წყლის ანომალიური ქცევა 4°C-ზე დაბლა

სტატია 4°C-ზე დაბლა წყლის ანომალიური ქცევის შესახებ

ტემპერატურის მატებასთან ერთად, თითოეული ობიექტი ფართოვდება (ობიექტების მოცულობა იზრდება), ხოლო ტემპერატურის კლებასთან ერთად, ობიექტები იკუმშება (ობიექტების მოცულობა მცირდება). წყალიც ფართოვდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად და იკუმშება ტემპერატურის კლებისას, მაგრამ არა 0 ^° C-დან 4 ^° C-მდე. 0°C-დან 4°C-მდე ტემპერატურის მატებასთან ერთად, წყლის მოცულობა მცირდება (წყალი იკუმშება). თუ წყალს 0 ^° C-ზე გავაცხელებთ, წყალი უფრო ცხელდება, წყლის მოცულობა მცირდება. შეკუმშვის პროცესი წყდება, როდესაც წყლის ტემპერატურა 4 ^° C-ს მიაღწევს. 4 ^° C-ზე ზემოთ, წყლის მოცულობა იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. ამის ნაცვლად, წყალი ფართოვდება (წყლის მოცულობა იზრდება), როდესაც ტემპერატურა 4 ^° C-დან 0 ^° C- მდე იკლებს.

მაგალითად, საყინულეში 30 ^° C ტემპერატურაზე ვდებთ წყალს . საყინულეში ყოფნისას წყლის ტემპერატურა იკლებს. როდესაც წყლის ტემპერატურა იკლებს, წყლის მოცულობაც მცირდება (წყალი იკუმშება). როდესაც ის 4 ^° C-ს მიაღწევს, წყალი იწყებს გაფართოებას (წყლის მოცულობა იზრდება). წყლის გაფართოება წყდება, როდესაც ტემპერატურა 0°C-ს მიაღწევს. სხვა ობიექტებისგან განსხვავებით, რომლებიც აგრძელებენ შეკუმშვას (საგნების მოცულობა მცირდება), როდესაც ობიექტის ტემპერატურა 0 ^° C-მდე ეცემა. როდესაც ობიექტები იკუმშება (საგნების მოცულობა მცირდება), სიმკვრივე იზრდება. პირიქით, როდესაც ობიექტები ფართოვდება (საგნების მოცულობა იზრდება), სიმკვრივე მცირდება. სიმკვრივის ფორმულა = მასა / მოცულობა. ობიექტების მასა ყოველთვის ფიქსირებულია. მაშინ როდესაც მოცულობა შეიძლება შეიცვალოს ტემპერატურის მიხედვით. წყალი იკუმშება (წყლის მოცულობა მცირდება) მხოლოდ 4 ^° C-მდე, ამიტომ წყალს ყველაზე მაღალი სიმკვრივე 4 ^° C- ზე აქვს.

წყლის ანომალიების სარგებელი იმ ადგილებში იგრძნობა, სადაც ზამთარია. ზამთრის დადგომისას ჰაერის ტემპერატურა იკლებს. წყლის ზედაპირი წყალთან შეხებაშია, ამიტომ მდინარის ან ტბის ზედაპირის ტემპერატურაც მცირდება. წყლის ტემპერატურის შემცირების გამო წყლის მოცულობაც მცირდება. წყლის მოცულობის შემცირების გამო წყლის სიმკვრივე იზრდება. ზედაპირზე წყლის სიმკვრივე უფრო მეტია, ვიდრე ქვემოთ მდებარე წყლის. რადგან მას უფრო დიდი სიმკვრივე აქვს, ზედაპირზე წყალი ქვევით მოძრაობს (იძირება). ქვემოთ მდებარე წყალს უფრო დიდი სიმკვრივე აქვს, ამიტომ ის ზემოთ მოძრაობს (ტივტივებს). ეს პროცესი მანამ გრძელდება, სანამ წყლის ტემპერატურა 4 ^° C-ს არ მიაღწევს. ამიტომ, წყალს ყველაზე მაღალი სიმკვრივე 4 ^° C- ზე აქვს.

