Планета бурь - [27]

Опасные метаморфозы

Весьма редкое свойство воды проявляется при ее превращении из жидкого состояния в твердое. Этот переход связан с увеличением объема, а следовательно, с уменьшением плотности.

Ученые доказали, что вода в твердом состоянии имеет ажурное строение с полостями и пустотами. При плавлении они заполняются молекулами воды, поэтому плотность жидкой воды оказывается выше плотности твердой. Поскольку лед легче воды, он плавает на ней, а не опускается на дно. Это играет в природе очень важную роль. Если бы плотность льда была выше, чем у воды, то, появившись на поверхности вследствие охлаждения воды холодным воздухом, он погружался бы на дно, в результате весь водоем должен был бы промерзнуть. Это катастрофически сказалось бы на жизни многих организмов в водоемах.

Способность воды расширяться при замерзании приносит много хлопот в быту и технике. Практически каждый наблюдал, как замерзшая вода разрывает стеклянную емкость, будь то бутылка или графин. Гораздо большую неприятность доставляет промерзание водопровода, так как при этом почти неизбежным результатом являются лопнувшие трубы. По этой же причине в предстоящую морозную ночь воду сливают из радиаторов охлаждения автомобильных двигателей.

Поскольку вода при замерзании увеличивается в объеме, то в соответствии с законами физики при увеличении давления должно начаться плавление льда. Действительно, это хорошо видно при скольжении коньков на льду. Площадь лезвия конька невелика, поэтому давление на единицу площади большое, и лед под коньком подплавляется, трение резко падает и ледяная поверхность становится скользкой.

Второй и более важной причиной скольжения коньков по льду и лыж по снегу является трение движущегося тела о поверхность: выделяется значительное количество тепла, которое идет на расплавление льда и образование смазки. Натирание лыж специальными мазями улучшает скольжение, поскольку мази отталкивают воду и тем самым уменьшают сцепление воды и лыж.

При сильном понижении температуры воздуха тепла, которое выделяется вследствие трения, будет недостаточно для хорошего скольжения коньков и лыж, хотя давление на них при этом остается неизменным

Любопытно, что морской лед менее скользкий, чем пресноводный, поскольку в процессе его таяния сначала плавится соляная прослойка и лишь затем сам лед.

Одно из важнейших свойств воды, вызывающее далеко идущие последствия, связано с неравномерным изменением ее температурной плотности. Уже давно установлено, что наибольшей плотностью вода обладает при температуре около 4^о. Это создает совершенно особые условия существования незамерзающих слоев воды в зимнее время.

Когда на севере наступает осень, в реках начинается быстрое остывание водной массы, которое убыстряется под воздействием вечной мерзлоты, одновременно идет ассоциация молекул H₂O. Наконец наступает критический момент максимальной плотности: температура воды всюду чуть ниже 4 °C. И тогда в придонной зоне на некоторых участках интенсивно намораживается рыхлый подводный лед.

В отличие от обычного льда он не имеет правильной кристаллической решетки, у него иная структура. Центры его кристаллизации различны: камни, коряги и разные неровности, причем не обязательно лежащие на дне и связанные с мерзлым грунтом. Появляется рыхлый лед на реках глубоких, со спокойным – ламинарным – течением.

Подводное ледообразование обычно заканчивается всплытием льдин на поверхность, хотя в это время никакого другого льда нет. Подводный лед иногда появляется и летом. Возникает вопрос: что это за «вода в воде», которая меняет свое агрегатное состояние, когда установившаяся температура в реке слишком высока для того, чтобы в лед превращалась обычная вода, чтобы, как говорят физики, произошел фазовый переход?

Можно допустить, что рыхлый лед представляет собой обогащенные концентрации тяжелой воды. Кстати, если это так, нужно помнить, что тяжелая вода неотличима от обычной, однако употребление ее внутрь может вызвать тяжелые отравления. К слову сказать, местные жители высоких широт не употребляют речной лед для приготовления пищи – только озерный лед или снег.

Кроме дождя и града атмосферные осадки также выпадают в виде снега. Снег образует и гигантские горные ледники. Эти колоссальные потоки льда преимущественно атмосферного происхождения, очень медленно текущие с гор под действием силы тяжести. Обычно они имеют вид купола, щита или плиты.

Ледники образуются в результате накопления и последующего уплотнения льда и снега при их положительном многолетнем балансе. Общим условием возникновения ледников является сочетание низких температур воздуха с большим количеством атмосферных осадков, что имеет место в полярных областях и высоко в горах. Больше всего высокоширотных ледников в Антарктике, Арктике и Гренландии, а высокогорных – в Средней Азии, на Тибете, Кавказе, в Скандинавии и Патагонии.

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 нулевую температуру. При этой температуре одновременно существуют и лед, и вода. Но представьте теперь себе, что вода ведет себя так, как большинство других жидкостей. Достаточно было бы незначительного мороза, как все реки, озера, а может быть и северные моря, в течение зимы промерзли бы до дна. Многие из живых существ подводного царства были бы обречены на гибель.