ТИСК СТОВПА РІДИНИ ТА ГЛИБОКОВОДНЕ ЖИТТЯ
Чому вода мокра? Багато хто відповість на це питання, просто сказавши: "Тому, що вона така". Фізичні властивості води є фундаментальними для життя і природи на Землі, і часто приймаються як прості істини. Вода настільки поширена на Землі, що її фізичні характеристики мають великий вплив на фізику Землі в цілому. (Фізика - це наука про матерію та енергію, а також про взаємодію між ними). Вода покриває майже три чверті поверхні планети. Це єдина природна хімічна речовина, яка існує у вигляді рідини, твердого тіла (льоду) і газу (водяної пари) в межах нормального температурного діапазону Землі. Вода є рідиною в діапазоні, критичному для біологічного життя (0-100°C, 32-212°F), і рідка вода присутня майже скрізь на Землі. Здатність води поглинати тепло регулює клімат і погоду на Землі.
Фазові переходи
Речовина існує в трьох станах, або фазах: твердому, рідкому та газоподібному. Такі речовини, як вода, переходять з однієї фази в іншу за певних температур і тисків.
У твердій фазі води її молекули пов'язані одна з одною в жорсткому каркасі, званому кристалом. Молекула води, відома під своїм хімічним символом H 2 O, являє собою групу з двох атомів водню та одного атома кисню. У рідкій воді молекули все ще пов'язані, але менш сильно, і вони можуть рухатися більш вільно. Молекули водяної пари повністю відокремлені одна від одної та змішуються з іншими типами атомів і молекул повітря.
Фазові перетворення або використовують, або виділяють теплову енергію. Плавлення і кипіння є ендотермічними фазовими переходами; вони поглинають тепло.
Зміни тиску також можуть викликати фазові зміни. У альпіністів у Гімалаях можуть виникнути проблеми з приготуванням їжі, тому що на великій висоті вода закипає за нижчої температури (тиск повітря на великій висоті знижується). З цієї причини вони іноді носять із собою скороварки, які підвищують температуру в каструлі завдяки вловлюванню пари та підвищенню тиску.
Рідка вода
Рідка вода в рідкій воді злипаються. Потрібно багато теплової енергії, щоб зруйнувати електричне тяжіння, зване водневими зв'язками, між молекулами води. Через це вода має високу питому теплоємність; вона може поглинути багато теплової енергії, перш ніж змінить температуру. Як правило, нагрівання підвищує температуру рідини, змушуючи її молекули рухатися швидше по відношенню одна до одної.
Океани, величезні резервуари рідкої води на Землі, зберігають і розподіляють теплову енергію сонця. Вони поглинають інтенсивне сонячне світло в денний і літній час, а потім повільно виділяють його вночі та взимку у вигляді океанських течій. Температура води в океанах залишається відносно постійною, створюючи стабільне середовище для морських екосистем. Вода захищає організми від перепадів температури. Люди, що складаються в основному з води, можуть виживати в екстремально жарких і холодних умовах частково завдяки воді.
Тверда вода: лід
Крига спливає. Більшість рідин стискаються (згущуються) при охолодженні і досягають своєї максимальної щільності (маси на одиницю об'єму) як тверде тіло. Вода поводиться інакше. Вона стискається до температури близько 39°F (4°C), а потім розширюється до тих пір, поки всі її молекули не замерзнуть до кристалічної форми води при температурі 32°F (0°C). Отже, холодна вода тоне, а лід плаває. Вода - єдина природна речовина на Землі, яка у твердому стані має меншу густину, ніж у рідині. Якби не ця властивість води, водойми замерзали б знизу вгору, кубики льоду тонули б у склянці з водою, і не було б такого поняття, як айсберг (шматки плаваючого льоду).
Газоподібна вода: водяна пара
Фазове перетворення води з рідини на газ відбувається, коли молекули рідкої води вивільняються і піднімаються, щоб змішатися з іншими типами молекул і атомів в атмосфері (масі повітря, що оточує Землю). Кипіння відбувається, коли температура в об'ємі рідини досягає точки, за якої всі молекули коливаються занадто швидко, щоб залишатися пов'язаними одна з одною. Молекули води також переходять у газоподібну фазу шляхом випаровування з поверхні води.
Вода з океанів, озер і річок Землі потрапляє в атмосферу шляхом випаровування і, на щастя для життя на Землі. Вона воліє бути рідкою. Випаровуючись із поверхні земних океанів та інших водойм, віддає тепло в атмосферу. Коли водяна пара конденсується в краплі рідини в хмарах, виділяється тепло, і повітря залишається теплим. Водяна пара є важливим парниковим газом в атмосфері Землі.
Фаза водяної пари переходить з рідкої в газоподібну і назад у рідку, щоб уловлювати сонячну енергію, що надходить.