Сила разуплотнения поверхностного слоя жидких, твердых и газообразных веществ (стр. 24 )

Я даю другое объяснение причины незамерзания до низких температур поверхностного слоя воды на основе представления о существовании в нем разуплотнения, созданного Т-СРПС. Поверхностный слой по своим физическим свойствам отличается от глубинных, и в первую очередь меньшей плотностью, являясь промежуточным веществом между жидкостью и газом, т. е., как говорил Ван-дер-Ваальс “ни газом, ни жидкостью”. Как известно, чтобы перевести газ в состояние кристаллического вещества, его надо сначала охладить до температуры, когда он перейдет в жидкость, а затем жидкость охладить до температуры начала кристаллизации. Поэтому и поверхностный слой, чтобы довести его до температуры кристаллизации льда, необходимо охладить до более низких температур, чем это необходимо для обычной плотной жидкости.

К числу интересных, но очень неприятных для людей особенностей замерзания воды в грунтах является то, что образующийся в них лед иногда выделяется в виде линз, прожилков и жил. Это связано с миграцией влаги в эти растущие образования из талых участков, увеличением объема грунтов. Это проявляется в форме так называемого морозного пучения, способного деформировать поверхностные слои земли и привести к появлению в зданиях трещин, смещений и даже разуплотнения.

Такое появление прожилков льда, наверное, многие наблюдали на примере овощей – свеклы, моркови, редьки, которые по каким-либо причинам замерзли в земле или в погребе. На их поверхности появляются мелкие трещинки и линзочки, заполненные льдом. Причем видно, что эти трещины растут с силой и разрывают поверхность плодов, отгибая края трещин, так что в результате поверхность как бы вспучивается.

Специалисты, изучавшие промерзание грунтов, отмечают, что миграция влаги в растущие ледяные образования, осуществляется через тончайший поверхностный слой незамерзающей воды на границе льда с окружающим его твердым веществом грунтов (Чистотинов, 1973). Значит, растущие линзы и жилы льда создают большое давление на окружающий грунт через тонкую поверхностную незамерзающую пленку воды, которая испытывает такое же давление, как и сам лед и в то же время не пережимается и не исчезает, а даже наоборот обладает способностью всасывать в себя воду из окружающих участков. Что же это за сила, способная противостоять силе давления замерзшей воды, раздирающей грунт и разрушающей стоящие на нем постройки? Сила расклинивающего давления Дерягина способна только разорвать поверхностную пленку воды в пузырьке газа, прижатого к поверхности. Значит, ею, вследствие небольшой величины, нельзя объяснить это явление. Специалисты по мерзлотоведению даже не делают попыток объяснить его.

По моему мнению, это объясняется просто – действием Т-СРПС. Растущие линзочки и прожилки льда в грунтах (и в замерзающих овощах), окруженные тонкой водной поверхностной пленкой, создавая давление на нее, создают также механические деформации вдоль контакта льда с грунтом, т. е. вдоль поверхности этой пленки. Эти деформации активизируют деятельность Т-СРПС, которая создает флюктуирующее разуплотнение в новообразующихся участках поверхностного слоя и отодвигание поверхности грунта от растущего льда с большой силой температурного расширения. Поскольку деформации происходят вдоль всех поверхностей нарастающих линзочек и жил льда, Т-СРПС действует подобным образом также по всей поверхности льда короткими флюктуациями, поддерживая постоянной толщину поверхностной пленки воды и не позволяя ей пережиматься и выдавливаться. Т-СРПС здесь противостоит силе нарастающего льда, позволяя воде постоянно мигрировать сквозь поверхностную пленку, а ледяным линзочкам и жилкам –обеспечивать силовой рост и создавать пучение грунтов.

По существу, здесь Т-СРПС создает своеобразный ледовый насос. Замерзший лед, наступая на поверхностную пленку, отнимает некоторую ее часть и стремится утонить ее. Но Т-СРПС, стремясь восстановить прежнюю толщину пленки, подсасывает в эти пережатые участки воду из незамерзших участков грунта. Эта вода движется вдоль пленки, являющейся постоянно действующим флюидопроводником, т. е. как бы трубами к насосу.

