Температура воды под льдом. Почему вода в водоёмах зимой не промерзает до самого дна? Ледовый покров, освещенность и поведение рыб

02.04.202027.05.2017

Температура подо льдом 0,1-0,3° выше нуля, весной во время ледохода она не превышает 1°. В периоды без ледовых явлений температура воды зависит в основном от температуры воздуха. Среднесуточная температура воды до середины лета обычно ниже, чем воздуха, в конце лета и осенью - выше.

Ниже водохранилищ температура речной воды летом существенно ниже обычной, зимой выше, что приводит к возникновению многокилометровых незамерзающих участков реки. Обильное подземное питание реки охлаждает ее воду в летний период, зимой приводит к уменьшению ледяного покрова, а иногда - к образованию полыньей.

Суточные максимумы температуры воды запаздывают на 1-2 часа по сравнению с температурой воздуха.

На малых и средних реках температура воды по глубине практически не меняется, на крупных реках возможно ее уменьшение летом в нижних слоях на 1-2°.

Тепловой сток (W m в Дж или ккал) - количество тепла, проносимое через заданный створ реки за интервал времени (∆t ):

W m = L тпл ·ρ·T·V, где V - объем водного стока за тот же интервал времени, Т - средняя температура воды, ρ - ее плотность, L тпл - удельная теплоемкость воды.

Крупные реки, текущие в меридиональном направлении - трансзональные реки - имеют температуру воды, не свойственную рекам данной местности.

Реки по характеру ледового режима делятся на три группы: замерзающие, с неустойчивым ледоставом и незамерзающие.

На замерзающих реках выделяют три периода с характерными ледовыми явлениями: 1) замерзания, или осенних ледовых явлений, 2) ледостава, 3) вскрытия, или весенних ледовых явлений.

Замерзание рек.При снижении температуры воды до нуля в реке начинаются осенние ледовые явления. Сало- плывущие пятна ледяной пленки, состоящие из кристалликов льда в виде тонких игл. Примерно в то же время образуются забереги- полосы неподвижного льда у берегов. При переохлаждении воды (до долей градуса ниже нуля) в ее толще и на дне может образовываться внутриводный лед- непрозрачная губчатая, ледяная масса из хаотически сросшихся кристалликов льда. Скопление внут-риводного льда на поверхности или в толще потока образуют шугу.Ее движение называется шугоходом.Одновременно на поверхности образуются льдины, состоящие из кристаллического льда. Их движение - осенний ледоход.Закупорка русла шугой называется зажором,а льдинами - затором.

Ледостав- образование сплошного неподвижного ледяного покрова. Небольшие незамерзающие участки - полыньи.Они связаны с выходами подземных вод или с бурным течением, иногда со сбросом в реку теплых вод промышленными и коммунальными предприятиями. По мере нарастания толщины ледяного покрова, поперечное сечение русла уменьшается. Под влиянием возникающего напора вода может изливаться на поверхность льда. При ее замерзании образуется наледь.

Вскрытие рек. При наступлении положительных температур воздуха весной начинается таяние снега, а затем и льда. На реке у берегов образуются полосы чистой воды - закраины. Сцепление ледяного покрова с берегом прекращается, появляются трещины. Иногда после этого наблюдаются небольшие (в несколько метров) смещение ледяных полей - подвижки льда. Затем ледяной покров разбивается на отдельные льдины, движение которых образуют весенний ледоход. Чаще, чем осенью, возникают заторы, особенно на крупных реках, текущих с юга на север. На малых реках ледяной покров нередко тает на месте без ледохода.

И источники питания. По тепловому режиму роки делят на три основных зональных типа:

с постоянно теплой водой без сезонных колебаний температуры: Амазонка, Конго, Нигер и др.;
с сезонными колебаниями температуры воды, но не замерзающие зимой: Сена, Темза и др.;
с большими сезонными колебаниями температуры, замерзающие зимой: Волга, Амур, Макензи и др.

Последний тип можно разделить на два подтипа: реки с неустойчивым и устойчивым ледоставом. У тех и у других рек наиболее сложный тепловой режим.

