Бывает вода минусовой температуры

Какая минусовая температура может быть вода

Да, может. Температура замерзания воды падает ниже нуля градусов по Цельсию, если вы оказываете на неё давление. И не только.

Это может произойти несколькими способами. Рассмотрим их далее.

Давление

Прежде всего, фаза материала (будь то газ, жидкость или твёрдое вещество) сильно зависит как от его температуры, так и от давления.

Для большинства жидкостей давление поднимает температуру, при которой жидкость замерзает. Твёрдое тело образуется, когда свободные молекулы жидкости становятся достаточно медленными и достаточно близко располагаются друг к другу, чтобы сформировать стабильные связи, которые закрепляют их на месте. Когда мы оказываем давление на жидкость, мы заставляем молекулы сближаться. Поэтому они могут образовывать стабильные облигации и стать твёрдыми при более высокой температуре, чем температура замерзания при стандартном давлении.

Однако вода несколько уникальна.

Молекулы воды распространяются, когда они связываются в твёрдую кристаллическую структуру. Это действие делает лёд менее плотным, чем жидкостная вода, поэтому лёд плавает, а не тонет. Это действие молекул воды при замерзании также означает, что давление воды понижает температуру замерзания. Если вы примените достаточное давление (что затрудняет распространение молекул воды в твёрдую структуру), вы можете получить жидкую воду на несколько градусов ниже нуля градусов по Цельсию.

Добавки

Даже без давления вы можете получить жидкую воду при минусовой температуре, используя добавки. Такие добавки, как соль, могут помешать сформировать твёрдое тело и понизить температуру замерзания воды.

Соль состоит из сильных ионов натрия и хлора. Растворённые в воде, молекулы воды присоединяются к ионам соли, и поэтому не замерзают как охотно. По мере того, как вы добавляете больше соли в воду, точка замерзания продолжает падать, пока вода не достигнет насыщения и не сможет удерживать соль.

Если добавить достаточное количество соли, температура замерзания воды может упасть до -21 градуса Цельсия.

Этот факт означает, что вода при температуре -21 градус Цельсии может всё ещё быть жидкой (с достаточным количеством соли).

Это мощное свойство соли можно также использовать для того, чтобы дать льду превратиться обратно в воду. Посыпание солью ледяных тротуаров снижает температуру замерзания льда ниже температуры окружающей среды, и лёд тает.

Но посыпать солью обледеневшие дорожки не поможет, если температура окружающей среды ниже -21 градуса по Цельсию.

Воздействие соли на точку замерзания воды также оказывает глубокое воздействие на океаны Земли.

Другие методы. Переохлаждённая вода

Даже если вы не применяете давление и ничего не добавляете в воду, вы всё равно можете иметь жидкую воду при температуре ниже нуля градусов по Цельсию.

Для того, чтобы вода замёрзла до льда, ей нужно замёрзнуть, чтобы начать процесс. Эти отправные точки называются “центрами нуклеации”. В большинстве случаев немного пыли, примесей или даже небольшие колебания в воде обеспечивают центры зарождения для замерзания воды. Но если ваша вода очень чистая и неподвижная, молекулам воды не на что кристаллизоваться. В результате вы можете охладить очень чистую воду ниже нуля градусов по Цельсию без замерзания.

Вода в таком состоянии называется “переохлаждённой”.

Чистую воду можно переохладить до около -40 градус Цельсия.

Переохлаждённая вода удерживается от замерзания только отсутствием центров зарождения. Поэтому, как только появятся центры нуклеации (что может произойти от простой вибрации), супер-охлаждённая вода быстро замерзает.

Ледяной дождь – это естественный пример переохлаждённой жидкой воды. Как только дождь попадает на объект на поверхности Земли, объект обеспечивает центры нуклеации, и дождь замерзает до льда.

Какова среднегодовая температура воды на поверхности озера?

Около 4°, но в разных районах в открытой части Байкала она различна, хотя отклонения от средних величин сравнительно невелики. В мелководных районах и в заливах среднегодовая температура поверхно­стных вод выше, чем в открытом озере, за счет более сильного летнего прогрева. Однако даже в заливах, как и в открытом водоеме, температура поверхностных вод неустой­чива и может быстро изменяться от крайне высоких значений до самых низких. Например, в районе Селенгинского мелко­водья в июле наивысшая температура бывает 22,2° С, а наименьшая 6,4° С. В открытом озере, в районе Лиственич­ное-Танхой, в июле наивысшая температура 16,3° С, самая низкая 4,2° С.

