Почему лед не нагревается во время таяния? Ледостав и поведение на тонком льду

Природное явление образования твердого ледового покрова на поверхности водоемов само по себе удивительно и связано прежде всего со свойствами воды - уникальной жидкости. Так вот, при плюсовой температуре все молекулы воды в каком-то объеме связаны между собой в бесконечные цепочки, поэтому в данном состоянии жидкость представляет из себя аморфное соединение с характерными свойствами. Однако, когда вода охлаждается ниже определенного температурного значения, начинается льдообразование - по сути это означает, что происходит разрыв цепочек воды на отдельные молекулы с распределением их в кристаллическую решетку. Вода из жидкого переходит в твердое агрегатное состояние - в лед, плотность которого заметно меньше плотности воды, поэтому лед имеет положительную плавучесть и может выдерживать значительную внешнюю нагрузку, которая тем больше, чем толще и однороднее ледовый покров.

Становление льда, или перволедье, практически никогда не проходит по идеальному с точки зрения физики сценарию. Часто бывает так, что наблюдается по нескольку коротких периодов образования временного ледового покрытия, которое, не достигнув достаточной прочности, размывается затем дождями, ослабляется сырыми туманами и разбивается ветром. В лучшем случае период перволедья может быть и очень коротким - одна-две тихие ночи с крепким морозом. Кроме того, само перволедье, если оно уже сложилось, можно условно разделить на некие фазы: перволедок (тонкий, но уже не разрушающийся ледок), крепкий хотя бы местами лед и надежный лед, сплошь покрывший некоторые водоемы и везде пригодный для рыбалки. Ясно, что не только на разных водоемах, но даже на одном эти фазы разнесены и по времени, и по акватории, порой значительно. Поэтому, планируя первые выходы на лед, нужно хорошо представлять, что происходит на том или ином водоеме в зависимости от его типа и от сложившейся погодной ситуации. Такие знания даются только благодаря ежегодным наблюдениям и сравнительному анализу.

Теперь подробнее о тех природных процессах, которые ведут к образованию на поверхности воды льда, и о его свойствах, обусловленных качеством самой воды и рядом внешних факторов. Самое главное тут - конвективный теплообмен между двумя средами, водой и воздухом, происходящий на границе раздела. Вода, являясь очень емким аккумулятором тепла, к концу летнего сезона оказывается гораздо более нагретой, чем атмосфера вблизи поверхности земли. Воздух, как менее плотный, а потому не такой энергоемкий, быстро остывает из-за ставших длинными ночей и удаления планеты от светила с изменением интенсивности и наклона солнечных лучей к поверхности. И чем ниже опускается температура воздуха, тем быстрее происходит теплообмен с водой.

Когда поверхностный слой воды охладится до температуры плюс 4 градуса, при которой эта жидкость скачком становится максимально плотной, она, практически не перемешиваясь, опустится вниз, вытесняя вверх теплую и более легкую воду. Таким образом происходит вертикальная циркуляция и очень медленное перемешивание всей толщи воды. Этот процесс конвекции постепенно затухает по мере приближения общей температуры к 4 градусам, но совсем никогда не прекращается - донные слои постоянно получают тепло от ложа водоема, которое зимой всегда несколько теплее воды, иначе бы водоемы промерзли до дна, а лед бы нарастал и сверху, и снизу, что обычно происходит в климатических зонах с вечной мерзлотой.

Когда основная масса воды примет температуру 4 градуса, начинается ее дальнейшее охлаждение до 0 градусов - это точка перехода дистиллированной воды в кристаллическое состояние, то есть точка замерзания. Переохлаждение ниже 0 градусов приводит к образованию льда.

В реальности в различных водоемах вода представляет собой некий раствор из солей и микровзвесей, отличающийся по составу, что обычно снижает температуру, необходимую для становления льда, и для разных водоемов эта температура неодинаковая. Опять же, идеальной картины замерзания воды в природе не бывает, и лед каждый год встает по-разному - это зависит от погоды, которой ледостав сопровождается, а также от типа водоема: большой он или маленький, глубокий или мелководный, с течением или непроточный. На образование льда влияют также колебания уровня воды, значительные по объему теплые бытовые стоки, продолжающееся кое-где судоходство.
Если ледостав происходит в тихую морозную погоду, то лед практически равномерно покрывает весь водоем, нарастая от берегов, и прежде всего в местах мелководий. Когда процесс становления льда сопровождается сильным ветром, то образование ледяного покрова на открытых пространствах больших водоемов задерживается надолго - крутые волны ломают и уносят непрочный тонкий перволедок и сбивают его к подветренному берегу, где при достаточно сильном морозе, быстро схватывающем этот хрупкий строительный материал, может образоваться весьма толстая, но менее прочная, чем сплошной лед, широкая закраина. Другая закраина из монолитного льда будет расти от наветренного берега, и чем круче, выше этот берег, тем шире прозрачный отмосток ляжет на воду.

