таяния ледников
По мнению экологов, основная причина таяния ледников — отсутствие бережного отношения людей к природным ресурсам планеты.
Быстрые темпы засорения почвы, воды и атмосферы спровоцировали образование парникового эффекта. Опираясь на статистические данные, полученные при наблюдении за ледниками, ученые озвучивают невеселые сценарии ближайшего будущего:
- Если ледники будут продолжать таять в том же темпе, то всего через 2 десятилетия в Антарктиде совсем не останется льда.
- Ученые НАСА рассчитали, что таяние ледников в Гренландии грозит потерей сотни миллиардов тонн их массы в год.
- Процессу таяния подвержены не только ледники, расположенные в Арктике и Антарктике, но и находящиеся в горах. Площадь швейцарских гор за последнее десятилетие уменьшилась на 12%.
- За последние полвека средняя температура на Земле увеличилась на 2,5˚, что становится причиной таяния льдов, повышения уровня Мирового океана. В результате воды планеты каждый год поднимаются на 3 мм, постепенно поглощая сушу.
- Из-за таяния льда увеличивается концентрация пара в атмосфере, который входит в состав парниковых газов. Это грозит усилением парникового эффекта, способствующего разрушению ледников. Получается замкнутый круг.
К чему приведет таяние ледников
Проблема имеет планетарные масштабы, так как ее последствия влияют на состояние всей живой и неживой природы. Опасения ученых связаны со всеми сферами жизни на Земле.
Состояние экологии на Земле с таянием ледников меняется в худшую сторону. Это касается геологического строения территорий и их рельефов, численности многих видов животных и растений, уровня Мирового океана, здоровья человека.
Потенциальные последствия дальнейшего таяния следующие:
- Таяние льдов станет причиной погружения суши в воду более чем на 50 м. Береговые линии сместятся и нынешние очертания водоемов значительно расширятся, поглотив прибрежные населенные пункты. В трагическом списке, помимо множества европейских столиц, оказалась и Северная столица России. По мнению экологов, Санкт-Петербург в будущем окажется под толщей вод Балтийского моря.
- Стремительное опреснение вод Мирового океана привет к изменению направления и скорости его течений, которые влияют на климат в регионах.
- Согласно выводам Всемирной организации здравоохранения значительные перемены в устоявшихся средах обитания грозят вспышками эпидемий, от которых даже сегодня ежегодно умирает 150 тыс. человек. Множество болезней, которыми болеют жители африканских и среднеазиатских государств, очень скоро «перекочуют» на прочие материки.
- Произойдет увеличение количества проявлений природных катастроф: торнадо, цунами и наводнения будут возникать во всех уголках планеты. Список стихийных бедствий следует пополнить и острым недостатком пресной воды. Пройдет всего 10 лет, и половина населения будет страдать от ее нехватки. С пищей дела также будут обстоять не лучшим образом: продолжительные засухи, чередующиеся с затоплениями, сделают невозможным выращивание многих сельскохозяйственных культур.
Пути решения проблемы
Отвести надвигающуюся беду крайне сложно. Прекращение или хотя бы незначительное замедление таяния ледников требует комплексного решения проблемы. При этом глобальные меры должны быть приняты на всех уровнях, вплоть до действий каждого отдельного жителя планеты.
В настоящее время учеными предложено несколько методов защиты ледников от пагубного влияния температур:
- монтаж на орбите Земли специальных зеркал, а на тающих местностях – щитовых сооружений;
- использование растений, созданных с помощью сложной селекции и обладающих способностью очень быстро поглощать углекислый газ.
Большое внимание уделяется поиску новых источников энергии, не требующих сжигания углеродного сырья. Во многих странах с каждым годом все больше появляется и используется солнечных батарей, ветряков и приливных электростанций. Рассматриваются необычные методы получения энергии, к примеру, отопление комнат с помощью тепла человеческого тела. Производятся гибридные автомобили с усовершенствованными техническими характеристиками. Контролирующие органы следят за тем, чтобы предприятия не выбрасывали в окружающую среду токсичные отходы.
Одной из глобальных задач современности является предотвращение таяния ледниковых покровов Земли. Свой посильный вклад в ее решение может внести каждый отдельный житель планеты. Экологи советуют не пользоваться аэрозолями, содержащими хлорфторуглеводы, которые поражают озоновый слой, заменять по возможности автомобиль на велосипед, максимально засаживать участки возле дома деревьями и кустарниками.
Источник
IT News
Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm
Почему лед не нагревается во время таяния?
