Что не дает воде замерзнуть

10 вопросов про незамерзающий колодец зимой

Главные вопросы зимы – что будет с водой в колодце, какие могут возникнуть проблемы и как их решать. И самое важное – как сделать так, чтобы они не возникали.

Ответы на эти вопросы дал нам многолетний опыт круглогодичной жизни и работы питомника и его трех колодцев (не считая скважины и открытых водоёмов).

1. Что нужно знать о воде и колодцах зимой?

Гарантированная глубина без промерзания у нас примерно от 150см. Слой земли ниже имеет постоянную положительную температуру. На этом основано использование тепловых насосов и непромерзающих заглубленных экотеплиц.

Родники на глубине от полутора метров и ниже кажутся летом ледяными, на самом деле они также имеют низкую положительную температуру. Родники и реки с быстрым течением не замерзают даже при выходе на поверхность.

Поэтому в колодце на песок с хорошим дебетом вода не замерзнет даже в сильные морозы и без укрытия. Со средним – может образоваться корка льда, но дебет воды будет достаточен для отбора по трубам. Вода в колодце на песок со слабым дебетом и в колодце на глину зимой не замерзает. Но если промерзнут стенки колодца, вода из жилы зимой просто не сможет попасть в колодец. До весны.

2. Какая температура воды в колодце зимой?

Низкая положительная. Примерно 2-5С

3. Как сделать, чтобы вода в колодце не замерзала зимой?

При обустройстве колодца следует утеплить верхние кольца над поверхностью земли и в земле на глубину до метра, а также крышку. Глубинного тепла почвы и воды обычно бывает достаточно, чтобы исключить промерзание. Если скорость поступления воды небольшая, следует позаботится о том, чтобы в колодце был достаточный уровень воды и при заборе не оголялись стенки на уровне водяной жилы. В этом случае при сильном морозе и плохом утеплении грунт может промерзнуть от стенок колодца и перекрыть пусть воде. Как обеспечить достаточный объем воды в колодце с небольшим дебетом, подробно описано в статье Если в колодце мало воды.

Снегом можно укрывать не только розы, но и колодцы

4. В колодце ушла вода зимой. Почему и что делать?

Вода в подземных источниках зимой не замерзает (п.1). Если источник воды замерзает зимой – значит, он проходит выше полутора метров от поверхности почвы и это не жила (родник), а грунтовые воды – верховодка. Так как вода и грунт ниже полутора метров имеет положительные температуры, стенки колодца и грунт рядом могут промерзнуть и не пускать воду в колодец только если в сильный мороз выкачали много воды из неукрытого колодца (п.3)

5. Зимой упал уровень воды в колодце. Почему?

Частный случай п.4. Либо колодец с верховодкой, либо дебет слабый и колодец надо утеплять как описано выше. Хорошая жила или жила в утепленном колодце сохраняют уровень воды примерно одинаковым на протяжении всего года.

Большой колодец на глине утеплен пенополистеролом – крышка и верхнее кольцо

6. Как разморозить колодец?

Не обязательно ждать весны – хватит глубинного тепла почвы. Если колодец не утеплен, достаточно хорошенько укрыть его (хотя бы завалить слоем снега). Нам ускорить этот процесс помогла самая обычная лампочка накаливания (не энергосберегающая!). Провод с патроном и горящей лампочкой опустили в промерзший колодец. За несколько дней тепло от лампочки плюс глубинное тепло решили проблему.

7. Если в колодце зимой кончилась вода, сколько она будет набираться?

В подземных родниках вода есть круглый год (п.1). Если она не набирается, потому что промерзли стенки колодца и грунт – поступление воды возобновится, как только они оттают.

9. Нужно ли разбивать лёд, если он образовался в колодце?

Встречный вопрос – зачем? Если вы все еще носите воду ведром – увы, придется. В противном случае смысла нет. Кольцам, вопреки расхожему мнению, ничего не будет – лёд выдавит вверх. И незачем лезть в источник питьевой воды с нестерильными ломами и топорами. Разве что лёд после выкачки воды замерз на самом дне и теперь не пускает воду из жилы в шахту колодца. Но тогда разумнее нагреть несколько ведер воды и вылить на замерзшее дно.

10. Чем лучше утеплять колодец?

Эструдированный пенополистирол (розовый) – он хорошо гнётся, толщина подходящая, цена адекватная. Если у колодца пластиковая крышка, её изнутри можно задуть монтажной пеной. Сейчас в продаже появились утеплители в виде баллонов с пеной – они прилипают к бетону без щелей, но цены еще кусаются. Пенопласт не советую – он неприятно крошится. Даже если не попадет в воду, собирать их по участку занятие не из приятных. Есть и приятная новость – функционал современного колодца сделал ненужным верхнее кольцо над землей. А это значит, что вопрос утепления как стенок, так и крышки значительно упростился.

