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.
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 холода 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.
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.
И источники питания. По тепловому режиму роки делят на три основных зональных типа:
- с постоянно теплой водой без сезонных колебаний температуры: Амазонка, Конго, Нигер и др.;
- с сезонными колебаниями температуры воды, но не замерзающие зимой: Сена, Темза и др.;
- 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.
- 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.