Если лед поместить в сосуд и поставить его над работающей горелкой, сосуд нагреется и лед начнет таять. Однако до тех пор, пока весь лед не превратится в жидкость, температура воды не поднимется выше 0°С (32°F), вне зависимости от степени разогрева плиты. Это происходит из-за того, что вся подводимая ко льду теплота идет на преодоление физических сил, связывающих между собой его молекулы.
У льда молекулы воды удерживаются вместе межмолекулярными связями, формирующимися между атомом водорода (показан синим цветом) одной молекулы и атомом кислорода (показан красным цветом) другой. Результирующая гексагональная кристаллическая структура имеет довольно высокую прочность. При 0°С молекулы движутся настолько быстро, что связи ослабевают. Часть межмолекулярных связей разрывается, позволяя молекулам воды покидать лед с образованием жидкости. Такой процесс называется фазовым переходом (вода переходит из твердой фазы в жидкую), а температура, при которой он протекает, называется точкой плавления.
Для разрушения связей, позволяющих воде находиться в твердом состоянии, необходима энергия, причем в очень большом количестве, поэтому вся теплота, выделяемая горелкой, идет на разрывание этих связей, а не на увеличение температуры льда. Теплота, необходимая для завершения описанного выше фазового превращения, называется скрытой теплотой плавления или теплотой фазового перехода, так как эта теплота не приводит к росту температуры. Только после того, как последние связи будут разрушены и весь лед расплавится, температура воды начнет увеличиваться и станет выше 0°С.
Как происходит таяние льда
- У льда молекулы воды движутся так медленно, что всегда сохраняют связь друг с другом, образуя твердое тело. Когда ко льду подводится теплота (на рисунке справа показана в виде желтых шариков), молекулы воды приобретают дополнительную энергию и движутся быстрее, однако все еще связанные вместе в виде льда.
- Если подвод теплоты продолжается, молекулы воды, находящиеся на поверхности льда, увеличивают скорость своих колебательных движений, разрывая межмолекулярные связи, удерживавшие их раньше на месте. Эти молекулы покидают лед и образуют жидкую фазу воды. Дальнейший подвод теплоты приводит к разрушению оставшихся межмолекулярных связей и постепенному таянию льда.
- Продолжающийся подвод теплоты в конце концов дает последним из молекул замерзшей воды достаточно энергии для преодоления межмолекулярных связей, удерживавших их вместе в виде льда. Вся вода теперь стала жидкостью.
Лед, вода и температура
При подводе ко льду теплоты (рисунок слева) сначала увеличивается его температура. Однако при 0°С (32°F) рост температуры прекращается и наступает фазовый переход: лед начинает таять. Как показывает голубая кривая на графике, дополнительный подвод теплоты приводит к дальнейшему таянию льда, не увеличивая температуру воды. Только после того как весь лед перейдет в жидкое состояние (рисунок над текстом), дополнительный подвод теплоты приводит к увеличению температуры воды.
Источник
Лед тает
В этой статье блога Вольных Ледорубов речь пойдет о природе таяния льда. Почему лед тает, каким образом, при каких условиях и с какой скоростью?
Как известно, вода в окружающей нас среде находится в трех ипостасях – в виде жидкости, в виде пара, и в виде твердого тела (иначе говоря, льда), при этом вода может свободно переходить из твердого агрегатного состояния в жидкое, из жидкого в газообразное, и наоборот, всегда возвращаясь к исходным свойствам.
Нуль градусов по шкале Цельсия (0°С), при условии нормального атмосферного давления в 1 атмосферу (760 мм ртутного столба), является температурным значением фазового перехода воды из жидкого состояния в твердое (кристаллы льда) и, наоборот, из твердого в жидкое. Получается, что при постоянной нулевой температуре вода может быть как льдом, так и жидкостью, а вопрос кристаллизации или таяния заключается лишь в том, в какой начальной фазе состоит вода и какое на нее оказывается воздействие. В этой температурной точке лед продолжает оставаться льдом, а жидкость – жидкостью, если, соответственно, температура окружающего воздуха не поднимется выше нулевой отметки или не опустится ниже нее. В противном случае происходит теплообмен. То есть, нагревание льда при нуле градусов приводит к тому, что его температура уже не повышается – затраченное тепло уходит на разрушение кристаллической структуры льда, а после того, как весь лед растает и станет жидкостью, дальнейшее нагревание обусловит повышение температуры воды. В процессе замерзания дело обстоит ровно наоборот – с понижением окружающей температуры ниже нуля вода кристаллизуется, высвобождая при этом то количество энергии (тепла), которое необходимо для таяния того же объема льда.
