Wpływ własności termodynamicznych wody na organizmy żywe

Wszystkie ciała z reguły rozszerzają się przy ogrzewaniu. Lecz istnieje wyjątek. Jest nim woda. Ogrzewana w granicach od 0C do 4C nie rozszerza się, lecz kurczy tak, że największą gęstość, największy ciężar właściwy osiąga przy temperaturze +4C.

Woda w temperaturze 0C ma taką samą gęstość, jak w temperaturze około +9C. Przy zmianie temperatur w tym przedziale, czy to będzie ogrzewanie, czy chłodzenie, gęstość wody najpierw maleje, a potem rośnie od tego krytycznego punktu +4C.

Żeby zrozumieć ważność tego faktu, zastanówmy się, jak rozkładają się temperatury wody w zamarzniętym stawie. Na dnie jest woda najgęstsza, a więc i najcieplejsza. Gdyby część wody była zupełnie ciepła, powyżej +9C, wypłynęłaby na wierzch i ochłodziła się od lodu. Te części cieczy, które miałyby temperaturę pomiędzy +4C i +9C mają gęstość taką, jak i te o temperaturze od 0 do +4C, mieszałyby się więc i odchodziły do tego dolnego przedziału temperatur. Tuż pod lodem panuje temperatura 0C. W miarę zagłębiania się wzrasta do +4C.

Wynikiem takiego rozkładu temperatur w stawie jest brak prądów konwekcyjnych, a więc całkowity bezruch. A że woda jest złym przewodnikiem ciepła, a warstwa lodu- tylko cztery razy lepszym, w rezultacie nawet silny i długotrwały mróz powoduje tylko powolne pogrubianie się powłoki lodowej, a więc dalsze powiększanie izolacji pomiędzy mroźnym powietrzem a (względnie) ciepłą wodą. Dzięki temu właśnie stawy i jeziora, rzeki i morza nie zamarzają do dna w zimie i flora oraz fauna wodna, a przede wszystkim ryby, mogą zimować nie obawiając się zamarznięcia.

A więc ta właściwość sprawia, że woda w rzece jest żywicielem człowieka, niezależnie od roli, jaką spełnia w funkcjonowaniu organizmu ludzkiego, w higienie, w ogrodzie, w polu, w organizacji życia domowego, w przemyśle, w transporcie, energetyce itd.

Jak wiadomo ciepło właściwe wody jest równe 4200 J/(kg*K),a wiec w porównaniu z innymi substancjami, np. piaskiem, którego ciepło właściwe wynosi 800 J/(kg*K), jest bardzo duże. Sprawia to, że aby ogrzać wodę potrzebna jest dużo większa energia, niż do ogrzania innych substancji. Woda nie tylko wolniej się nagrzewa, ale też wolniej się ochładza. Jest więc naturalnym zbiornikiem energii cieplnej. Można zaobserwować, że w dzień woda jest zimniejsza niż nagrzane powietrze i ziemia. Wieczorem natomiast jest odwrotnie: gdy ziemia i powietrze oziębiają się, woda w jeziorze jest ciepła i utrzymuje tę temperaturę przez całą noc. Stąd klimat morski charakteryzuje się małymi wahaniami temperatur między latem i zimą. Nawet w zimie morza i oceany stanowią źródła energii cieplnej. Również dobowe wahania temperatur w klimacie morskim są mniejsze niż w klimacie lądowym. Ta inna własność wody wynika z jej wysokiego ciepła topnienia 335000 J/kg.

Również stosunkowo wysoka wartość ciepła parowania wody sprawia, że proces parowania odbywa się powoli, a co za tym idzie, jest mała częstotliwość opadów atmosferycznych.

Ponieważ woda nagrzewa się nierównomiernie, jej gęstość w poszczególnych warstwach wodnych będzie różna. Jest to przyczyną powstawania jednego z rodzajów prądów morskich –
tzw. gęstościowych. Prądy morskie wpływają w dużej mierze na klimat zwłaszcza w szerokościach umiarkowanych. Prądami, ciepłymi bądź zimnymi, uwarunkowana jest ilość opadów w terenach położonych stosunkowo blisko morza. Dodatkowo wpływa na występowanie wodnych organizmów żywych, ponieważ różne organizmy żyją w różnych warunkach i różnej temperaturze wody.

Właściwości termodynamiczne wody wpływają także korzystnie na rolnictwo. Woda, która znajduje się w ziemi, w okresie zimowym zamarza, rozsadzając częstokroć ziemię. Ułatwia to później rolnikom zaoranie gleby wykorzystywanej do upraw.

Mniej korzystniej ta właściwość wpływa na budżet państwa i jakość dróg. To samo działanie wody, które mogliśmy zaobserwować w rolnictwie niszczy drogi przeznaczone do komunikacji. Sami nieraz możemy zauważyć, że po zimie około marca, gdy śniegi i lody stopnieją, drogi nie dość, że wyglądają fatalnie, to jeszcze, podczas jazdy samochodem, możemy uszkodzić sobie zęby i nabawić się bólu brzucha, przejeżdżając przez te wertepy i nierówności, które zima pozostawiła nam po sobie. Potem już tylko można zobaczyć liczne prace uliczne i ciągle nowe łaty na drodze.

Sądzę, że powyższe przykłady pokazały, że poszczególne właściwości termodynamiczne wody mają wpływ na przyrodę, klimat i życie na Ziemi.