4°C-ൽ താഴെയുള്ള ജലത്തിന്റെ അസാധാരണ സ്വഭാവം

4°C-ൽ താഴെയുള്ള ജലത്തിന്റെ അസാധാരണ സ്വഭാവത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ലേഖനം

താപനില കൂടുമ്പോൾ ഓരോ വസ്തുവും വികസിക്കുന്നു (വസ്തുക്കളുടെ വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുന്നു), താപനില കുറയുമ്പോൾ വസ്തുക്കൾ ചുരുങ്ങുന്നു (വസ്തുക്കളുടെ വ്യാപ്തം കുറയുന്നു). താപനില കൂടുമ്പോൾ ജലവും വികസിക്കുന്നു, താപനില കുറയുമ്പോൾ ചുരുങ്ങുന്നു, പക്ഷേ 0 ^o C – 4 ^{o C ൽ അല്ല. 0 ° C നും 4 ° C നും ഇടയിൽ, താപനില കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് ജലത്തിന്റെ വ്യാപ്തം കുറയുന്നു (വെള്ളം ചുരുങ്ങുന്നു). 0 o} C ൽ വെള്ളം ചൂടാക്കിയാൽ , വെള്ളം ചൂടാകുന്നു, ജലത്തിന്റെ വ്യാപ്തം കുറയുന്നു. വെള്ളം 4 ^{o C ൽ എത്തുമ്പോൾ ചുരുങ്ങൽ പ്രക്രിയ നിർത്തുന്നു. 4 o} C ന് മുകളിൽ , താപനില കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് ജലത്തിന്റെ വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുന്നു. പകരം, താപനില 4 ^o C ൽ നിന്ന് 0 ^o C ലേക്ക് കുറയുമ്പോൾ വെള്ളം വികസിക്കുന്നു (വെള്ളത്തിന്റെ വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുന്നു).

ഉദാഹരണത്തിന്, നമ്മൾ വെള്ളം ഫ്രീസറിൽ 30 ^° C ൽ വയ്ക്കുന്നു. ഫ്രീസറിൽ വയ്ക്കുമ്പോൾ, ജലത്തിന്റെ താപനില കുറയുന്നു. ജലത്തിന്റെ താപനില കുറയുമ്പോൾ, ജലത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും കുറയുന്നു (വെള്ളം ചുരുങ്ങുന്നു). 4 ^° C എത്തുമ്പോൾ, വെള്ളം വികസിക്കാൻ തുടങ്ങുന്നു (ജലത്തിന്റെ വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുന്നു). താപനില 0 °C എത്തുമ്പോൾ ജലത്തിന്റെ വികാസം നിലയ്ക്കുന്നു. വസ്തുവിന്റെ താപനില 0 ^° C ആയി കുറയുമ്പോൾ ചുരുങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന (വസ്തുക്കളുടെ വ്യാപ്തം കുറയുന്നു) മറ്റ് വസ്തുക്കളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി. വസ്തുക്കൾ ചുരുങ്ങുമ്പോൾ (വസ്തുക്കളുടെ വ്യാപ്തം കുറയുന്നു), സാന്ദ്രത വർദ്ധിക്കുന്നു. നേരെമറിച്ച്, വസ്തുക്കൾ വികസിക്കുമ്പോൾ (വസ്തുക്കളുടെ വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുന്നു), സാന്ദ്രത കുറയുന്നു. സാന്ദ്രതയുടെ സൂത്രവാക്യം = പിണ്ഡം / വ്യാപ്തം. വസ്തുക്കളുടെ പിണ്ഡം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും. താപനിലയെ ആശ്രയിച്ച് വ്യാപ്തം മാറാമെങ്കിലും. വെള്ളം ചുരുങ്ങുന്നു (വെള്ളത്തിന്റെ വ്യാപ്തം കുറയുന്നു) 4 ^{° C വരെ മാത്രമേ ആകുന്നുള്ളൂ, അതിനാൽ, 4 °} C ൽ ജലത്തിന് ഏറ്റവും ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുണ്ട്.