При затихании ветра, если не случится внезапной оттепели, эти две закраины быстро соединятся, так как хорошо перемешанная и охлажденная вода будет готова к замерзанию. Однако рыболову еще долго следует помнить: где лед встал вначале - там он толще и прочнее. Понятно, что над большими глубинами, где масса воды велика, охлаждаться она будет дольше и образование льда наступит позже, чем на мелких местах. Такая же закономерность существует при ледоставе на обширных или небольших водоемах - на первых надежный лед встанет значительно позднее и при более крепких морозах.

На реках свои особенности ледостава: из-за течения вода постоянно перемешивается по всему объему и переохлаждение наступает для всей движущейся массы, на что нужно дополнительное время, поэтому лед на реке встает несколько позже, чем на водоемах со стоячей водой. Однако вода в реках подо льдом в целом холоднее, чем на озерах и водохранилищах, и, как это ни парадоксально, дальнейший прирост льда на реке идет быстрее.

Разумеется, на сильном течении лед встает позже, чем на слабом. К тому же, после обильных осенних дождей в начале зимы на реках бывают ощутимые и достаточно резкие колебания уровня воды - обычно наблюдается его падение, связанное с уменьшением стока из притоков по причине замерзания поверхностных грунтовых вод. Это ведет к тому, что тонкий лед повисает и обламывается по берегам и течение уносит всю массу перволедка. Движущиеся льдины скапливаются в местах с обратным течением за мысами и на стрелках сбоя струй, а также на границе, где быстрый поток вливается в медленнотекущий плес. Во всех таких характерных местах образуются затем торосы, достигающие порой толщины до 3 метров - они всю зиму служат хорошим ориентиром для рыболовов при поиске рыбьих стоянок, поскольку подводные обитатели скапливаются вблизи подобных особенностей поведения речного потока, так как здесь естественным образом концентрируется корм.

Как уже было сказано выше, становление льда в начале зимы может происходить при разных внешних условиях, от чего в конечном итоге будут зависеть толщина и качество ледового покрова, а значит, и безопасность нахождения на нем.

Прежде всего, наиболее прочен чистый, монолитный лед, образовавшийся от замерзания переохлажденного верхнего слоя воды. Однако ловить рыбу с такого льда имеет смысл лишь над большой глубиной, куда доходит мало света и рыба не пуглива. Поэтому безопасным он будет при достижении толщины не менее 5 сантиметров - лишь в этом случае лед надежно выдерживает одного человека, а вот группами на нем собираться нельзя.

Прочность ледового покрова линейно увеличивается с ростом его толщины и с понижением температуры. Но тут надо представлять, что температура льда по толщине различна: вверху она равна атмосферной, а внизу - соответствует точке замерзания воды, то есть около ноля градусов. А поскольку температурный коэффициент линейного расширения льда огромен (например, в пять раз больше, чем у железа) и многие, наверное, видели, как разрываются прочные сосуды с замерзшей водой, то становится понятно, что аналогичные процессы неизбежны и со льдом на водоеме: по мере роста его толщины имеющие разную температуру слои испытывают расширяющую нагрузку как поперечного, так и продольного направления. Именно поэтому при резких потеплениях или похолоданиях лед на водоемах лопается с оглушительным грохотом и по нему разбегаются длинные трещины. Кроме того, на огромных акваториях озер и водохранилищ эти трещины, с одной стороны, вызывают образование ледовых торосов, а с другой (для компенсации) - широкие разводья, в которые можно запросто угодить, особенно после укрывающих открытую воду снегопадов.

