Нагрівання та охолодження водних басейнів

Для водних басейнів земної кулі, які займають біля 71% поверхні Землі, як і для ґрунту, основним джерелом нагрівання є сонячна радіація. Відбиваюча здатність водяної поверхні тим більша, чим менша висота Сонця, але в середньому близька до відбиваючої здатності ґрунту. Випромінювання водної поверхні складає приблизно 95% випромінювання абсолютно чорного тіла, приближаючись по величині до випромінювання ґрунту. Таким чином, кількість енергії, яку водна поверхня отримує від Сонця та втрачає за рахунок випромінювання, приблизно така ж як і для ґрунту.

Однак тепловий режим водних басейнів відрізняється від теплового режиму ґрунту тим, що вода пов’язана з фізичними особливостями:

1. Вода має об'ємну теплоємність у 2-3 рази більшу, ніж різні види ґрунту. Тому на її нагрівання й охолодження потрібно більше тепла та температура її змінюється повільніше.

2. У водних басейнах має місце проникнення прямої сонячної радіації до значних глибин. Довгохвильова (теплова частина радіації) поглинається найвищим шаром води.

3. Рухливість – основна особливість води, що різко відрізняє її від ґрунту.

Передача тепла на глибину води шляхом молекулярної теплопровідності (як і в ґрунті) відбувається дуже повільно внаслідок її малої теплопровідності. Тепловою конвекцією тепло на глибину води не передається, так як верхні шари води, нагріваючись, стають менш щільними та не можуть змішуватися з нижніми, більш холодними шарами. Головну роль у передачі тепла на глибину води відіграють турбулентні рухи (динамічна конвекція).

При русі води (і повітря) тільки при дуже малих швидкостях всі частинки в загальному потоці рухаються паралельно один одному; такий рух називається ламінарним.

У природних умовах течія води (і повітря) завжди має турбулентний характер, як тільки швидкість її перевищує деяку зовсім малу критичну швидкість. При цьому в середині потоку води виникають малі вихрі, які переміщаються у різноманітних напрямках. Ці безладні рухи (турбулентність) і здійснюють переміщення тепла з поверхні до більш глибоких шарів води шляхом їх перемішування.

Внаслідок динамічної конвекції (турбулентності), передача тепла на глибину води здійснюється в 1000 – 10 000 раз швидше, ніж шляхом теплопровідності.

Деякі значення в передачі тепла більш глибоким шарам має також випаровування солоної води з поверхні морів і океанів. При сильному випаровуванні солона морська вода стає більш щільною й опускається вниз, передаючи тепло більш глибоким шарам.

Охолодження води в нічний час і зимою відбувається швидше.

Верхні шари внаслідок випромінювання охолоджуються та стають щільнішими: завдяки цьому вони опускаються вниз, а їх місце займає відносно тепла вода, що піднімається із більш глибоких шарів. Виникає теплова конвекція, викликаючи перемішування води у вертикальному напрямку. Вертикальне перемішування води при осінньому охолоджені відбувається до того часу, поки температура її у всіх шарах не досягне 4⁰. Після цього перемішування припиняється та верхні шари води починають інтенсивно охолоджуватися, впритул до замерзання, тобто до 0⁰. Для морської води, що містить сіль, температури найбільшої щільності та замерзання будуть інакшими. А саме: температура замерзання солоної води буде нижче 0⁰, і чим більша солоність, тим нижча ця температура. В середньому морська вода замерзає при температурі біля -1,0; -2,0⁰.

Дата добавления: 2014-01-11