Спасибо за внимание. Пора выпить чашку ароматного чая. Из того самого незамерзающего колодца…

Источник

Вода, которая никогда не замерзает

Сделать кубики льда очень просто: берем обычный пластиковый лоток для кубиков льда, наполняем его водой и ставим в морозильник. Вскоре вода кристаллизуется и превращается в лед. Если проанализировать структуру кристаллов льда, мы увидим, что молекулы воды расположены в виде правильных решетчатых структур. В воде же, напротив, молекулы расположены не в строгом порядке, хоть и близко друг к другу: иначе вода не могла бы течь.

А что, если бы вода никогда не превращалась в лед? И возможно ли это?

«Стеклянная» вода

Группа физиков и химиков из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и Цюрихского университета во главе с профессорами Раффаэле Мецценга (Raffaele Mezzenga) и Эхудом Ландау (Ehud Landau) нашла необычный способ, который мешает воде кристаллизоваться, сообщается на сайте ETH. При экстремальных минусовых температурах – даже при -263 градусах по Цельсию – вода сохраняет характеристики жидкости.

По порядку – о поиске нового метода. На первом этапе исследователи разработали и синтезировали новый класс липидов (молекул жира) для создания новой формы «мягкой» биологической субстанции, известной как липидная мезофаза. Мезофазой называется агрегатное состояние вещества, промежуточное между жидкостью и твердым телом. Самый известный пример мезофазы – желатин. В этом материале липиды самопроизвольно собираются и объединяются, образуя мембраны, которые ведут себя так же, как молекулы натурального жира. Эти мембраны затем формируют сети соединенных каналов диаметром менее одного нанометра. Температура и количество воды, а также новая структура разработанных липидных молекул определяют структуру, которую принимает липидная мезофаза.

Затем воду смешали с липидной мезофазой. Используя жидкий гелий, исследователи смогли охладить липидную мезофазу, состоящую из химически модифицированного моноацилглицерина, до температуры -263 градуса по Цельсию (что всего на 10 градусов выше абсолютного «нуля»), и кристаллы льда не образовались. При этой температуре вода стала «стеклообразной», что исследователи смогли продемонстрировать и подтвердить при моделировании. В отличие от пластикового лотка для кубиков льда с крупными «лунками», в узких каналах липидной мезофазы нет места для образования кристаллов льда, поэтому вода остается беспорядочной даже при экстремальных минусовых температурах. Липиды тоже не замерзают. Результаты исследования этого необычного поведения воды, когда она заключена в липидную мезофазу, были описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

«Ключевым фактором является соотношение липидов и воды», – объясняет профессор Раффаэле Мецценга из Лаборатории пищевых и мягких материалов в ETH Zurich. Соответственно, именно содержание воды в смеси определяет температуру, при которой изменяется геометрия мезофазы. Если, например, смесь содержит 12% воды, структура мезофазы будет переходить при температуре около -15 градусов Цельсия из кубической решетки в пластинчатую структуру.

Естественный «антифриз» для бактерий

«Что делает разработку этих липидов настолько сложной, так это их синтез и очистка», – говорит Эхуд Ландау, профессор химии в Цюрихском университете. Так происходит потому, что молекулы липидов состоят из двух частей: одна является гидрофобной (отталкивает воду), а другая – гидрофильной (наоборот, притягивает воду). С ними чрезвычайно сложно работать, отмечает ученый.

Мягкий биоматериал, образованный из липидных мембран и воды, имеет сложную структуру, которая сводит к минимуму контакт воды с гидрофобными частями и максимизирует ее взаимодействие с гидрофильными частями.

Исследователи смоделировали новый класс липидов на мембранах определенных бактерий. Эти бактерии также вырабатывают особый класс самоорганизующихся липидов, которые могут естественным образом ограничивать количество воды в их внутреннем пространстве, позволяя микроорганизмам выживать в очень холодных условиях.

У нового класса тоже есть свой хитрый механизм. Новизна этих липидов заключается в том, что молекулы гидрофобных частей липидов образуют маленькие кольца, которые создают необходимую «кривизну» для образования крошечных водяных каналов и предотвращают кристаллизацию липидов.

Мягкая материя для исследований

Для чего понадобятся липидные мезофазы, которые не дают воде замерзнуть? Главным образом, они будут служить инструментом для других исследователей. Например, для биологов, которые изучают структуру и функции крупных биомолекул, таких как белки или крупные молекулярные комплексы. Обычно такие образцы помещают в быстро охлажденную воду, чтобы сохранить их и в дальнейшем изучить. Но как только они превращаются в ледяные кристаллы, разрушаются их мембраны и важные составляющие молекул.

