2. Фізичні властивості природних вод та їх географічні наслідки

Видатний вчений-енцеклопедист природничих наук Вернадський В.І. писав: “Вода стоїть обособлено в історії нашої планети. Немає природного тіла, котре можна було б порівняти з нею за впливом на хід основних, найграндіозніших геологічних процесів. Немає земної речовини– мінерала, гірської породи, живого тіла, котре б її не містило. Уся земна речовина– под впливом властивих воді специфічних сил сил, її пароподібного стану, її всюдисущності у верхній частині планети – нею пронизано й охоплено”.

Воістину універсальна роль води в природі пояснюється її своєрідними, іноді навіть аномальними фізичними і хімічними властивостями. Завдяки указаним властивостям вода вичначає не лише всі процеси в водних об’єктах, але і багато особливостей кліматичних, метеорологічних і геоморфологічних процесів на Землі.

Вода – це найпростіша стійка в звичайних умовах хімічна сполука кисню з воднем. За своєю хімічною сутністю – це оксид водню Н2О. У чистому вигляді це безбарвна речовина, без смаку і запаху. Лише вода в нормальних земних умовах може знаходитись у трьох агрегатних станах: твердому, рідкому й газоподібному. При випаровуванні 1г. води витрачається 597 кал тепла, при таненні 1г. льоду – 80 кал. Висока питома теплота танення льоду обумовлює повільне танення снігу і льоду. А при конденсації чи замерзанні виділяється відповідна кількість тепла.

Хімічно чиста вода Н2О в умовах нормального тиску кипить при температурі +100ºС, замерзає при 0º й має найбільшу густину при t +4ºС. При зниженні температури нижче +4ºС густина зменшується, а об’єм збільшується. Мабуть, усім доводилося спостерігати, що, коли взимку при перепадах температури на балконі, чи в сараї, чи просто на вулиці знаходиться якась скляна посудина з рідиною, то при замерзанні вона дає тріщини. Чому? В момент замерзання відбувається різке збільшення об’єму на 10% від об’єму рідкої води. Ця аномалія води відіграє в природі велику роль.

Полюбляєте взимку кататися на ковзанах? Думаю, якби температура замерзання і і температура найбільшої густини співпадали, то таке задоволення могло б бути лише на штучних ковзанках. При замерзанні водойм лід залишається на поверхні (тому що він легший від води, котра має температуру від 0 до +4º) і захищає воду від подальшого охолодження, вкриваючи водойму ніби шубою, до речі, як і сніг земну твердь.І сніг, і лід мають невелику теплопровідність.

Якби при зниженні температури вода весь час збільшувала щільність, то верхній шар води замерзав би, лід опускався б на дно. Цей процес тривав би до тих пір, поки водойми не замерзли б до дна. Таким способом озера, водосховища, ставки промерзали б повністю. За літо лід би не встигав відтанути. Із-за цього клімат Землі був би завсім інший (холодніший).

Аномальними є теплові властивості води. У води велика питома теплота плавлення та випаровування, тому ці процеси йдуть повільно і земна поверхня менше охолоджується. При зниженні температури відбувається конденсація і замерзання (або сублімація) із виділенням тепла, що частково компенсує зниження температури. Таким чином, перепади температури зменшуються. Теплоємність води у 5 разів більша, ніж сухого грунту, в 3000 разів більша, ніж у повітря. При охолодженні на 1º 1см³ води можна нагріти на 1º 3000 см³ повітря. Ось чому океан має такий великий вплив на клімат як акумулятор тепла. Для більшості водних об’єктів температура коливається від -2º до +30º, а для суходолу від -70º до +60º С.

Якби всі ці значення теплоти були менші, температура різко змінювалася б і вода на Землі то випаровувалася б, то замерзала. Життя в таких умовах було б навряд чи можливим. Усі ці аномально великі значення теплоти пояснюються сильною міжмолекулярною взаємодією в рідкій воді і в кризі ( дігідролі (Н2О)2 і тригідролі (Н2О)3 ).

Теплопровідність води, а особливо льоду і снігу невелика, тому добре оберігає ґрунт і воду від охолодження. Наприклад, озимину від зимового замерзання оберігає шар снігу. В іглу- сніговій хатинці ескімосів - за рахунок тепла двох свічок можна підняти температуру на 15-20º.

Вода порівняно з іншими рідинами має великий поверхневий натяг. Саме тому вода може підніматися вгору по капілярах (порах грунту і гірських порід), по рослинах. Капілярна вода не замерзає при t -30º, а стає важкою і в’язкою, при 70º стає аморфною, склоподібною. Дощові краплі із-за поверхневого натягу мають руйнівну силу. Поверхневий натяг важливий для хвилеутворення. Усі ці властивості води ми розглядаємо при нормальному атмосферному тиску (1 атмосфера). При зміні тиску ці властивості змінюються. Так, при тиску 20 670 атмосфер і при t +76º у надрах Землі може утворитися “гарячий лід”.

При дуже низьких температурах (нижче -170º) у кометах і холодних планетах при невеликому тиску утворюється понадщільний лід, що не має кристалічної структури. Оптичні властивості – сонячне світло може проникати у водойми лише на невелику глибину (декілька десятків метрів), тому лише тут можуть відбуватися процеси фотосинтезу.

Відомі три ізотопи водню Н¹ - протій, Н² - дейтерій, Н³ - трітій, три ізотопи кисню О16,О17,О18. На 99,73% природна вода Н2¹О16. А інші ізотопи води, тобто D2 – це так звана важка вода. В ній не ростуть рослини, не живуть тварини.