Можно подумать, что трещины на ледовой поверхности образуются бессистемно, хаотично. Однако не все так просто, если вспомнить механизм льдообразования: в начале зимы, когда лед еще не везде одинаков по толщине, напряжения локализуются в узких зонах стыковки толстого и тонкого ледового покрова, то есть там, где мелководье резко переходит на глубину. Опытные рыболовы знают, что донные свалы, где часто держится рыба, следует искать по старым и широким, идущим обычно параллельно основному руслу трещинам. При этом глубокая сторона водоема будет определяться по близко располагающейся к обычно крутому берегу трещине, и наоборот.
Чтобы представлять, какой лед может ожидать на водоеме в начале зимы, следует знать, что его прирост в течение суток сильно зависит от температуры воздуха и уже имеющейся толщины. Это выглядит примерно так: если лед был уже около 10 сантиметров, то за следующие сутки он прибавит 4 см при морозе минус 5; 6 см - при морозе 10; 8 см - при минус 15; 9 см - при минус 20. Но если исходная толщина льда составляет, допустим, 20-30 см, то суточный прирост при тех же температурах уменьшится примерно в 3-4 раза - точнее сказать нельзя, поскольку на это влияет и качество воды.

Конечно, идеальную картину намерзания льда сильно меняет толщина имеющегося на нем снежного покрова, который выполняет как бы роль шубы. Известно, что теплопроводность (холодопроводность) снега до 30 раз меньше, чем у льда (многое зависит еще от плотности снега), поэтому при снегопадах в зависимости от их интенсивности надо вносить в расчеты соответствующую поправку.

Важно понимать по виду первого, непрочного льда, как он реагирует на нагрузку. Рыболовы с опытом говорят, что молодой лед не обманет, не подведет, а вовремя сообщит об опасности громким треском и видом трещин. Приложенная к тонкому льду нагрузка (рыболов на льду) вызывает его прогиб (деформацию) в виде чаши. При малом грузе деформация носит упругий характер, а чаша расширяется симметрично по периметру. Если нагрузка будет выше предела упругости, то начнется пластическая деформация льда и чаша прогиба станет быстрее увеличиваться в глубину, чем в ширину - это начало разрушения льда. В количественном выражении это будет выглядеть так. Для наиболее прочного прозрачного льда центральный прогиб его на глубину в 5 см трещин не вызовет; прогиб в 9 см ведет к усиленному образованию трещин; прогиб в 12 см вызывает сквозное растрескивание; при 15 см лед проваливается.

Под действием нагрузки трещины во льду возникают как радиальные - исходящие от точки приложения, так и концентрические - вокруг этой точки. Радиальные трещины лишь предупреждают о недостаточной прочности льда, что требует предельной осторожности на нем. Но если к радиальным трещинам добавляется концентрическое растрескивание, сопровождаемое характерным скрипящим звуком, нужно скользящим шагом немедленно покинуть опасный участок, в особо критической ситуации лучше лечь на лед, чтобы увеличить площадь распределения веса по поверхности, и отползти в обратном направлении. Нужно знать и другие правила поведения на тонком льду:
- ни в коем случае не ходить по нему гуськом, иначе радиальные трещины на тропе быстро прирастут концентрическими;
- не отправляться на рыбалку в одиночку;
- проверять каждый шаг на льду остроконечной пешней, но не бить ею лед перед собой - лучше сбоку;
- не подходить к другим рыболовам ближе чем на 3 метра;
- не приближаться к местам, где в лед вмерзли коряги, водоросли, воздушные пузыри;
- не ходить рядом со свежей трещиной или по участку льда, отделенному от основного массива несколькими трещинами;
- быстро покинуть опасное место, если из проделанной лунки начинает бить фонтаном вода;
- обязательно иметь средства страховки и спасения (шнур с грузом на конце, длинную жердь, широкую доску);
- не совмещать рыбалку с потреблением спиртного.

Таяние льда с приходом календарной весны происходит по-разному, и это зависит от географического расположения водоёма. Я понял, что речь идёт о понятии "последний лёд". Скорость таяния льда определить сложно и нельзя руководствоваться появившимися в интернете графиками. Многое зависит от характеристик водоёма. На малых лесных озёрах и прудах можно ориентироваться по безопасной толщине льда от 10 см. На таких водоёмах лёд тает постепенно и непредсказуемые ситуации - большая редкость.

На большом озере или реке можно столкнуться с такой ситуацией, когда прихваченный ночным морозом лёд не вызывает опасения и рыболовы устремляются в "знакомые" места вместе с поклажей, вес которой достигает нескольких десятков килограммов. После потепления важно следить за состоянием льда. Если лёд легко пробивается пешнёй, то лучше отказаться от рыбалки и позаботиться о безопасном выходе на берег. Кстати, важно помнить, что вероятность провалиться под лёд в прибрежной зоне вырастает в разы.

