開心笑的部落格

我們知道,如果物體所受外界壓力不變,大多數物體的體積都隨溫度的升高而增大,即熱脹冷縮.與大多數物質的性質相反,在0到4攝氏度的溫度範圍內,水的體積卻隨溫度的升高而減小,這就是說,水在0到4攝氏度之間是冷漲熱縮.水的這一反常性質,對江河湖泊中的動​​植物的生命有著重要的影響和意義.

當寒冷的冬天來臨後,隨著氣溫的降低,江河湖泊中的水溫也隨之下降.考慮某一湖泊,設其全部湖水處於某一溫度如10攝氏度, 再設湖面上空氣的溫度為-10攝氏度,於是湖表面的水就會變冷, 比如說溫度降到9攝氏度,這部分水因變冷而收縮, 其密度比底下較暖的水為大,因而沉入下面密度較小的水中,下面的10攝氏度的水上升.冷水的下沉引起一個混合過程,此過程一直持續到湖泊中的所有水冷卻到4攝氏度為止.但是表面的水還要被冷空氣繼續冷卻降溫, 表面水的溫度進一步降低,又比如降到3攝氏度,這部分水的體積不但不縮小反而膨脹,即表面水的密度比下面小,因而就浮在水面上不再下沉.對流和混合此時都停止了(當然擴散不會停止), 表面下的水基本上靠熱傳導散失內能.水是熱的不良導體,這樣散熱是比較慢的.表面水的溫度,先於下面的水降至0攝氏度、開始結冰. 冰 密度比水小,所以一直浮在水面上而不下沉.冰下面的水,從上到下溫度為0攝氏度到4攝氏度,從上到下逐漸結冰.由於通過熱傳導而向上散熱,比較慢,並且有地熱由底下向上傳導,因此凍結的速度是緩慢的.若湖泊的水很深,湖水是不會被凍透的,湖泊中生存的動植物就可以在靠近湖底的4攝氏度的水中安然過冬,免遭凍死的厄運.

如果水的性質也像其它大多數物質那樣, 在全部溫度範圍內都是熱脹冷縮的,那麼溫度較高的水不斷升到水面,向空氣散熱, 湖泊中水的凍結就會從底部開始,從而容易導致湖泊中的水全部凍結.這樣一來,就毀掉了湖泊中的一切經不起凍結的生命.