غالبًا ما يتصرف الماء بشكل غير معتاد تمامًا ، وليس مثل الغالبية العظمى من المواد الأخرى. وفقًا لجميع قوانين الفيزياء ، يجب أن تكون المادة في حالة التجميع الصلبة أثقل من نظيرتها السائلة ، وبالتالي ، كان يجب أن يكون الجليد في الأسفل.
ولكن مع ذلك ، تطفو في الأعلى ، ولا تزال المياه تحتها سائلة فقط ، ولكنها مناسبة أيضًا لفصل الشتاء للكائنات الحية. إذا كان كل شيء مختلفًا ، وكان الجليد يتراكم في القاع ، فسيكون من المستحيل الحفاظ على الحياة في الماء. بعد كل شيء ، ثم تجميد البرك تماما كل شتاء. ما الذي يوفر الحماية للبرك ، ولماذا تبقى المياه غير مجمدة؟
لماذا لا يغرق الجليد؟
يتم ضمان طفو الجليد بحقيقة أنه عند تجميد كثافته تصبح أقل من كثافة المياه المحيطة. يكتسب الشبكة البلورية ، وغالبًا ما يتم إثرائها بفقاعات الهواء ، مما يمنحها هامشًا إضافيًا من الطفو. يتكون الغلاف من حافة الخزانات ، ويتدفق تدريجياً نحو المركز. السماكة الأولية وقوة الجليد صغيرة ، لكنها يمكن أن تزيد بسرعة في الطقس البارد.
حقيقة مثيرة للاهتمام: أقوى ثلج يمكنك المشي بأمان له لون مزرق أو أخضر. إذا كان الثلج أبيض ، فهو نصف متين ، وإذا كان رماديًا ، فلا يستحق أن تخطوه على الإطلاق. إذا رميت قطعة من الجليد في الماء ، فستذهب أولاً إلى القاع. ومع ذلك ، في المستقبل سوف تذوب قليلاً ، وسوف يثخن الماء من حولها وسوف تطفو.
لماذا يتجمد الجزء العلوي من البركة فقط؟
من الناحية النظرية ، يمكن أن يتجمد أي جسم مائي ، ويتحول إلى جليد في القاع. من الناحية العملية ، لا تتجمد بحيرة صغيرة يبلغ عمقها الأقصى 3 أمتار حتى القاع حتى في الشتاء الروسي القاسي ، ناهيك عن المسطحات المائية الأخرى. هذا بالضبط بسبب الجليد ، والذي يمكن أن يوفر حماية كبيرة ضد انخفاض حرارة الجسم. لفهم الفروق الدقيقة ، تحتاج إلى النظر في كيفية حدوث عملية تبريد الماء.
عندما تصل كتل الماء إلى علامة +4 درجة ، تبدأ عملية مكثفة لتحريك الطبقات في الخزان. تبدأ الطبقات الباردة في الارتفاع ، لأن كثافتها ، مع مراعاة خصوصيات المياه ، هي الأقل. تتراكم الكتل الدافئة في قاع الخزان. في الطبقات الباردة العليا ، تبدأ عملية تكوين الجليد ، والتي تغطي تدريجيا وتغطي السطح بأكمله. بعد ذلك ، يتوقف تبريد الماء عمليا.
لم يعد من الممكن خلط الماء تحت الجليد بالرياح ، حيث تظل جميع الطبقات سليمة - خاصة في المياه الراكدة أو المتدفقة ببطء. الموصلية الحرارية المنخفضة للجليد تخلق نوعًا من الوسادة التي تحمي من التبريد الإضافي للخزان. ومع ذلك ، فإن الموصلية الحرارية للمياه منخفضة أيضًا.
تبقى الكتل المائية حرفيا تحت قشرة الجليد حتى الفترة الدافئة ، ويمكن لجميع السكان تحت الماء الشتاء دون أي مشاكل. اللحظة الصعبة الوحيدة بالنسبة لهم هي نقص الأكسجين ، لأن الجليد يفصل سطح الماء عن الهواء ويمنع تشبعه بهذه المادة الحيوية.هذا هو السبب في أن الأسماك في فصل الشتاء تسمر في بعض الأحيان إلى ثقوب أو ثقوب أخرى في الجليد - فهي مجرد انسداد.
حقيقة مثيرة للاهتمام: بسبب الخصائص الفريدة للجليد والماء ، توجد البحيرات في القارة القطبية الجنوبية. لذلك ، يقع أحدهم ، فوستوك ، تحت طبقة جليدية بسماكة 4 كم. في الوقت الحالي ، ليس من الواضح ما إذا كانت هناك مخلوقات حية تعيش فيه.
بعض أنواع الحيوانات في حالة السبات مباشرة في جليد بحيراتها الأصلية - مثل الضفادع والنيوت على سبيل المثال. تسمح لهم السمات الفسيولوجية بتجميد الأجسام دون التعرض لخطر الحياة ، وبعد ذلك ، بعد إذابة الثلج في الربيع ، يمكنهم العيش مرة أخرى كما كان من قبل. تستثني مضادات التجمد الطبيعية في الخلايا تكوين بلورات جليدية حادة في كل منها أثناء التجمد ، وهذه البلورة هي التي تدمر الخلية الحية ، مما يؤدي إلى موتها وعدم القدرة على إذابة الجليد في شكلها السابق. البرمائيات لا تخاف من الصقيع والتجميد في الجليد.
وبالتالي ، يحميها الجليد المتشكل على الحافة العلوية للخزان من التجمد الإضافي بسبب انخفاض الموصلية الحرارية. من الناحية النظرية ، حتى المحيطات يمكن أن تتجمد إلى القاع ، ومع ذلك ، يجب أن تكون درجات الحرارة منخفضة جدًا. من الناحية العملية ، تتجمد البرك والمسطحات المائية الضحلة فقط تمامًا ، بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتجمد البرك الضحلة والبحيرات تمامًا أثناء الشتاء الشديد الشدة. في الظروف العادية ، يتم دائمًا تخزين المياه التي تحتوي على مؤشر صغير زائد لدرجة الحرارة تحت طبقة من الجليد.