У равнинных рек умеренного и субполярного климатических поясов в теплое полугодие в первой половине периода температура воды ниже температуры воздуха, а во второй половине – выше. Температуры воды по живому сечению у рек мало отличаются вследствие перемешивания. Изменение температуры воды по длине реки зависит от направления течения: оно меньше у широтных рек, нежели у рек, текущих в меридиональном направлении. У рек, текущих с севера на юг, температура повышается от истока до устья (Волга и др.), текущих с юга на север наоборот (Обь, Енисей, Лена, Макензи). Эти реки несут огромные запасы тепла в Северный Ледовитый океан, облегчая там ледовую обстановку в летне-осеннее время. У горных рек, питающихся талыми водами снегов и ледников, температура воды ниже температуры воздуха на всем протяжении, но в низовьях разница между ними сглаживается.

В зимнем периоде замерзающих рек выделяют три основные фазы: замерзание, ледостав, вскрытие. Замерзание рек начинается при температуре воздуха чуть ниже 0°С с появления кристаллов-игл, потом сала и блинчатого льда. При обильных снегопадах в воде образуется снежура. Одновременно появляются полосы льда у берегов – забереги- На перекатах – быстринах может возникнуть донный лед, который потом всплывает, образуя имеете с блинчатым льдом, с н ежу рой и оторвавшимися от заберегов льдинами осенний ледоход. Ледяной покров на поверхности рек устанавливается в основном в результате заторов – скопления льдин на мелководьях, в извилистых и узких местах и смерзания их друг с другом и с заберегами. Малые реки замерзают раньше больших. Подо льдом температура воды в реках почти постоянна и близка к 0°С. Продолжительность ледостава и толщина льда разная и зависит от зимних условий. Например, Волга в среднем течении покрыта льдом 4-5 месяцев, а толщина льда на ней достигает одного метра, Лена в среднем течении замерзает на 6-7 месяцев при толщине льда до 1,5- 2 м. Толщина и прочность льда определяют возможность и продолжительность переправ через реки и движения по их льду – по дорогам-зимникам. При ледоставе на реках могут наблюдаться такие явления, как полыньи; динамические – на порожистых участках русла, термические – в местах выхода относительно теплых подземных вод или сброса технических вод, а также ниже плотин водохранилищ . В районах многолетней мерзлоты с сильными морозами часты речные наледи – наросты льда в виде бугров при излиянии речной воды на поверхность вследствие сужения живого сечения потока. Случаются и зажоры – закупорка живого сечения реки массой виутриводного и донного битого льда. Наконец, возможно и полное промерзание рек на северо-востоке Сибири и на Аляске в условиях многолетней мерзлоты и при отсутствии у рек подземного питания.

Вскрытие рек весной происходит через 1,5-2 недели после перехода температуры воздуха через 0°С за счет солнечного тепла и прихода теплого воздуха. Таяние льда начинается под влиянием поступающих в реку талых снеговых вод, у берегов появляются полосы воды – закраины, а при таянии снега на поверхности льда – проталины. Потом происходят подвижки льда, он разрушается, наблюдается весенний ледоход и половодье. На реках, вытекающих из озер, помимо основного речного, наблюдается вторичный ледоход, обязанный выносу озерного льда. Высота половодья зависит от годового количества снежных запасов на водосборе, интенсивности весеннего снеготаяния и дождей в этот период. На реках, текущих с севера на юг, ледоход и половодье на разных отрезках проходят разновременно, начиная с низовья; бывает несколько пиков половодий, и в целом все проходит спокойно, но растянуто во времени (например, на Днепре. Волге и др.).