Какова температура воды у дна Байкала?

В разных котловинах озера она не одинакова, так как глубины их различны. В районе самых больших глубин температура воды у дна несколько меньше- 3,2° С. Примерно такая же температура на дне океана.

При какой температуре замерзает вода Байкала?

При температуре, близкой к нулю градусов Цельсия (0° С).

Может ли вода в озере иметь отрицательную температуру?

В большой массе пресная вода при нормальных условиях не может иметь отрицательной температуры. Однако в Байкале на мелководьях, так же как и в быстрых реках на перекатах, вода иногда охлаждается до отрицательных температур-до тысячных и даже сотых долей градуса ниже нуля. В этих условиях возникает донный и внутриводный лед.

Какова температура воды под ледовым покровом?

Непосредственно под ледовым покровом вода Байкала близка к 0° С и обычно не превышает 0,1-0,2° С. С глубиной температура повышается, и уже на глубине 2 м от нижней кромки льда температура воды может быть около 0,5° С.

При какой температуре вода имеет максимальную плотность?

Плотность дистиллированной во­ды максимальна при нормальном атмосферном давлении и при температуре 3,982° С. В Байкале вода слабо минерализована и по своим физическим свойствам близка к дистиллированной, поэтому принято считать, что ее максимальная плотность наступает при температуре 4° С.

В каком диапазоне изменяется температура воды в Байкале?

В открытом Байкале температу­ра поверхностного слоя воды изменяется от 14-15° С (в августе) до 0° С (замерзание в декабре-январе). На прибреж­ных участках при нагонах температура иногда может дости­гать +16-17° С, в основном под восточным берегом. В заливах и сорах она повышается летом до 22-23° С. Зимой все заливы замерзают обычно почти на месяц раньше, чем открытый Байкал.

Где в Байкале самая холодная вода?

В открытой части средней кот­ловины, с восточной стороны о. Ольхон, в районе самых больших глубин.

Где наблюдаются максимальные температуры воды на поверхности Байкала?

• На перемычке между южной и средней котловинами озера; на придельтовых участках круп­ных рек (Селенга, В. Ангара); в южной оконечности Байкала, в районе пос. Култук, а также в заливах Баргузинском, Чивыркуйском, Провале, Посольском соре, в южной части Малого Моря (в заливе Мухор) и др. Во всех этих районах температура может достигать 22-23° С.

Какова суточная амплитуда температуры воды на поверхности Байкала?

Она зависит от состояния неба и атмосферы. В летнее время при штилевой погоде и пасмурном небе суточные колебания не превышают 0,5° С. При ясной солнечной погоде температура днем в самом поверхностном слое может повышаться на 1-2° С. При штормовой погоде, когда происходит интенсивное перемешивание, а также стонах и нагонах воды суточные колебания температуры могут достигать 10-12° С.

Где наблюдается самая большая изменчивость температуры поверхностных вод в Байкале?

По сезонам самая большая из­менчивость воды там, где летом происходит самый высокий ее прогрев. Ее амплитуда достигает 20-22° С. Это бывает обычно в придельтовых участках крупных притоков, а также в заливах Чивыркуйском, Мухоре, Провале, Посольском соре и др.

Увеличивается или уменьшается средняя годовая температура воды в Байкале?

• Изменение происходит в незна­чительных пределах, всего на десятые доли градуса. Однако и этого достаточно для того, чтобы сроки замерзания и вскрытия озера заметно изменились. Так как расчет средней годовой температуры довольно затруднителен, то о его изменении судят по срокам вскрытия и замерзания. С 1880 г. началось потепление в районе Байкала, сопровождающееся ранними вскрытиями озера ото льда и поздними его замерза­ниями по сравнению с предшествующим периодом с 1800 по 1880 г. Это потепление совпадает с общим потеплением климата северного полушария, в том числе и Арктики. Относительно дальнейших изменений климата в районе Байка­ла в самое последнее десятилетие мнения ученых разошлись. Большинство, однако, склонно считать, что потепление и иссушение будут продолжаться по крайней мере до 1990 г.