როდესაც მდინარის ან ტბის ზედაპირის წყლის ტემპერატურა 4 ^° C-ზე ნაკლები ხდება, მაშინ ზედაპირზე არსებული წყალი ფართოვდება (წყლის მოცულობა იზრდება). რადგან წყლის მოცულობის ზრდასთან ერთად წყლის სიმკვრივე მცირდება. ზედაპირზე არსებული წყლის სიმკვრივე ნაკლებია ფსკერზე არსებული წყლის სიმკვრივეზე, ამიტომ ზედაპირზე არსებული წყალი ვერ ჩამოვარდება. ზედაპირზე არსებული წყალი ზემოთ რჩება და პირველი იყინება, როდესაც წყლის ტემპერატურა 0°C-მდე ეცემა. რადგან ის ზედაპირზე არსებულ წყალთან კონტაქტშია, ზედაპირის ქვეშ არსებული წყალიც იწყებს გაყინვას, როდესაც წყლის ტემპერატურა 0°C-მდე ეცემა. ^ასე რომ, გაყინვის პროცესი ზედაპირზე არსებული წყლიდან იწყება. ტბის ან მდინარის ფსკერზე არსებული წყალი, როგორც წესი, არ იყინება, რადგან ჰაერის ტემპერატურა არ იყინება. იმის გამო, რომ ფსკერზე არსებული წყალი არ იყინება, ტბის ან მდინარის ფსკერზე მყოფი თევზები და ცოცხალი ორგანიზმები ზამთარში ცოცხლები რჩებიან.

წყალი თავისი უნიკალური მოლეკულური სტრუქტურისა და მოლეკულებს შორის წყალბადური ბმების ბუნების გამო მრავალ ანომალიურ ქცევას ავლენს. ამ ანომალიებიდან ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი წყლის სიმკვრივის ქცევაა გაციებისას, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ტემპერატურა გაყინვის წერტილს უახლოვდება. აქ მოცემულია ამ ფენომენის მოკლე აღწერა:

1. სიმკვრივე და ტემპერატურანივთიერებების უმეტესობა გაციებისას მკვრივი ხდება და გაცხელებისას ნაკლებად მკვრივი. ეს იმიტომ ხდება, რომ ნაწილაკები გაციებისას ერთმანეთთან უფრო ახლოს მოძრაობენ, ხოლო გაცხელებისას - უფრო შორს.
2. წყლის ანომალიათუმცა, წყალი გაყინვის წერტილთან ახლოს განსხვავებულად იქცევა. მიუხედავად იმისა, რომ ოთახის ტემპერატურადან გაციებისას ის უფრო მკვრივი ხდება, ეს ტენდენცია დაახლოებით 4°C-ზე იცვლება. 4°C-ზე დაბლა, წყალი უფრო მკვრივი ხდება გაციებისას, სანამ 0°C-ს არ მიაღწევს და არ გაიყინება.
3. ყინულის ფორმირებაწყალბადის ბმების ორიენტაციის გამო ყინულს ექვსკუთხა ბადისებრი სტრუქტურა აქვს. ეს სტრუქტურა ყინულს თხევად წყალთან შედარებით ნაკლებად მკვრივს ხდის. სწორედ ამიტომ ტივტივებს ყინული წყალზე.
4. ეკოლოგიური მნიშვნელობაეს ანომალიური ქცევა წყლის ორგანიზმებისთვის სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია. როდესაც ზედაპირული წყალი ზამთარში ცივდება, ის მკვრივი ხდება და იძირება მანამ, სანამ ტემპერატურა 4°C-ს არ მიაღწევს. ამ ტემპერატურაზე დაბლა, როდესაც წყალი აგრძელებს გაციებას, ის ზედაპირზე რჩება და საბოლოოდ იყინება. ეს იწვევს ზედაპირზე ყინულის წარმოქმნას, ხოლო ქვემოთ წყალი თხევადი რჩება, რაც წყლის ორგანიზმებს გადარჩენის საშუალებას აძლევს. თუ ყინული თხევად წყალზე მკვრივი იქნებოდა (როგორც მყარი ნივთიერებების უმეტესობა უფრო მკვრივია, ვიდრე მათი თხევადი ფორმა), ის ფსკერზე ჩაიძირება, რაც გამოიწვევს წყლის მთელი მასის მყარი გაყინვას, რაც კატასტროფული იქნება წყლის ეკოსისტემებისთვის.
5. ანომალიის მიზეზიამ ანომალიური ქცევის მიზეზი წყლის მოლეკულებს შორის წყალბადური ბმებია. როდესაც წყალი 4°C-მდე ცივდება, წყალბადური ბმები რეგულირდება, რათა წყლის მოლეკულები უფრო გაფართოებულ სტრუქტურაში შეინარჩუნოს, რაც მას უფრო მკვრივს ხდის. თუმცა, 4°C-ზე დაბლა, წყლის ტენდენცია, მიიღოს ექვსკუთხა სტრუქტურა, რომელსაც ის ყინულში შეიცავს, დომინანტური ხდება. ეს სტრუქტურა უფრო ღია და ნაკლებად მკვრივია, რაც იწვევს სიმკვრივის დაკვირვებულ შემცირებას, როდესაც წყალი 4°C-ზე დაბლა ცივდება.

წყლის ამ ქცევის გაგება მხოლოდ აკადემიურად საინტერესო არ არის - ის სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია მრავალი ეკოლოგიური და გარემოსდაცვითი პროცესის გასაგებად.