На реках, текущих с юга на север, вскрытие начинается в верховьях. Волна половодья смещается вниз по реке, где все еще сковано льдом. Начинаются мощные ледоходы, часты разрушения берегов, возникает опасность для зимующих судов, например, на Северной Двине, Печоре, Оби, Енисее и др. Часто образуются ледовые заторы – торосистые нагромождения льдин, играющие роль плотин: выше их реки выходят из берегов и затапливают не только поймы, но и низкие надпойменные террасы. При этом под ледяной водой оказываются находящиеся на этих террасах населенные пункты. Так, в 2001 г. мощные ледовые заторы образовались на Лене в среднем течении, в результате чего пришлось эвакуировать население города Ленска и окружающих деревень, стоящих на первой надпойменной террасе. Часто от заторов страдает «родина Деда Мороза» – Великий Устюг, стоящий при слиянии рек Сухоны и Юга в начале Северной Двины. Для борьбы с этим стихийным бедствием созданы службы слежения за вскрытием льда и ледоходами и специальные подразделения, которые бомбят и взрывают ледовые заторы для расчистки русел ото льда.

Литература.

Любушкина С.Г. Общее землеведение: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М.: Просвещение, 2004. - 288 с.

Почему вода в водоёмах зимой не промерзает до самого дна?

Здравствуйте!

Температура наибольшей плотности воды: +4 С см: http://news.mail.ru/society/2815577/

Это свойство воды является принципиально важным для выживания живности многих водомов. Когда начинается понижение температуры воздуха (и соответственно — воды) осенью и в предзимье, сначала при температуре выше +4 С более холодная вода с поверхности водома опускается вниз (как более тяжлая), а тплая, как более лгкая, поднимается вверх и идт обычное вертикальное перемешивание воды. Но как только во всм водоме по вертикали устанавливается Т= +4 С, процесс вертикальной циркуляции останавливается, поскольку с поверхности вода уже при +3С становится легче той, что находится ниже (при +4С) и турбулентная теплопередача холода по вертикали резко сокращается. В итоге с поверхности вода даже начинает замерзать, потом устанавливается и ледяной покров, но при этом в зимний период передача холода в нижние слои воды резко уменьшается, так как и сам слой льда сверху, и тем более, слой выпавшего на лд сверху снега обладают определ1нными теплоизоляционными свойствами! Поэтому у дна водома почти всегда остатся хотя бы тонкий слой воды при Т=+4С — а это и есть температура выживания в водоме речной, болотной, озрной и пр. живности. Если бы не это интересное и важное свойство воды (Мах плотность при +4С), то водомы на суше все промерзали бы до дна каждую зиму, и жизнь в них не была бы такой обильной!

Всего доброго!

Здесь работает очень важное свойство воды. Твердая вода (лед) легче своего жидкого состояния. Благодаря этому лед всегда находится сверху и защищает нижние слои воды от мороза. Только очень мелкие водоемы в очень сильный мороз могут промерзать до дна. В обычных случаях под слоем льда всегда находится вода, в которой сохраняется вся подводная жизнедеятельность.

Все зависит от силы морозов,иногда даже глубокие стоячие водоемы могут замерзать до дна. если морозы под минус 40 стоят несколько недель. Но в основном, действительно, водоемы не промерзают, что дает возможность выжить обитающим в них рыбам и растениям. А дело тут в таком любопытном свойстве воды, как отрицательный коэффициент расширения, который имеет вода при температуре от +4 градусов и ниже. То есть если вода нагрета выше 4 градусов, то при увеличении ее температуры она будет стремиться занять больший объем, ее плотность уменьшается и он поднимается вверх. Если же вода остывает ниже 4 градусов ситуация меняется на противоположную — чем холоднее вода, тем легче она становится и тем меньше ее плотность, а следовательно более холодные слои воды стремятся наверх, а имеющие температуру +4- вниз. Таким образом подо льдом температура воду устанавливается в +4 градуса. Пограничные слои воды рядом со льдом будут либо подтапливать лед, либо подмерзать сами, увеличивая толщину льда, пока не установится динамическое равновесие — сколько льда растает от теплой воды, столько воды замерзнет от холодного льда. Ну а про теплопроводность льда сказано уже все.

Вы упустили очень важный момент: самая большая плотность воды — при температуре +4 градуса. Поэтому, прежде чем водоем начнет замерзать, вся вода в нем, перемешиваясь, охлаждается до этих самых плюс четырех, а уж затем верхний слой охлаждается до нуля и начинает замерзать. Так как лед легче воды, он не опускается на дно, а остается на поверхности. Кроме того, лед имеет очень малую теплопроводность и это резко уменьшает теплообмен между холодным воздухом и слоем воды подо льдом.