По данным службы погоды в Гамбурге, в период с 1900 по 1950 г. в Северной Атлантике существовала тенденция к потеплению, однако с 1951 по 1963 г. отмечено понижение температуры поверхностных вод примерно на 0,3° С. Вероят­но, это кратковременное похолодание на фоне общего веково­го потепления Арктики.

Как изменяется температура воды в Байкале с глубиной?

В летнее время вода с глубиной становится холоднее, зимой-теплее. Наиболее значительны колебания температуры воды до глубины 10-12 м, где заметны суточные ее изменения. От 10-12 до 200-250 м, т. е. до слоя температурного скачка, температура более стабильна и изменяется главным образом по сезонам. В слое температурного скачка она изменяется резко, падает летом и повышается зимой. Ниже термоклина температура почти постоянна, с очень небольшими изменениями с глубиной.

Что такое перемешанный слой воды?

Поверхностный слой воды, ко­торый прогревается солнечной радиацией и перемешивается ветром и течениями с более глубокими ее горизонтами.

Какой должна быть температура воды по теоретической кривой зависимости температуры, максимальной плотности и давления?

На основании эксперименталь­ных исследований установлено, что максимальной плотность воды при 0° С бывает при давлении 600 атм. При давлении в 1 атм. максимальная плотность устанавливается при 3,982° С. На глубине 1620 м при давлении 163 атм. (учитывая и атмо­сферное давление над поверхностью воды) температура мак­симальной плотности воды должна быть около 2,92° С (в случае, если изменения имеют линейный харектер и допусти­ма линейная интерполяция). По мнению Г. Ю. Верещагина, изменение температуры воды с глубиной происходит по криволинейному закону. В этом случае температура наиболь­шей плотности воды в Байкале на 1600-метровой глубине должна быть 0,23° С. В действительности температура воды у дна значительно выше.

Какова температура воды у дна наибольших глубин Байкала?

Теоретически вода у дна на са­мой большой глубине должна находиться в состоянии наи­большей плотности для данных условий и иметь температуру 2,92° С. Фактически же измеренная температура воды у дна оказалась выше на 0,28-0,38° и равна 3,2-3,3° С.

Влияет ли глубинное тепло Земли на температуру воды в Байкале?

В придонных слоях в Байкале температура воды, как уже было сказано, около 3,2° С. Повышение ее на 0,28° С относят за счет подогрева глубин­ным теплом Земли. В океанах такой подогрев может иметь место во впадинах глубиной более 3500 м, температура воды при этом повышается не более чем на 0,5° С. Не следует забывать, что Байкал является активной тектонической зо­ной, где движение земной коры идет и сейчас, о чем свидетельствуют почти ежедневные землетрясения и много­численные выходы глубинных термальных вод.

Кто первым осуществил и где проводились глубоководные исследования температуры воды?

В 1871 г. Б. И. Дыбовский и В. Годлевский измеряли температуру воды в районе Култукского залива против Шаманского мыса на глубине 90 м. В 1876 г. они повторили измерения на глубине 1320 м в южной котловине Байкала. В 1925 г. такие измерения были проведе­ны Г. Ю. Верещагиным.

Что такое прямая и обратная стратификации?

Это расслоение толщи воды с различной температурой. При прямой стратификации по мере углубления температура воды снижается, при обратной-с углублением в толщу воды ее температура возрастает. В различные сезоны года вертикальное распределение воды различно. Прямая стратификация воды устанавливается в Байкале с конца июня до конца сентября-начала октября; обратная-с конца ноября до конца мая следующего года;т. е. обратная стратификация наблюдается зимой и ранней весной, а прямая-летом и осенью. Прямая и обратная стратификации воды прослеживаются до глубины 250-300 м от поверхности воды в озере.

Что такое гомотермия?

Гомотермия-это такое состо­яние воды в озере, при котором практически во всей ее толще (во всяком случае в деятельном слое до глубины 250-300 м) устанавливается однородная температура. В этом состоянии как бы отсутствует ее стратификация. Однако данный период характеризуется самым значигельным перемешиванием воды и насыщением ее кислородом.