Лёд не является монолитом и состоит из кристаллов, которые при повышении температуры становятся хрупкими. Это является основным отличием от первого льда, когда образующиеся трещины свидетельствуют об опасности. Рыхлый последний лёд может провалиться просто под ногами. Нельзя прибавлять подтаявший слой снега к толщине льда.

Конечно, весенний ход рыбы привлечёт многих рыболовов-зимников. Но в каждом конкретном случае важно позаботиться о своей безопасности.

Please enable JavaScript to view the

Каждому известно, что вода может находиться в природе в трех агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном. При плавлении происходит превращение твердого льда в жидкость, а при дальнейшем нагревании жидкость испаряется, образуя водяной пар. Каковы же условия плавления, кристаллизации, испарения и конденсации воды? При какой температуре тает лед или образуется пар? Об этом мы поговорим в данной статье.

Нельзя сказать, что водяной пар и лед редко встречаются в повседневной жизни. Однако наиболее распространенным является именно жидкое состояние - обычная вода. Специалисты выяснили, что на нашей планете находится более 1 млрд кубических километров воды. Однако не более 3 млн км 3 воды принадлежат пресным водоемам. Достаточно большое количество пресной воды «покоится» в ледниках (около 30 млн кубических километров). Однако растопить лед таких огромных глыб далеко не просто. Остальная же вода соленая, принадлежащая морям Мирового океана.

Вода окружает современного человека повсюду, во время большинства ежедневных процедур. Многие считают, что запасы воды неиссякаемы, и человечество сможет всегда использовать ресурсы гидросферы Земли. Однако это далеко не так. Водные ресурсы нашей планеты постепенно истощаются, и уже через несколько сотен лет пресной воды на Земле может не остаться вовсе. Поэтому абсолютно каждому человеку нужно бережно относиться к пресной воде и экономить ее. Ведь даже в наше время существуют государства, в которых запасы воды катастрофически малы.

Свойства воды

Прежде чем говорить о температуре таяния льда, стоит рассмотреть основные свойства этой уникальной жидкости.

Итак, воде присущи следующие свойства:

Отсутствие цвета.
Отсутствие запаха.
Отсутствие вкуса (однако качественная питьевая вода имеет приятный вкус).
Прозрачность.
Текучесть.
Способность растворять различные вещества (например, соли, щелочи и т. д.).
Вода не имеет собственной постоянной формы и способна принимать форму сосуда, в который попадает.
Способность очищаться посредством фильтрования.
При нагревании вода расширяется, а при охлаждении сжимается.
Вода может испаряться, превращаясь в пар, и замерзать, образуя кристаллический лед.

В этом списке представлены основные свойства воды. Теперь разберемся, каковы особенности твердого агрегатного состояния этого вещества, и при какой температуре тает лед.

Лед - это твердое кристаллическое вещество, которое имеет достаточно неустойчивую структуру. Он, как и вода, прозрачен, не имеет цвета и запаха. Также лед обладает такими свойствами, как хрупкость и скользкость; он холодный на ощупь.

Снег также представляет собой замерзшую воду, однако обладает рыхлой структурой и имеет белый цвет. Именно снег каждый год выпадает в большинстве стран мира.

Как снег, так и лед - крайне неустойчивые вещества. Чтобы растопить лед, не нужно прикладывать особых усилий. Когда же он начинает таять?

В природе твердый лед существует только при температуре 0 °C и ниже. Если же температура окружающей среды поднимается и становится больше 0 °C, лед начинает таять.

При температуре таяния льда, при 0 °C, происходит и другой процесс - замерзание, или кристаллизация, жидкой воды.

Данный процесс можно наблюдать всем жителям умеренно континентального климата. Зимой, когда температура на улице опускается ниже 0 °C, достаточно часто выпадает снег, который не тает. А жидкая вода, находившаяся на улицах, замерзает, превращаясь в твердый снег или лед. Весной же можно увидеть обратный процесс. Температура окружающей среды поднимается, поэтому лед и снег тают, образуя многочисленные лужи и грязь, которую можно считать единственным минусом весеннего потепления.