Природа удивляет нас необъяснимыми явлениями. Одно из них - кристаллизация воды. Многие интересует такой необычный вопрос, как почему при минусовых температурах на поверхности водоема образуется лед, а вот под льдом вода сохраняет жидкую форму. Как это объяснить?

Почему вода под толстым льдом не замерзает: ответы

При каком температурном режиме она начинает затвердевать? Этот процесс начинается уже при понижении температуры до 0 градусов по Цельсию, при условии, что сохраняется нормальный уровень атмосферного давления.

Слой льда в данном случае выполняет термоизоляционную функцию. Он защищает воду, которая находится под ним, от воздействия низких температур. Тот слой жидкости, который расположен прямо под ледяной коркой, имеет температуру всего 0 градусов. А вот более нижний слой отличается повышенной температурой, которая колеблется в пределах +4 градусов.

Ознакомьтесь с нашей публикацией Где находятся черные леса?

Если температура воздуха продолжает снижаться, лед становится толще. При этом охлаждается тот слой, который расположен непосредственно подо льдом. При этом вся вода не промерзает, так как она отличается повышенной температурой.

Кроме этого, важным условием образования ледяной корки является то, что низкая температура должна удерживаться на протяжении длительного времени, иначе лед не успеет образоваться.

Как образуется лед?

При снижении температуры плотность жидкости снижается. Именно этим и объясняется то, что более теплая вода находится снизу, а холодная - сверху. Воздействие холода провоцирует расширение и уменьшение плотности, в результате на поверхности образуется ледяная корка.

Благодаря таким свойствам воды, в нижних слоях удерживается температура +4 градуса. Этот температурный режим идеально подходит для жителей глубин водоемов (как рыб, так и моллюсков, растений). Если температура снизится, они погибнут.

Интересно то, что в теплое время года все наоборот - температура водоема на поверхности гораздо выше, чем на глубине. То, насколько быстро будет замерзать вода, зависит от того, сколько в ее составе присутствует солей. Чем выше концентрация соли, тем хуже она замерзает.

Ледяная корка способствует удерживанию тепла, поэтому вода под ней немного теплее. Лед препятствует пропусканию воздуха в нижний слой, что способствует сохранению определенного температурного режима.

Если ледяная корка толстая и водоем имеет достаточную глубину, вода в нем не будет промерзать полностью. Если же ее немного, есть вероятность того, что при воздействии низких температур промерзнет весь водоем.

Причиной всему одна из аномалий воды. Насколько всем известно, плотность пресной воды равна 1 г/см 3 (или 1000 кг/м 3). Однако это значение меняется в зависимости от температуры. Наибольшая плотность воды наблюдается при +4°C, при увеличении или уменьшении температуры от этой отметки, значение плотности понижается.

Что же происходит на водоёмах? С приходом осени, когда наступают холода, поверхность воды начинает охлаждаться и, следовательно, становиться тяжелее. Плотная поверхностная вода погружается на дно, а более глубинная - всплывает на поверхность. Таким образом, происходит перемешивание до тех пор, пока вся вода не достигнет температуры +4°C. Поверхностная вода продолжает охлаждаться, но плотность её теперь уменьшается, поэтому верхний слой воды остаётся на поверхности, и перемешивание уже не происходит. В итоге поверхность водоёма покрывается льдом, а глубинные воды охлаждаются очень медленно, только за счёт теплопроводности, которая у воды очень низкая. На протяжении всей зимы придонные воды могут сохранять свою температуру на уровне 4°C. С приходом весны и лета происходит обратный процесс, но глубинные воды опять же сохраняют свою температуру.

Благодаря этой интересной особенности сравнительно крупные водоёмы практически никогда не промерзают до дна, что даёт рыбам и прочим водным обитателям возможность выжить зимой.

Дети, которых воспитали животные