Удивительный мир воды, или почему туманы бывают утром?
Уж по крайней мере два раза в день мы сталкиваемся с водой: умываемся утром и вечером. Ну, может быть, некоторые только один раз. Но, конечно, ни те ни другие не задумываются над тем, что вода — одно из самых удивительных и загадочных на свете веществ.
Удивительная вода. Из курса химии вы узнаете, что вода — это химическое соединение двух атомов водорода с одним атомом кислорода. Но это сейчас для нас не так важно. А важно то, что без воды жизнь на Земле была бы невозможна. Вода входит в состав всех живых существ. Мы сами на 3/5 состоим из воды! Вода обладает многими необычными свойствами. Перечислим только некоторые из них:
- Вода не имеет цвета, запаха и вкуса. Разве не так? Кто скажет, чем она пахнет?
- Вода — единственное известное нам вещество, которое встречается на поверхности Земли в жидком, твердом и газообразном состояниях. Жидкое — это обычная вода, твердое — это лед или снег, газообразное — водяной пар;
- Пресная вода замерзает при О "С, а кипит — превращается в пар — при 100 "С. Кстати, вспомните, что соленая морская вода замерзает при отрицательных температурах;
- Вода обладает очень большой теплоемкостью. Теплоемкость — это количество тепла, которое нужно затратить для нагрева 1 г или 1 куб. см вещества на 1 °С. Как мы помним, единица тепла — калория. А если забыли, подсмотрите в таблице 1. 1 калория — это как раз и есть то тепло, которое необходимо для нагрева 1 куб. см пресной воды на 1 °С. Так вот, для нагрева 1 куб. см воды нужно в 1000 раз больше тепла, чем для нагрева такого же объема воздуха!
- Вода — универсальный растворитель. Она растворяет больше солей и прочих веществ, чем любое другое вещество. Поэтому-то вода бывает не только пресной, но и соленой. В 1 литре пресной воды при температуре 20 "С растворяется 2 кг сахарного песку или 360 г поваренной соли!
- Воду очень трудно разложить на составные части или сжечь. Она — химически стойкое вещество;
- Вода взаимодействует почти со всеми металлами и разрушает даже самые твердые горные породы — гранит, мрамор и другие.
Сколько на Земле воды? Вот видите, сколько интересных свойств воды мы уже обнаружили! А много ли воды на Земле? По расчетам выдающегося русского ученого Владимира Ивановича Вернадского запасы воды на нашей планете составляют приблизительно 1.5 миллиарда куб. км! Много это или мало и как распределены эти богатства? Посмотрите в таблицу 5. Оказывается, на Земле больше всего соленой воды. И вся она сосредоточена в Мировом океане. А пресной воды совсем мало — меньше 6%! Но на Земле есть еще и связанная вода — это вода, которая входит в состав других веществ и соединений. Ученые подсчитали, что такой воды на Земле в 10 раз больше, чем в Мировом океане!
Таблица 5. Так распределены запасы воды на Земле
|
Вода в водоеме, или на какой глубине надо ловить рыбу?
При охлаждении вода становится более плотной и тяжелой. Поэтому она опускается из верхних слоев океана или озера в нижние. На место опустившейся воды из глубин поднимается более легкая теплая вода. Последите, как ведут себя чаинки в стакане остывающего чая — они то всплывают, то тонут вместе с частицами воды! Точно также и в водоемах осенью вода не только охлаждается, но и перемешивается. Летом же вода в верхних слоях нагревается, становится легче, ее плотность уменьшается, и она не тонет. Снизу вода и летом остается более холод- Ной и тяжелой. Горизонтальная граница между теплой и холодной водой называется термоклином. Можете провести простой опыт. Налейте в стакан воды, а сверху осторожно добавьте тонкий слой, например, подсолнечного масла. Масло легче воды и не будет смешиваться с нижележащей водой. Между маслом и водой образуется горизонтальная граница — термоклин. Да вы, наверное, без всяких опытов замечали термоклин во время летних купаний. Ныряешь вниз ногами «солдатиком» и чувствуешь ногами холод, аж мурашки по коже. Вот еще одна побежала! Нам холодно, а многие виды рыб как раз и любят ту глубину, где температура быстро уменьшается. Не забудьте об этом на рыбалке, когда будете прикидывать, на какой глубине лучше ловить.
Лед и снег. При отрицательных температурах вода переходит в твердое состояние — лед или снег. Лед легче воды, поэтому в водоемах он плавает. Это очень важно. Плавающий лед предохраняет водоем от дальнейшего замерзания. Если бы лед тонул — зимой реки и озера промерзали бы до дна и все живое бы в них погибло! В озерах и реках лед пресный, а только что образовавшийся морской или океанский лед соленый. Правда, и он со временем становится пресным — соли потихоньку из него выходят. Основные массы льда на Земле сосредоточены, как мы знаем, в Антарктиде, Северном Ледовитом океане и Гренландии. Многие вершины очень высоких гор тоже круглый год покрыты снегами и льдом. Их называют вечными снегами.
Как происходит испарение?
Если воду нагревать, она испаряется, превращается в пар. Вспомните, как кипит чайник. Испарение — это переход вещества из жидкого в газообразное состояние. На испарение всегда затрачивается тепло. Водяной пар бывает только пресным, даже если он образовался из соленой воды. Смешиваясь с сухим воздухом, водяной пар образует влажный воздух. При одинаковой температуре влажный воздух всегда легче сухого. И еще, чем теплее воздух, тем больше пара он может содержать. Влажность воздуха обычно измеряют в процентах: от 0% до 100%. Проценты считают от того количества водяного пара, которое этот воздух может содержать при данной температуре. Кстати, чем больше влажность воздуха, тем труднее переносить жару или холод. Поэтому в сухой финской сауне можно выдержать большие температуры, чем во влажной русской бане. Да и морозный, всегда влажный петербургский воздух трудней переносить, чем сибирский сухой мороз. Неудивительно, что многие сибиряки зимой в Петербурге мерзнут.
Что такое конденсация? Теперь предположим, что температура воздуха +15 "С, а влажность 80%. Если этот воздух нагреется до 20 °С — его влажность уменьшится до 60%. Если же он охладится до 10 "С — влажность достигнет 100%. При такой влажности происходит конденсация водяного пара, выделение водяных капелек из влажного воздуха. Конденсация — это переход воды из газообразного в жидкое состояние. Подержите холодное блюдце над кипящим чайником! Соприкасаясь с блюдцем, влажный воздух сам охлаждается и отдает излишек воды блюдцу — конденсирует. При конденсации тепло, затраченное когда-то на испарение, высвобождается.
Как образуются облака и туманы?
Конденсация — процесс противоположный испарению. Так образуются облака и туманы. Влажный теплый воздух поднимается от поверхности Земли в атмосферу. Поднимаясь вверх, воздух охлаждается. Он уже не может содержать в себе весь водяной пар, который, пожадничав, забрал вблизи поверхности. Начинается конденсация, и образуются облака. Они состоят из капелек воды, снежинок или града. Это зависит от температуры, при которой произошла конденсация. Но бывает и по-другому. Воздух наберет вблизи поверхности водяного пара, а наверх подняться не может, потому что сам слишком холодный и тяжелый. А ночью и утром этот воздух охладится еще больше. Произойдет конденсация, и он отдаст водяной пар у поверхности Земли. Так образуется туман. Вот почему туманы бывают ночью, а еще чаще утром. Кстати, то же самое происходит с воздухом в течение года. Летом он набирает влагу, а осенью, охлаждаясь, отдает ее в виде туманов. Поэтому туманы чаще бывают осенью, а реже — летом.