Удельная теплота плавления льда достаточно высокая и равна 335 кДж/кг (килоджоулей/килограмм); если сравнить с другими веществами, то у свинца, например, она составляет только 25 кДж/кг, у золота – 66.2, у серебра – 105, у железа – 277. Чтобы было более понятно, скажем, что для превращения 1 кг снега или льда в воду, требуется столько же энергии, сколько необходимо для нагревания 1 литра воды до температуры 80°С . Поэтому, не стоит удивляться тому, что с наступлением весны в затененных участках подолгу может лежать и не таять снег. Если бы лед имел низкую удельную теплоту плавления, он таял бы еще быстрее обычного, а вода в реках и водоемах замерзала бы с наступлением заморозков.
Говоря о таянии льда или кристаллизации жидкой воды, стоит учесть некоторые существенные факторы, влияющие на эти процессы.
Как было уже отмечено, и для первого, и для второго фазового перехода важным условием является давление. Для большинства веществ характерно то, что при фазовом переходе увеличение давления способствует увеличению температуры нагревания. Высокое давление приводит к тому, что атомы вещества начинают уплотняться, соответственно кристаллическая решетка сжимается, следовательно, на ее разрушение требуется больше энергии. Однако в случае с водой зависимость температуры от давления выглядит иначе. Вода, замерзая, превращается в твердое тело (лед), но в отличие от многих веществ, при затвердевании она не уменьшается, а, наоборот, увеличивается в объеме примерно на 9%. Плотность льда меньше плотности воды в жидком виде, при 0°С у льда она составляет 916.7 кг/м3, а у воды – 999.8 кг/м3 (вот почему лед и не тонет в воде), а значит, увеличение давления способствует ускорению перехода воды из твердого состояния в жидкое, что в свою очередь приводит к снижению температуры плавления льда. Например, чтобы снизить температуру плавления льда на 1°С нужно увеличить давление боле чем на 100 кгс/см2 (килограмм-сила/кв.см) или 10 МПа (мегапаскалей).
Зависимость температуры плавления льда от давления
Наглядно зависимость температуры плавления льда от давления можно увидеть на опыте. Через ледяной блок перекидывается нейлоновая нить, а к концам нити привязываются грузы; под давлением нити лед подтаивает, нить опускается, а образовавшаяся вода следом за нитью обратно замерзает. Таким образом, нить постепенно проходит сквозь лед, а сам ледяной блок в то же время остается целым.
Важным условием для образования льда является содержание в воде мельчайших взвесей, которые будут в данном случае являться ядрами ледяных кристаллов (о формировании ледяных кристаллов Вы также можете прочесть в статье « Микроледяные скульптуры »).
Дистиллированная же вода, очищенная от всяких примесей, может оставаться жидкостью и при отрицательной температуре, так как молекулам воды не за что будет зацепиться, чтобы создать кристаллическую решетку, но только в том случае, когда на воду не оказывается воздействие. А если же, к примеру, в сосуд с очищенной водой бросить кусок льда или бутылку с дистиллятом встряхнуть, процесс кристаллизации будет мгновенным, и за несколько секунд вода превратится в лед, благодаря пузырькам воздуха, микрочастицам, попавшим в воду, неровностям на поверхности сосуда.
Дистиллированная вода находясь на больших высотах в виде мельчайших капелек не замерзает даже при очень низких температурах, от -30 °С и ниже.
На фазовые переходы воды влияет также степень ее солености. Морская вода, в отличие от пресной, замерзает всегда при температуре ниже 0°С. Различие температур ее замерзания зависит от концентрации в ней солей, например, при 20%-ной солености температура замерзания составляет около -1°С, а при 40%-ной – чуть выше 2°С.
Концентрация соли снижает и температуру плавления льда. Мы часто с вами видели, как заледенелые проезжие части и пешеходные дорожки посыпали солью. Так вот, соль соединяясь с крупинками верхнего слоя льда, благодаря механическому воздействию, оказываемому нашими ногами и колесами автотранспорта, а также солнечным лучам и ветру, вызывающим подтаивание ледяной корки, образует своего рода смесь. Температура плавления смесей всегда ниже, чем температура плавления отдельных веществ, поэтому лед на дорогах начинает таять незамедлительно. При таянии образуется соленый водный раствор, который помогает растопить лед дальше.
Источник
