Всем известна народная русская традиция – купаться на Крещение в проруби. Сейчас этот обряд привлекает все больше поклонников. К примеру, в этом году в Санкт-Петербурге открыли 19 прорубей, которые называются купелями. Все проруби имеют отличное оснащение – деревянные мостики, рядом с ними дежурят спасатели. Любопытно, что обычно купающиеся люди получают огромное удовольствие, и утверждают, что вода в проруби теплая. На самом деле удивительно, что на улице стоит крепкий мороз – до -10 градусов, а вода имеет температуру +5.

Вода подо льдом

О том, что вода подо льдом в озерах и реках на глубине выше нуля на 4-5 градусов, знают многие. Но, как показали многие опросы, не все понимают, в чем причина такого явления. Иногда увеличение температуры связывают с величиной давления толстого слоя льда над водой. Поэтому меняется температура замерзания воды. Однако большая часть людей, которые помнят курс школьной физики, могут сказать, что высокая температура воды на глубине объясняется известным физическим процессом – изменением водяной плотности с температурой. При теплоте 4 градуса пресная вода получает свою максимальную плотность.

Когда вода имеет температуру, близкую к 0 градусам, она становится более легкой и менее плотной. Так что во время охлаждения воды в озере до 4 градусов тепла останавливается ее конвекционное перемешивание, а дальнейшее охлаждение происходит лишь за счет теплопроводности, а она у жидкости невысокая. Поэтому резко останавливается течение процессов охлаждения. Даже во время сильных морозов в глубоких реках под толстым ледяным слоем холодной воды всегда будет водяной слой с температурой +4 градуса. До дна промерзают только мелкие озера и пруды.

Попробуем разобраться, почему во время охлаждения вода себя ведет столь странно. Оказывается, что это явление до конца еще не объяснено. Существующие предположения пока не подтверждены экспериментально. Нужно отметить, что вода – это не единственная субстанция, имеющая способность расширяться во время охлаждения. Такое явление характерно еще и для галлия, висмута, сурьмы и кремния. Однако именно к воде привлечен самый большой интерес, так как она является веществом, имеющим большое значение для жизни человека.

Почему температуры воды в проруби не падает?

По одной из версий, это явление объясняется присутствием в воде двух наноструктур низкой и высокой плотности, меняющихся с температурой и порождающих аномальное изменение плотности. Ученые, которые изучают такие процессы, объясняют это следующим образом. Во время охлаждения жидкости внутренняя энергия системы снижается, уменьшается подвижность молекул. В это же время усиливается роль связей между молекулами, за счет чего могут формироваться разнообразные надмолекулярные частицы. Научные опыты с переохлаждением дали возможность предположить, что переохлажденная жидкость с течением времени может формировать динамическую сетку из плотных молекул.