Гомотермия в Байкале наблюдается два раза: весной с конца мая-начала июня до конца июля, когда вода озера, освободившись ото льда, начинает прогреваться и достигает температуры наибольшей плотности-около 4° С, и осенью- с середины октября до середины или конца ноября, когда происходит охлаждение и температура понижается до 4° С.

Что такое термический барьер (термобар)?

Термический барьер (термо­бар)-это линия резкого перепада температуры, разделя­ющая различные водные массы и слои воды различного происхождения. Информацию, необходимую для определения места нахождения барьера, получают с помощью батитермог-рафа или термокосы. Эти приборы дают непрерывную запись распределения температуры: первый-по глубине, а термоко­са-в пространстве. На Байкале это можно наблюдать и визуально, по изменению цвета воды-иногда «острова» теплой воды от Селенги доходят до истока Ангары. Особенно хорошо это видно весной, когда температура воды в Байкале ниже температуры наибольшей плотности (ниже 4° С), а вода Селенги теплее 4° С. Термобар тесно связан с гидравлическим барьером.

Что такое гидравлический барьер?

• Гидравлический барьер образу­ется на границе раздела теплой воды (с температурой выше 4°) с водой, имеющей температуру меньше температуры максимальной плотности (4° С для пресной воды). В зоне контакта холодная вода подогревается за счет смешивания с теплой, а теплая охлаждается. При температуре 4° С эта вода под действием гравитационных сил опускается на глубину и, как ширмой, ограничивает пространственное растекание и смешивание разнородных водных масс. Гидравлический барь­ер прослеживается на контакте тепловых вод притоков Байкала и холодных водных масс открытой части озера.

Что такое слой температурного скачка?

Слоем температурного скачка называют нижний горизонт поверхностного слоя воды, где обратная температурная стратификация воды переходит в прямую. Его называют также металимнионом, или слоем мезотермического максимума. Верхний слой воды над мета­лимнионом называют эпилимнионом, а нижний, расположен­ный под металимнионом,-гиполимнионом. В Байкале слой воды, где выражен температурный скачок, в разные сезоны года расположен на разной глубине: от нескольких метров от поверхности до 250-300 м. В подледный период температур­ный скачок расположен на глубине 50-100 м, весной-100- 150 м, летом- 150-200 м и осенью-200-260 м и глубже. В период гомотермии слой скачка находится у поверхности воды.

Что такое термоклин и какую роль он играет в жизни озера?

Термоклин – это слой между по­верхностными горизонтами воды озера, т. е. между эпилим­нионом, и слоем, расположенным ниже слоя температурного скачка, т. е. гиполимнионом. Термоклину принадлежит боль­шая роль в круговороте вещества и энергии в озере. При резком изменении плотности в металимнионе он служит как бы жидким дном для эпилимниона. В нем происходит концен­трация осаждающихся органических веществ с верхнего деятельного слоя. Поэтому здесь скапливаются зоопланктон-ные организмы, питающиеся веществами, опускающимися из верхних фотических слоев. Металимнион служит также ос­новным источником биогенных элементов для верхних слоев воды, куда они поступают при ветровом перемешивании, а также преградой для перемешивания воды в гиполимнионе и обогащения его кислородом. Поэтому в гиполимнионе време­нами может возникать дефицит кислорода.

В Байкале наряду с постоянным глубинным слоем скачка в нижней части деятельного слоя, на глубине 250-300 м, наблюдается сезонный термоклин. В период прямой страти­фикации он бывает на глубине от нескольких метров (июль- август) до 200-250 м (октябрь-ноябрь), а при обратной стратификации-на глубине 50-100 м

Вода занимает две третьих земной поверхности и примерно столько же – в организме каждого из нас. Вода повсюду, однако до сих пор не изучена до конца, и даже самые простые ее свойства оставляют множество вопросов. Например, каждый школьник знает, что H2O может быть в трех состояниях: в жидком это вода, в газообразном – пар, и в твердой форме – лед. Но так ли очевиден ответ на вопрос, при какой температуре замерзает вода?

Что влияет на градус замерзания

Представим, что у нас есть идеальная среда с температурой ровно 0°C – общеизвестно, что вода замерзает именно при этом градусе – и в эту среду мы помещаем кусочек льда и воду в жидком состоянии. Что произойдет? Собственно, ничего: вода не замерзнет, а лед не начнет таять. Объяснение в том, что в данной модели нет условий для фазового перехода.

