Здавалося б, що може бути звичніше льоду? У середній смузі Євразії, де зима триває кілька місяців, на півночі, де зима триває більшу частину року, та й в південних гірських районах сніг і лід - звичний-ні компоненти ландшафту.
Тим часом незвичайний сам процес образо-вання льоду. Подивимося, наприклад, як изме-вується обсяг води при переході з рідкого стану в тверде, тобто при замерзанні. Ця зміна відбувається зовсім не так, як у інших відомих нам речовин. Всі вони, крім вісмуту і галію, стискаються, скор-ють обсяг у міру охолодження. При затвер-Девані їх обсяг значно зменшується в порівнянні з такою ж масою розплаву.
При замерзанні води все відбувається на-оборот - щільність льоду зменшується, а об'єк-му збільшується на 10% в порівнянні з об'єк-емом, займаним тієї ж масою води.
З давніх-давен люди знали це властивість льоду. Не вміючи його пояснити, вони, тим не менш, успеш-но їм користувалися. Могутні споруди на півночі Європи зводилися з кам'яних мо-Ноліто, що важать сотні кілограмів. Що-б виготовити такі блоки, в скелях пробиваючи-ли порівняно неглибокі пази або вибі-рали відповідні тріщини. Перед наступлю-ням зимових холодів їх заливали водою, і про-утворених лід виконував роль вибухових-ки. Так терпляче, рік за роком, люди дроби-ли найміцніші скелі, отримували будівельник-ний матеріал, використовуючи розширення води при замерзанні. Тепер наука може пояснити його-нить причину цього явища. Як видно з рис. 1.8, зміна обсягу води зі зниженим третьому температури йде своєрідно. Спочатку вода поводиться, як і багато інших рідко-сти: потроху ущільнюючись, зменшує свій обсяг. Це спостерігається аж до 4 ° С (точ-неї - до 3,98 ° С). При цій температурі нібито наступає криза. Подальше охла-дження вже не зменшує, а поступово збіль-лічівает обсяг. Плавність різко перериває-ся при 0 ° С, крива переходить в прямовисну пря-мий, обсяг стрибком зростає майже на 10%. Вода перетворюється в лід.
Очевидно, при 3,98 ° Степловиепомехів об-РАЗОВАНІЕ ассоциатов починають слабшати настільки, що з'являється можливість неко-торою структурної перебудови води в льдо- подібні каркаси. Молекули взаємно упор-дочіваются, місцями складається характер-ва для льоду гексагональна структура1.
Ці процеси в рідкій воді як би подго-тавлівают повну структурну перебудову, і при 0 ° С вона настає: струмлива вода ста-новится льодом - кристалічним твердим ті-лом. Кожна молекула отримує можливість з'єднатися водневими зв'язками з четирь-
Ма сусідніми. Тому в фазі льоду вода обра-зует ажурну конструкцію з «каналами» між-ду фіксованими групами молекул води.
Ймовірно, зі структурною перебудовою пов'язано і ще одне своєрідне властивість по-ди - різкий стрибок теплоємності при фазо-вом переході «вода - лід». Вода при 0 ° С име-ет питому теплоємність 1,009. Питома ті-плоемкость перетворилася в лід води при цій же температурі вдвічі нижче.
Гексагональна структура кристала - сувора періодичність просторового повторення структури шестикутника, в вузлових точках якого розташовуються атоми, іони або молекули.
Завдяки особливості структурного пере-ходу «вода - лід», в інтервалі 3,98. 0 ° С при-рідні водойми достатньої глибини зви-но не промерзають до дна. З настанням зимових холодів верхні шари води, охолодивши-шись приблизно до + 4 ° С і досягнувши максі-бітної щільності, опускаються на дно водо-ема. Ці шари несуть в глибини кисень і по-могают рівномірному розподілу пита-них домішок. На їх місце до поверхно-сти піднімаються більш теплі маси води, ущільнюються, остигаючи при контакті з приспів Поверхневі повітрям, і, охолодити до + 4 ° С, в свою чергу опускаються вглиб. Пе-ремешіваніе йде до тих пір, поки циркуля-ция вичерпається і водойму не покриється плаваючим шаром льоду. Лід надійно переді-яке береже глибини від суцільного промерзання - адже його теплопровідність набагато мен-ше, ніж води.