ശൈത്യകാലം നിലനിൽക്കുന്ന പ്രദേശങ്ങളിലാണ് ജലത്തിലെ അപാകതകളുടെ ഗുണങ്ങൾ അനുഭവപ്പെടുന്നത്. ശൈത്യകാലം വരുമ്പോൾ വായുവിന്റെ താപനില കുറയുന്നു. ജലത്തിന്റെ ഉപരിതലം ജലവുമായി സമ്പർക്കത്തിലാകുന്നതിനാൽ, നദിയുടെയോ തടാകത്തിന്റെയോ ഉപരിതലത്തിലെ ജലത്തിന്റെ താപനിലയും കുറയുന്നു. ജലത്തിന്റെ താപനില കുറയുന്നതിനാൽ, ജലത്തിന്റെ അളവും കുറയുന്നു. ജലത്തിന്റെ അളവ് കുറയുന്നതിനാൽ, ജലത്തിന്റെ സാന്ദ്രത വർദ്ധിക്കുന്നു. ഉപരിതലത്തിലെ ജലത്തിന് താഴെയുള്ള വെള്ളത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ സാന്ദ്രതയുണ്ട്. സാന്ദ്രത കൂടുതലായതിനാൽ, ഉപരിതലത്തിലെ ജലം താഴേക്ക് നീങ്ങുന്നു (മുങ്ങുന്നു). താഴെയുള്ള വെള്ളത്തിന് സാന്ദ്രത കൂടുതലാണ്, അതിനാൽ അത് മുകളിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു (പൊങ്ങിക്കിടക്കുന്നു). ജലത്തിന്റെ താപനില 4 ^° C എത്തുന്നതുവരെ ഈ പ്രക്രിയ നടക്കുന്നു. അതിനാൽ, 4 ^° C ൽ ജലത്തിന് ഏറ്റവും ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുണ്ട്.

നദിയുടെയോ തടാകത്തിന്റെയോ ഉപരിതലത്തിലെ ജലത്തിന്റെ താപനില 4 ^{ഡിഗ്രി} സെൽഷ്യസിൽ താഴെയാകുമ്പോൾ, ഉപരിതലത്തിലെ ജലം വികസിക്കുന്നു (ജലത്തിന്റെ അളവ് വർദ്ധിക്കുന്നു). കാരണം ജലത്തിന്റെ അളവ് കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് ജലത്തിന്റെ സാന്ദ്രത കുറയുന്നു. ഉപരിതലത്തിലെ ജലത്തിന്റെ സാന്ദ്രത അടിയിലുള്ള ജലത്തിന്റെ സാന്ദ്രതയേക്കാൾ ചെറുതാണ്, അതിനാൽ ഉപരിതലത്തിലെ ജലത്തിന് താഴേക്ക് വീഴാൻ കഴിയില്ല. ഉപരിതലത്തിലെ ജലം മുകളിൽ തന്നെ തുടരുകയും ജലത്തിന്റെ താപനില 0 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസായി കുറയുമ്പോൾ ആദ്യം മരവിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉപരിതലത്തിലെ വെള്ളവുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുന്നതിനാൽ, ജലത്തിന്റെ താപനില 0 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസായി കുറയുമ്പോൾ ഉപരിതലത്തിന് താഴെയുള്ള വെള്ളവും മരവിക്കാൻ തുടങ്ങുന്നു. ^{അങ്ങനെ} തുടരുന്നു. അതിനാൽ, ഉപരിതലത്തിലെ വെള്ളത്തിൽ നിന്നാണ് മരവിപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയ ആരംഭിക്കുന്നത്. തടാകത്തിന്റെയോ നദിയുടെയോ അടിയിലുള്ള വെള്ളം സാധാരണയായി മരവിപ്പിക്കില്ല, കാരണം വായുവിന്റെ താപനില മരവിക്കുന്നില്ല. അടിയിലുള്ള വെള്ളം മരവിക്കുന്നില്ല, അതിനാൽ തടാകത്തിന്റെയോ നദിയുടെയോ അടിയിലുള്ള മത്സ്യങ്ങളും ജീവജാലങ്ങളും ശൈത്യകാലത്ത് ജീവനോടെ തുടരും.

ജലത്തിന്റെ തന്മാത്രാ ഘടനയും തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടിംഗിന്റെ സ്വഭാവവും കാരണം ജലത്തിന് നിരവധി അസാധാരണ സ്വഭാവങ്ങളുണ്ട്. ഈ അസാധാരണതകളിൽ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ഒന്ന് ജലം തണുക്കുമ്പോൾ അതിന്റെ സാന്ദ്രതയുടെ സ്വഭാവമാണ്, പ്രത്യേകിച്ച് താപനില മരവിപ്പിക്കുന്ന സ്ഥലത്തെത്തുമ്പോൾ. ഈ പ്രതിഭാസത്തിന്റെ സംഗ്രഹം ഇതാ:

1. സാന്ദ്രതയും താപനിലയും: മിക്ക പദാർത്ഥങ്ങളും തണുക്കുമ്പോൾ സാന്ദ്രത കൂടുകയും ചൂടാകുമ്പോൾ സാന്ദ്രത കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു. കാരണം, തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ കണികകൾ പരസ്പരം കൂടുതൽ അടുക്കുകയും ചൂടാക്കുമ്പോൾ കൂടുതൽ അകലുകയും ചെയ്യുന്നു.
2. വെള്ളത്തിന്റെ അസാധാരണത്വം: എന്നിരുന്നാലും, ജലം അതിന്റെ മരവിപ്പിക്കുന്ന സ്ഥലത്തിനടുത്ത് വ്യത്യസ്തമായി പെരുമാറുന്നു. മുറിയിലെ താപനിലയിൽ നിന്ന് തണുക്കുമ്പോൾ അത് കൂടുതൽ സാന്ദ്രമായിത്തീരുമെങ്കിലും, ഏകദേശം 4°C-ൽ ഈ പ്രവണത വിപരീതമാകുന്നു. 4°C-ന് താഴെ, ജലം തണുക്കുമ്പോൾ സാന്ദ്രത കുറയുന്നു, 0°C-ൽ എത്തി മരവിക്കുന്നു.
3. ഐസ് രൂപീകരണം: ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകളുടെ ഓറിയന്റേഷൻ കാരണം ഐസിന് ഒരു ഷഡ്ഭുജാകൃതിയിലുള്ള ലാറ്റിസ് ഘടനയുണ്ട്. ഈ ഘടന ഐസിനെ ദ്രാവക ജലത്തേക്കാൾ സാന്ദ്രത കുറഞ്ഞതാക്കുന്നു. അതുകൊണ്ടാണ് ഐസ് വെള്ളത്തിൽ പൊങ്ങിക്കിടക്കുന്നത്.
4. പാരിസ്ഥിതിക പ്രാധാന്യം: ജലജീവികൾക്ക് ഈ അസാധാരണ സ്വഭാവം നിർണായകമാണ്. ശൈത്യകാലത്ത് ഉപരിതല ജലം തണുക്കുമ്പോൾ, അത് കൂടുതൽ സാന്ദ്രമാവുകയും താപനില 4°C വരെ താഴുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ താപനിലയ്ക്ക് താഴെ, വെള്ളം തണുക്കുന്നത് തുടരുമ്പോൾ, അത് ഉപരിതലത്തിൽ തന്നെ തുടരുകയും ഒടുവിൽ മരവിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത് ഉപരിതലത്തിൽ ഐസ് രൂപപ്പെടുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു, അതേസമയം താഴെയുള്ള വെള്ളം ദ്രാവകമായി തുടരുന്നു, ഇത് ജലജീവികൾക്ക് നിലനിൽക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഐസ് ദ്രാവക ജലത്തേക്കാൾ സാന്ദ്രമാണെങ്കിൽ (മിക്ക ഖരവസ്തുക്കളും അവയുടെ ദ്രാവക രൂപത്തേക്കാൾ സാന്ദ്രമായിരിക്കുന്നതു പോലെ), അത് അടിയിലേക്ക് താഴുകയും ജലാശയം മുഴുവൻ ഖരാവസ്ഥയിലാകുകയും ചെയ്യും, ഇത് ജല ആവാസവ്യവസ്ഥയ്ക്ക് വിനാശകരമായിരിക്കും.
5. അപാകതയുടെ കാരണം: ഈ അസാധാരണ സ്വഭാവത്തിന് കാരണം ജല തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടിംഗിലാണ്. വെള്ളം 4°C ലേക്ക് തണുക്കുമ്പോൾ, ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ ജല തന്മാത്രകളെ കൂടുതൽ വിപുലീകൃത ഘടനയിൽ നിലനിർത്താൻ ക്രമീകരിക്കുന്നു, ഇത് അതിനെ കൂടുതൽ സാന്ദ്രമാക്കുന്നു. എന്നാൽ 4°C ന് താഴെ, ഐസിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ഷഡ്ഭുജ ഘടന സ്വീകരിക്കാനുള്ള ജലത്തിന്റെ പ്രവണത പ്രബലമാകുന്നു. ഈ ഘടന കൂടുതൽ തുറന്നതും സാന്ദ്രത കുറഞ്ഞതുമാണ്, ഇത് വെള്ളം 4°C യിൽ താഴെ തണുക്കുമ്പോൾ സാന്ദ്രതയിൽ കുറവുണ്ടാക്കുന്നു.

ജലത്തിന്റെ ഈ സ്വഭാവം മനസ്സിലാക്കുന്നത് അക്കാദമികമായി മാത്രമല്ല രസകരമാണ് - നിരവധി പാരിസ്ഥിതികവും പാരിസ്ഥിതികവുമായ പ്രക്രിയകൾ മനസ്സിലാക്കുന്നതിന് ഇത് അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്.