Таким образом, можно сделать вывод, что, при какой температуре начинает таять лед, при такой же температуре начинается и процесс замерзания воды.

Количество теплоты

В такой науке, как физика, часто используется понятие количества теплоты. Данная величина показывает количество энергии, необходимой для нагревания, плавления, кристаллизации, кипения, испарения или конденсации различных веществ. Причем каждый из перечисленных процессов имеет свои особенности. Поговорим о том, какое количество теплоты для нагревания льда требуется в обычных условиях.

Чтобы нагреть лед, нужно сначала его растопить. Для этого необходимо количество теплоты, нужное для плавления твердого вещества. Теплота равняется произведению массы льда на удельную теплоту его плавления (330-345 тысяч Джоулей/кг) и выражается в Джоулях. Допустим, что нам дано 2 кг твердого льда. Таким образом, чтобы его растопить, нам понадобится: 2 кг * 340 кДж/кг = 680 кДж.

После этого нам необходимо нагреть образовавшуюся воду. Количество теплоты для данного процесса рассчитать будет немного сложнее. Для этого нужно знать начальную и конечную температуру нагреваемой воды.

Итак, допустим, что нам требуется нагреть получившуюся в результате плавления льда воду на 50 °C. То есть разница начальной и конечной температуры = 50 °C (начальная температура воды - 0 °C). Тогда следует умножить разность температур на массу воды и на ее удельную теплоемкость, которая равняется 4 200 Дж*кг/°C. То есть количество теплоты, необходимое для нагревания воды, = 2 кг * 50 °C * 4 200 Дж*кг/°C = 420 кДж.

Тогда получаем, что для плавления льда и последующего нагревания получившейся воды нам потребуется: 680 000 Дж + 420 000 Дж = 1 100 000 Джоулей, или 1,1 Мегаджоуль.

Зная, при какой температуре тает лед, можно решить множество непростых задач по физике или химии.

В заключение

Итак, в данной статье мы узнали некоторые факты о воде и о двух ее агрегатных состояниях - твердом и жидком. Водяной пар, однако, представляет собой не менее интересный объект для изучения. Например, в нашей атмосфере содержится приблизительно 25*10 16 кубических метров водяного пара. К тому же, в отличие от замерзания, испарение воды происходит при любой температуре и ускоряется при ее нагревании или при наличии ветра.

Мы узнали, при какой температуре тает лед и замерзает жидкая вода. Такие факты всегда пригодятся нам в повседневной жизни, так как вода окружает нас повсюду. Важно всегда помнить о том, что вода, в особенности пресная, является иссякаемым ресурсом Земли и нуждается в бережном к ней отношении.

Пожалуй, нет на Земле более распространенного и в то же время более загадочного вещества, чем вода в жидком и твердом состояниях. Достаточно вспомнить, что все живое вышло из воды и состоит в основном из нее; почти три четверти поверхности Земли покрыты водой и льдом, а значительная часть северных территорий суши представляет собой вечную мерзлоту. Чтобы наглядно представить себе суммарное количество льда на нашей планете, заметим, что в случае его таяния вода в Мировом океане поднимется более чем на 50 м, что приведет к затоплению гигантских территорий суши на всем земном шаре. Во Вселенной, в том числе и в Солнечной системе, обнаружены огромные массы льда. Нет ни одного мало-мальски существенного производства, бытовой деятельности человека, в которых не использовалась бы вода. Тем не менее после многочисленных успехов физики и физико-химш воды последних лет вряд ли можно утверждать, что свойства этого простого вещества понятны и прогнозируемы до конца. Предлагаю познакомиться с современными представлениями о важнейших физических свойствах воды и льда в естественных условиях и их использовании на практике.

