Эффект замерзания воды «сверху вниз».
Жидкости, как правило, замерзают снизу вверх, вода же – сверху вниз. Это первое необычное свойство, благодаря которому вода находится на поверхности земли, а лёд плавает по воде. Если бы не это свойство, большая часть нашей планеты была закована во льды, и жизнь в её морях, реках и озёрах была бы невозможна.
Давайте посмотрим, почему так происходит. В мире много мест, где зимой температура опускается ниже 0 градусов, а иногда и значительно ниже. Вода в водоёмах охлаждается, и часть её замерзает. Если бы лёд не обладал способностью плавать, он бы опустился на дно, а более тёплые пласты воды поднялись бы на поверхность. Соприкасаясь с воздухом, температура которого ниже 0 градусов, они то же замёрзнут и погрузятся на дно. Этот процесс будет продолжаться, пока совсем на останется жидкой воды. Однако, это не происходит. Напротив, охлаждаясь, вода становится тяжелее, пока она не достигнет 4 градусов по Цельсию – в этот момент всё изменяется, и она начинает расширяться и становиться легче по мере того, как падает температура. В результате вода с температурой 4 градуса остается на дне, над ней располагается вода с температурой 3 градуса, 2 градуса и так далее. И только на поверхности температура воды достигает 0 градусов, и там она замерзает. Но замерзает только поверхностный слой воды, подо льдом остальная вода остаётся в жидком состоянии, что даёт возможность жить подводным существам и растениям.
Низкая тепловая проводимость льда и снега - составляют важную часть этого процесса. Вследствие низкой теплопроводности слои льда и снега сохраняют тепло воды и не дают ему уйти в атмосферу.
В результате даже при очень низких температурах, до минус 50 градусов, толщина льда в морях никогда не бывает больше одного-двух метров.
ПОТЕНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ
Очень важны для человека такие свойства воды как высокий уровень латентного тепла и большая, чем у других жидкостей, тепловая ёмкость. Эти два свойства – ключ к пониманию того, почему мы потеем. В самом деле, что хорошего в потении?
У всех млекопитающих температура тела приблизительно 35-40 градусов. У человека при нормальных условиях температура тела около 37 градусов. Это оптимальная температура, которую нужно поддерживать на одном и том же уровне. Если температура тела падает, могут приостановиться многие жизненные процессы. Повышение температуры тела даже на несколько десятых долей градуса, когда мы болеем, может привести к разрушительным последствиям. При длительном повышении температуры тела свыше 40 градусов может наступить смерть. Иными словами, температура нашего тела имеет очень узкий диапазон, в рамках которого она может изменяться. Нарушение зыбкого равновесия в ту или другую сторону чревато очень серьёзными последствиями. Мы избегаем этой опасности опять же благодаря двум свойствам воды.
Первое из них – это тепловая ёмкость. Оно состоит в том, что для повышения температуры воды требуется большое количество тепла. Вода составляет 70% нашего тела, но благодаря своей тепловой ёмкости она не нагревается быстро. Представим себе какое-нибудь действие, которое поднимает температуру тела на 10 градусов. Если бы вместо воды в нашем теле вместо воды были вещества с более низкой тепловой ёмкостью возникло бы следующее: для соли подъём составил бы 50 градусов, для железа – 100 градусов, а для свинца - 300 градусов.
Большая тепловая ёмкость воды не позволяет нашей температуре подниматься слишком высоко.
Но даже и 10 градусов, о которых только что было сказано, могли бы оказаться смертельными не будь ещё одного свойства воды – её латентного тепла.
Чтобы избежать перегрева наше тело включает механизм потения. Когда мы потеем, вода распространяется по всей поверхности кожи и быстро испаряется. Но поскольку латентное тепло воды очень велико, это испарение требует большого количества тепла, которое отбирается у нашего тела, и таким образом, оно не перегревается.
Чем больше энергии расходует человек, тем выше поднимается его температура, но тем больше будет он потеть и соответственно охлаждаться.
Есть ещё одно важное обстоятельство. Если бы, освобождаясь, тепло не передавалось на поверхность кожи, ни эти выше названные два свойства воды, ни наша способность потеть не имели бы никакого смысла, Тело тоже обладает высокой теплопроводностью. Вырабатываемое внутри тепло передается на поверхность кожи, подкожные кровеносные сосуды, принимающие тепло, расширяются, поэтому, когда нам жарко, мы краснеем. Если бы теплопроводность воды и тела были ниже, замедлилась бы передача тепла на поверхность кожи, и это сделало бы невозможным существование таких сложных форм жизни, как млекопитающие.
Таким образом, три совершенно разных свойства воды служат одной цели – понижать температуру тела сложных форм жизни, таких как человек.
2.3.СБАЛАНСИРОВАННОСТЬ КЛИМАТА ЗЕМЛИ.
Тепловые свойства воды играют ключевую роль в поддержании умеренного сбалансированного климата Земли.
Благодаря особым свойствам воды – большому латентному теплу и тепловой ёмкости – тела, состоящие из воды, нагреваются и охлаждаются медленнее земли. На земле разница в температурах в самых жарких и холодных местах составляет 140 градусов. На море она находится в пределах всего лишь 15-20 градусов. То же самое различие наблюдается между дневными и ночными температурами: на безводной земле разница температур составляет 20-30 градусов, на море она не превышает нескольких градусов. Водные испарения выполняют так же стабилизирующую роль. В результате в пустынях с очень малым количеством водных испарений разница дневных и ночных температур максимальна. В регионах с морским климатом разница намного меньше.
Вследствие уникальных тепловых свойств воды разница между дневными и ночными, летними и зимними температурами остаётся постоянной и в тех пределах, которые позволяют человеку и другим живым организмам выжить. Если бы в мире было меньше воды, большие территории планеты превратились бы в пустыню, температурный разброс был бы выше, и жизнь была бы либо невозможна, либо намного более сложна.