Простыми словами: помимо снижения температуры до определенного градуса, на замерзание воды влияют и другие факторы. Один из них – атмосферное давление, которое создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. И температура замерзания воды находится в прямой зависимости от давления.

Рассмотрим это на примере: чем выше мы поднимаемся над уровнем моря, ниже становится атмосферное давление и тем выше должна быть температура для кристаллизации воды. На высоте в 1000 метров вода замерзает при температуре +2 °C; поднявшись еще на километр, мы увидим, что вода кристаллизируется уже при +4 °C.

Наличие примесей

Также, кроме давления и температуры, на замерзание воды влияет ее состав: в ней в том или ином количестве находятся органические и минеральные частицы, то есть кусочки глины, песка, пыли. Когда температура в окружающей среде снижается до необходимого градуса, вокруг этих частиц образуются кристаллы: кусочки пыли, песка, камня выполняют роль ядрового центра, вокруг которого начинается процесс кристаллизации.

А в дистиллированной (очищенной) воде процесс замерзания протекает иначе: поскольку в ней нет потенциальных ядер кристаллизации, вода может охладиться до минусовой температуры, но не замерзнуть.

Итак, время замерзания воды зависит от таких факторов:

• атмосферное давление в окружающей среде;
• температура воздуха;
• количество жидкости;
• ее химический состав;
• в какой емкости находится H 2 O (или отсутствие емкости).

Феноменальные свойства H 2 O

Приведем еще несколько фактов об удивительном поведении воды:

• При замерзании молекулы воды расширяются, и ее масса становится тяжелей массы льда. Лед, согласно закону Архимеда, выталкивается на поверхность. Таким образом природа закрывает коркой льда водоемы, защищая и сохраняя все живое в их глубинах.
• Горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Звучит невероятно, но это так. Называется это явление «парадокс «Мпембы». Дело в том, что у горячей воды больше теплоотдача и более высокая насыщенность ядрами кристаллизации.
• В вакууме при 0°C вода сначала закипает, потом одна восьмая ее испаряется, а оставшееся количество замерзает.
• Учеными при лабораторных исследованиях была получена так называемая стеклообразная вода – аморфная твердая субстанция, из которой состоят кометы во Вселенной. Для перехода воды в такое состояние необходимо за считаные миллисекунды понизить температуру до -137 градусов Цельсия.
• Максимальной плотность H 2 O будет при +4°C.

Моментальная заморозка воды – 5 невероятных трюков: Видео

Исследователи одной из больниц Бостона (США) придумали незатратный способ хранить жидкости при отрицательной температуре в жидком состоянии. Метод позволяет улучшить условия хранения крови. Об этом рассказывает журнал Nature Communications.

Известно, что вода кристаллизируется при отрицательной температуре. Однако существующие методы переохлаждения действуют кратковременно, и они весьма затратны. Изобретенный способ простой и дешевый, эффективен в течение нескольких дней.

Ученые назвали его «глубоким переохлаждением». Суть в том, что поверхность жидкости отделяется от воздуха специальным веществом. При этом состав не смешивается с водой.

Открытие произошло случайно: исследователи заметили, как во время герметизации верхнего слоя воды пленкой из масла (оливковое или пальмовое) на углеродной основе жидкость не замерзает даже при температуре ниже 13 градусов по Цельсию. При использовании более сложных масел жидкость остается в такой субстанции около 100 дней при температуре минус 20.

Подобный способ применим и к содержанию крови. Раньше ее можно было хранить шесть недель при температуре четыре градуса Цельсия, новый способ позволяет не изменять структуру крови на протяжении 100 дней при минус 13. Сейчас ученые надеются адаптировать новый способ для хранения органов.

Ранее в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) создали 3D-принтер, который способен печатать трехмерные структуры, состоящие исключительно из жидкостей. Устройство оснастили шприцом особого устройства. Устойчивость жидким фигурам в жидкой среде (минеральное масло с полимером) придает специальная пленка толщиной в несколько микрон, которая образуется на стыке двух жидкостей.

Источник