Вода - вероятно, наиболее изученное вещество. Основы современного понимания физики воды заложили около 200 лет назад Генри Кавен-диш и Антуан Лавуазье, обнаружившие, что вода - это не простой химический элемент, как считали средневековые алхимики, а соединение кислорода и водорода в определенном соотношении. Собственно, название свое водород - рождающий воду - получил только после этого открытия, и вода приобрела современное химическое обозначение, известное теперь каждому школьнику, - Н20. Итак, молекула Н20 построена из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Мы не будем подробно описывать всю историю исследований, отметим лишь то, что устройство молекул воды в настоящее время известно очень точно. Атомы водорода и атом кислорода занимают положения в вершинах равнобедренного тре-. угольника с углом в вершине, занятой кислородом. Известны размеры и углы этой конструкции. Поскольку атомы состоят из положительных и отрицательных частиц (ядер и электронов), такое расположение атомов и существенно большее количество электронов у кислорода (и больший положительный заряд его ядра) приводят к тому, что молекула воды становится похожа на маленький "магнит". Поскольку таких "магнитов" даже в капле воды очень много, то оказывается, что многие из них притягиваются разноименными концами. При этом следует учесть, что, поскольку атомов водорода два, а атом кислорода оттягивает на себя заряд с каждого из водородных атомов, молекула воды способна образовать четыре связи с соседними аналогичными молекулами. Такая связь между молекулами называется водородной. Она встречается в природе очень часто: например, в спиртах и водно-спиртовых растворах, в любой биологической системе. Попробуем разобраться, что происходит, когда скапливается много молекул воды в одном месте..

Представим, что мы поместили рядом с одной молекулой другую, потом еще одну - постепенно мы получим аккуратную пространственную структуру, как будто собранную из детского конструктора. Получается, что каждая молекула воды окружена четырьмя другими, а симметрия такого пространственного расположения такая же, как у правильного шестиугольника. При этом хорошо видно, что расположение молекул не очень плотное - много пустого места. Молекулы воды, расположенные таким образом, и есть хорошо знакомый каждому лед. Отметим, что фиксированные положения в структуре льда занимают только атомы кислорода.

Два атома водорода могут занимать различные положения на четырех связях молекулы воды с другими соседями. Отмеченная выше симметрия решетки приводит к тому, что кристаллики, растущие свободно (например, снежинки), имеют шестилуче-вую форму. Итак, получилась ажурная конструкция из молекул воды, соединенных водородными связями. Давайте разберемся, что будет происходить, если мы станем нагревать ее. Сразу стоит понять, что такое нагревать? Ведь сейчас мы рассуждаем о поведении микроскопических частиц - а к ним общепринятое понятие температуры (тепла) применить не получится. Оказывается, что тепло - это такие же электромагнитные колебания, как свет или радиоволны, но просто другой частоты. Начинаем нагревать "Лего-лед", то есть периодически воздействовать на заряды молекул, например, поместив конструкцию в ведро и потряхивая его. Если сила колебаний не очень велика, то ничего не происходит. При ее увеличении крайние (находящиеся у стенок молекулы) отламываются от общей решетки (ведь у них не четыре, а две-три связи). В такой ситуации большая конструкция болтается в ведре, и у стенок имеется небольшой слой свободных молекул. Если трясти еще сильнее, в некоторый момент вся решетка развалится на куски поменьше, при этом, поскольку начальная конструкция была весьма пустотелой, объем занимаемый "обломками" будет меньше (сравните рисунки).

Несмотря на то, что разрушено всего чуть более десятой части водородных связей, обломки начальной решетки ведут себя уже не как твердое тело, а как жидкость, мы даже можем "вылить" их из ведра. Попробуем потрясти еще сильнее. Из-за того что молекулы и "обломки" решетки двигаются все быстрее, расстояния между ними в среднем увеличиваются - уровень "жидкости" в ведре чуть-чуть повышается. Если трясти ведро еще сильнее, отдельные молекулы начнут вылетать из него, а, продолжив это нелегкое физическое упражнение, можно добиться того, что в ведре не останется ни одной молекулы, А теперь вернемся в начало нашей забавы с конструктором и вспомним, что в реальности молекул воды очень много и они крайне малы по величине. Проследив всю цепочку рассуждений, мы поймем, что описали процесс нагревания и таяния льда, а затем нагревания и испарения воды.

А при какой температуре замерзает вода? Казалось бы, ответ очевиден - конечно, при той же, при которой тает лед. Однако не все так просто. Вода в основном тает при 0°С, но в зависимости от чистоты воды точка замерзания может оказаться и ниже. Хорошо очищенную воду В"лабораторных условиях можно Переохладить (то есть охладить ниже точки таяния льда, и она при этом не замерзнет) почти до -40°С. Хотя, справедливости ради, стоит отметить, что подобная ситуация очень редко встречается в природе. При охлаждении воды кое-где образуются мельчайшие островки льда, которые быстро исчезают, если температура выше точки замерзания. Когда достигнута температура замерзания, такие островки увеличиваются и неуклонно продолжают расти, так как дальнейшее замораживание приводит к понижению свободной энергии системы. В чистой воде размер стровков достигает критического значения при -40°С. Наличие примесей уменьшает величину критического размера ледяных островков, поэтому вода замерзает при более высоких температурах (но ниже 0°С).

