Некоторые свойства воды

	«Обычная» вода	«Тяжелая» вода	«Сверхтяжелая»
			вода
Мол. Масса	18,01	20,02	21,02
Плотность, г/см^2	0,99	1,10	1,33
t^0 С плавления	0	3,81	9,00
t^0 С кипения	100	101,43	104,00

Известно, что именно масса 1 мл очищенной речной воды была в свое время принята за единицу веса 1 грамм.

В природных водах присутствуют почти все известные химические элементы. Общая минерализация природных вод изменяется в достаточно широких пределах от 10 до 350 мг/л.

В зависимости от общей минерализации В.И. Вернадский разделил воды на:

• пресные до 1 г/л '

• солоноватые 1—10 г/л

• соленые 10—50 г/л

• рассолы более 50 г/л

Чаще природные воды классифицируют следующим образом:

пресные - 0,01-0,3 г/л

солоноватые - 0,3-24,695 г/л

соленые - 24,695-49,0 г/л . более

рассолы - 49 г/л, т.е. %о

Известно, что граница между пресными и солоноватыми водами принята по средней чувствительности человека воды на вкус. Граница между солеными водами и рассолами, т.е. 49 %о, установлена по наибольшей солености, которая встречается в открытых морях (Красное море).

А о солености, равной 24,695 %о, которая выбрана в качестве границы между солоноватыми и солеными водами, следует сказать особо, ибо она установлена не случайно: при этой солености температура замерзания воды и величина наибольшей плотности совпадают (—1,332°С). Поэтому при солености меньшей, чем 24,695 %о, температура наибольшей плотности выше, чем температура замерзания воды, а при солености большей, чем 24,695 %о — наоборот. И это явление существенно сказывается на гидрологическом режиме водоема: в водоемах с соленостью меньше 24,695 %о при приближении к температуре замерзания верхний охлаждающий слой становится легче глубинных слоев и образование ледяного покрова в таких водоемах происходит значительно быстрее, чем в водоемах с соленостью больше 24,695 %о. В соленых водоемах при охлаждении воды верхний слой становится тяжелее и опускается на дно, и поэтому ледяной покров не образуется до тех пор, пока не произойдет полное перемешивание и охлаждение воды от поверхности до дна до температуры замерзания.

Тепловые свойства воды

Вода, как и другие прозрачные среды, пропускает через себя световые лучи и одновременно отражает часть из них от поверхности водоема. Инфракрасные лучи, падая на поверхность воды, частично отражаясь, проходят в глубину и нагревают ее. Кроме того, нагретые верхние слои воды передают теплоту нижележащим слоям. Известно, что теплопроводность воды чрезвычайно мала, поэтому нагрев глубинных слоев воды за счет нагретых верхних несущественен по сравнению с непосредственным воздействием солнечных лучей.

Нагревание воды в водоеме может носить случайный нерегулярный или периодический характер. Периодические изменения температуры природных вод могут быть суточными и сезонными. Первые обусловлены сменой дня и ночи, при этом максимальная температура воды бывает в конце дня, а минимальная — к утру. При сезонных колебаниях наибольшая температура воды имеет место летом, а наибольшее охлаждение — зимой.

Известно, что пресная вода обладает наибольшей плотностью при 4° С. С этим свойством воды связано чрезвычайно важное явление в водоемах, а именно — стратификация вод. Сущность этого явления заключается в том, что слои воды в водоеме располагаются соответственно плотности: на поверхности расположен слой наименьшей, а у дна — наибольшей плотности. В глубоких водоемах умеренной зоны придонные слои воды имеют плотность близкую к наибольшей, т.е. их температура будет около 4° С. При этом температура поверхностных вод в течение года может быть выше, ниже или равной 4° С.

Летом температура поверхностных вод обычно выше +4° С и убывает с глубиной, и, соответственно, плотность воды с глубиной возрастает и устанавливается прямая температурная стратификация.

Осенью с охлаждением поверхностного слоя более плотные воды вытесняют непосредственно под ними лежащие теплые слои на поверхность и возникают конвекционные токи воды: холодных слоев сверху вниз, а теплых — наоборот, снизу вверх до тех пор, пока температура всей толщи воды не достигнет 4° С. Наступает период осенней гомотермии.

Зимой, с дальнейшим охлаждением слоев воды ниже 4° С, их плотность начинает уменьшаться. При этом температура воды по направле­нию от поверхности ко дну возрастает. Такое распределение температур и распределение плотности по вертикали сохраняется и после образования льда, т.е. устанавливается обратная температурная стратификация.

Весной после таяния льда и прогрева поверхностного слоя воды до 4 С она становится наиболее плотной и начинает опускаться ко дну. Возникают конвекционные токи, которые выравнивают температуру всей толщи воды приблизительно до 4 С, и наступает весенняя гомотермия. После этого при дальнейшем прогревании воды вновь уста­навливается прямая температурная стратификация.

Разумеется, температура придонного слоя воды может быть и выше 4 С, а зимой ниже четырехградусной величины как в результате циркуляционных токов, так и за счет распространяющегося до дна нагревания или охлаждения в сравнительно неглубоких водоемах.

Циркуляция воды в водоемах вызывает явление температурного скачка, когда в водной толще летом или зимой появляется слой воды с резким перепадом температуры. Одновременно выше и ниже этого слоя температура воды изменяется постепенно. Такой термоклин появляется весной после вскрытия льда и нагревания воды и остается в течение лета, постепенно смещаясь ко дну. При этом его толщина со временем уменьшается. Термоклин исчезает осенью, чтобы вновь появиться зимой.

Температура окружающей среды является одним из важнейших экологических факторов в жизни гидробионтов: она может быть минимальной, оптимальной и максимальной. Для гидробионтов умеренной зоны верхний предел температуры воды не имеет особого значения, так как температура природных вод, за исключением горячих источников, не достигает предельных величин.

Гораздо большее значение для гидробионтов имеют низкие температуры. И хотя температура воды менее резко отвечает на колебания, чем суша, тем не менее, в холодные зимы она может достигать предельных значений для жизни некоторых гидробионтов.

Гидробионты, вся жизнь которых протекает в воде, обладают разной устойчивостью к понижению температуры. Некоторые гибнут, оставляя споры или яйца, приспособленные к низким температурам, большинство же проводит зимний период в подледных слоях воды или зарывшись в ил, и/или впадает в оцепенение. Обычно с наступлением холодов гидробионты покидают мелководную прибрежную зону и уходят на глубину.

Именно с изменения температуры воды следует начинать любые гидробиологические исследования. Как самостоятельное задание следует измерить температуру в прибрежной и пелагической зонах, установить наличие температурной стратификации или гомотермии и/или температурного скачка. Необходимо также установить суточные колебания температуры на поверхности и на глубине в течение определенного периода времени, например, эксперимента "in situ" или времени отбора проб.

Для измерения температуры воды используют специальные термометры в металлической или иной оправе, на шкале которого нанесены градусы и их десятые доли. Лучше использовать температурные датчики, погружаемые на определенную глубину, или электронные измерители температуры. Однако, независимо от имеющегося в наличии оборудования, рекомендуется всегда делать параллельные измерения температуры в воздухе и воде, избегая действия прямых солнечных лучей. Для измерения температуры у дна термометр или датчик прибора опускают на нужную глубину и оставляют там некоторое время, чтобы ртутный шарик или датчик приобрел температуру данного слоя воды. При измерении температуры воды по вертикали от поверхности до дна измерения производят через каждые 0,5 метра, соблюдая при этом упомянутые выше правила. Такое детальное измерение необходимо для определения температурного скачка.