Существует метод витрификации – «стеклования» живых клеток. В криобиологии этот термин используют для обозначения метода сверхбыстрого замораживания живых образцов. Криопротекторный раствор, в котором находятся живые объекты, не кристаллизуется при охлаждении, а переходит в стекловидное состояние. Этот метод активно используют при криоэлектронной микроскопии, которая помогает изучить структуры биомеолекул в растворах. Новый способ, который использует липидные мезофазы, может стать альтернативой при подобных исследованиях.

«Наше исследование прокладывает путь для будущих проектов, чтобы определить, как белки могут сохраняться в своей первоначальной форме и взаимодействовать с липидными мембранами при очень низких температурах», – говорит профессор Швейцарской высшей технической школы Цюриха.

Источник

Почему вода не замерзает под слоем льда?

Вода — самое таинственное и при этом самое важное для поддержания жизни на планете вещество. У нее нет ни запаха, ни цвета, однако существование какой-либо жизни в том виде, в котором мы ее знаем, без воды попросту бы свелось к нулю. Одним из уникальных качеств воды является ее способность сохранять подводную жизнь благодаря интересной природной аномалии, при которой лед покрывает собой массы воды, не давая ей полностью замерзнуть. Согласно обычным физическим законам, все должно происходить в точности до наоборот и вещество, находящееся долгое время в твердой форме, должно быть на дне, а не на поверхности. Так почему же вода нарушает основные законы физики?

Возможно, жизнь на планете появилась благодаря природной аномалии

Почему лед не тонет?

Считается, что уникальная способность льда не уходить под воду обусловлена появлением в нем особенной кристаллической решетки, которая часто обогащена мельчайшими пузырьками воздуха. Ледяной покров, постепенно расползаясь от берегов водоема к самому его центру, надежно защищает всех обитателей от сильных морозов, сохраняя положительную температуру под ледяным куполом.

Теоретически, любой, даже самый большой водоем, может промерзнуть до самого дня при соблюдении определенных природных и температурных условий. В обычное же время даже небольшой пруд с максимальной глубиной около трех метров не способен промерзнуть до самого дна по причине, что при достижении водой критической отметки в +4 градуса по Цельсию, в пруде/озере/реке и других аналогичных водоемах начинается интенсивный процесс перемещения слоев разной температуры. Наиболее холодные водные слои постепенно поднимаются вверх, в то время как теплые начинают опускаться вниз. С понижением средней температуры, на поверхности водоема постепенно образуется лед, который останавливает процесс перемещения слоев воды разной температуры и не дает подледному миру полностью замерзнуть.

Могут ли живые организмы выжить во льду?

Несмотря на то, что для человеческого организма долгое нахождение в условиях низких температур чревато гибелью, для некоторых амфибий не страшны даже очень длительные морозы. Так, лягушки и тритоны обладают уникальной способностью вмерзать прямо во лед без каких-либо последствий для своего здоровья. Обычные прудовые лягушки в холодное время года впадают в анабиоз и самостоятельно размораживаются только с первыми лучами теплого солнца. Такую природную сверхспособность амфибии получили в результате длительной эволюции, которая подарила их организмам особый природный антифриз. Наличие антифриза в теле лягушки позволяет предотвратить образование мельчайших кристалликов льда, которые и являются основной причиной гибели живых клеток.

Некоторые лягушки могут зимовать прямо во льду

Может ли замерзнуть океан?

Как уже говорилось выше, при соблюдении современных климатических условий, даже самый неглубокий пруд не способен полностью промерзнуть. Однако давайте попробуем себе представить, что в результате некоего природного катаклизма на Земле промерзли до дна все океаны. Может ли такое произойти в действительности?

Брайникл или подводная “сосулька смерти” способна моментально уничтожить все живое в ее окрестности

Известно, что температура замерзания соленой воды зависит от уровня ее солености. Так, при среднем количестве содержания морской соли в воде, обычной температурой, при которой океан начинает покрываться тонкой коркой льда, становятся примерно -2…-4 градуса по Цельсию. Несмотря на то, что наша планета в разные эпохи переживала множество больших и малых ледниковых периодов, океаны нашей планеты никогда не промерзали до самого дна. Теплые океанические течения даже в самые холодные годы Земли помогали поддерживать морскую воду в жидком состоянии. Иными словами, возможность того, что однажды океаны планеты полностью замерзнут, сводится к абсолютному нулю.

Кстати говоря, знаете ли вы, что на Плутоне имеется свой подледный океан жидкой воды? Если уж такой далекий объект смог сохранить свои водные ресурсы в жидком состоянии, то нашей планете в этом плане не о чем переживать. В любом случае, давайте попробуем пофантазировать в нашем Telegram-чате, что могло бы произойти с человечеством в случае, если бы океаны нашей планеты каким-то образом все же полностью замерзли.

Источник