Используя это, хотя и сильно приближенное, но весьма наглядное рассуждение, можно объяснить многие удивительные (аномальные) свойства льда и воды.
Плотность воды больше плотности льда, поэтому лед плавает в воде. Максимальную плотность вода имеет при температуре ч-4°С, в результате осенью при замерзании водоема, как только вся толща воды в озере остужается до такой температуры, верхний слой, продолжающий охлаждаться, становится легче, чем вода нижних слоев. Холодная и легкая "верхняя" вода плавает над более теплой, а следовательно, более тяжелой, глубинной. Перемешивание слоев происходит очень медленно, поэтому верхний слой воды, а затем и лед не дают озеру промерзнуть, и зимой температура в глубине озера держится в пределах от +1° до н-4°. До дна же промерзают лишь мелкие озера, да и то в очень сильный мороз. Если же происходит интенсивное перемешивание больших масс воды, то водоем может вообще не замерзать (что наблюдается, например, на Енисее, не замерзающем даже в 30-градусные морозы на десятки километров ниже по течению от Красноярской ГЭС). Осенью первыми покрываются льдом мелкие озерки, затем - прибрежные воды и неглубокие заливы озер. Замерзание водоемов происходит от берегов. Глубокие места могут оставаться свободными ото льда еще не один месяц после того, как прибрежные участки уже покрылись им, поскольку охлаждение нижних слоев идет очень медленно, а если они интенсивно перемешиваются глубинным течением (например, водосбросом искусственной или естественной плотины), то поверхность водоема в этой части может совсем не замерзнуть даже в сильный мороз.
Скорость увеличения толщины поверхностного льда можно очень приближенно оценить в 2 мм на 1 градус мороза в сутки, однако следует помнить, что подобный расчет применим только к неглубоким, спокойным озерам в тихую, безветренную погоду и при чистой, незаснеженной поверхности льда. Таким образом, первый чистый лед на прудах за одну морозную (~10°С) ночь (12 часов) нарастает примерно на 1 см.

В крупных озерах и реках большая масса воды на глубоких участках замедляет, а иногда вообще делает невозможным замерзание. Поэтому нужно быть очень осторожным при оценке несущей способности льда, когда делают ее на основании наблюдений около берега. Особенно внимательным следует быть при довольно обычной погодной ситуации, когда молодой прозрачный лед толщиной около 1 см укрывается неглубоким снегом. Даже небольшой снежный покров замедляет нарастание льда, прекращает его полностью, а иногда приводит к уменьшению толщины в местах течения воды, несмотря на устойчивую морозную погоду, Если же снегопад достаточно силен и сопровождается ветром, то неравномерный толстый снежный покров давит на поверхность льда и растрескивает его снизу, что приводит к появлению вертикальных трещин, в которые проникает переохлажденная вода, и если она просачивается наверх, под снег, то лед может местами подтаять, а под снегом вы этого не увидите. Такая ситуация возможна около береговых обрывов, в местах, где есть подводные источники. Весной это обернется другой опасностью - вода, которая вытекла на лед и пропитала снег, замерзая, образует рыхлый лед, несущая способность которого вдвое-втрое меньше, несмотря на значительную толщину. Еще неприятней может оказаться ситуация на заболоченных водоемах - растения и их корни, задерживая снег и теплоизолируя поверхность, могут привести к тому, что надежное ледяное покрытие при приближении к берегу окажется слишком тонким и проломится.

Какова же безопасная толщина льда? Однозначного достоверного ответа на этот вопрос, к сожалению, нет. Считается, что прозрачный озерный лед толщиной более 5 см надежно выдерживает человека. Но это в идеальных условиях. В межсезонье, когда ночные морозы сменяются солнечным теплым днем, растрескавшийся лед, пронизанный вертикальными трещинами и пропитанный водой, может подвести даже при вчетверо большей толщине. Особенно внимательно нужно относиться к местам, укрытым сугробами, и участкам рек с резко меняющимся профилем дна и берегов. Часто течение истончает ледяной покров у мысов каменных островов, опор мостов (где заметное влияние оказывает еще и нагревание солнцем бетонных и металлических конструкций).