3.4.13. Роль в защите от гибели деревьев зимой от морозов

Выше отмечалось, что поверхностная пленка воды в грунтах не замерзает до очень низких температур. Такая же незамерзающая пленка имеется и на контакте с биологическими молекулами и клетками в тканях растений, и деревьев в первую очередь. Известно, что некоторые виды деревьев, например, яблони, дубы не выдерживают сильных морозов (до 40-50 ºС) и погибают, а другие, например, лиственница, ель, береза выживают в условиях любых морозов.

Это можно объяснить тем, что ткани яблони и дуба устроены таким образом, что в них содержащаяся в них дисперсная вода по каким-то причинам замерзает при относительно более высоких температурах. В этом случае образующиеся кристаллики льда силой своего расширения и роста разрывают биологические ткани деревьев, и они погибают. Другие деревья более устойчивы к морозам, так как в них поверхностная пленка воды не замерзает до –78 ºС и поэтому они выдерживают 40-50º морозы.

Таким образом, причиной устойчивости деревьев к морозным зимам является действие Т-СРПС, создающей поверхностный незамерзающий разуплотненный слой, который и предохраняет биологические ткани большинства деревьев от гибели.

3.4.14. Роль в образовании града

Известно, что мельчайшие капли воды, парящей в воздухе, могут не замерзать до температуры –15-30 ºС (Дерпгольц, 1971). По моему мнению, это обусловлено существованием разуплотненного поверхностного слоя, имеющего вследствие разуплотнения пониженную температуру кристаллизации. Поскольку размер капель очень мал, большую часть их объема составляет этот поверхностный незамерзающий слой. Град идет обычно в теплое время года в период сильного ливневого дождя из очень тяжелых черных туч, низко нависающих над горизонтом. Что при этом же происходит?

Мельчайшие незамерзающие капли воды формируются в высоких зонах атмосферы, где господствуют минусовые температуры. Они представляют из себя переохлажденную жидкость. Под действием своего веса они опускаются вниз, их концентрация нарастает, и они начинают пересекать зону атмосферы, где минусовые температуры сменяются плюсовыми. В этой зоне и на подходе к ней капли вследствие их высокой концентрации в воздухе начинают чаще сталкиваться и сливаться в более крупные, но мелкие капли, находящиеся в состоянии переохлаждения при нулевых температурах, могут еще не успеть прогреться до плюсовых температур. При их слиянии переохлажденная жидкость мельчайших капель преобразуется в нормальную, не способную к переохлаждению жидкость в виде крупных капель, температура которых опускается ниже нуля. Поэтому капли сразу же кристаллизуются в виде ледяных градин, падающих на землю. Чем быстрее идет слияние капель при очень насыщенных влагой грозовых тяжелых низко нависающих тучах, тем больше размер градин и их количество. Значит, появление града зависит от того, насколько быстро мельчайшие капли воды опускаются вниз и они концентрируются в более крупные. Процессы градообразования ускоряются вблизи зоны между минусовыми и плюсовыми температурами атмосферы, так как выше нее мала концентрация капель и процесс их слияния здесь слабо развит, а гораздо ниже этой зоны капли могут уже прогреться до плюсовых температур, и поэтому при слиянии в большие капли уже не в состоянии превратиться в ледяные градины.

3.1.15. Подъем воды в деревьях вверх по стволу

Считается, что вода, дающая жизнь растениям, поднимается по стеблям и стволам вверх из почвы за счет капиллярных или осмотических сил. В любом учебнике физики показывается рисунок, где капиллярными силами вода поднимается на высоту всего лишь нескольких миллиметров. Поэтому эти слабые силы вряд ли способны поднять воду на высоту 20-30 м растущего дерева. Осмотические силы зависят от разности концентрации растворенных веществ внутри ствола дерева и в грунте, откуда вода забирается корнями. Но это различие в концентрации совершенно незначительно, что, вероятно, каждый мог почувствовать, выпив сначала березового сока, а затем воды из колодца. Даже если предположить, что концентрация солей в воде внутри дерева повышается за счет испарения их растущими листьями, то, как известно, березовый сок идет наиболее интенсивно именно тогда, когда листья на березе еще не распустились, и его течение прекращается сразу же с их появлением.

По существу, единственной силой, способной осуществлять подъем воды в деревьях вверх, является Т-СРПС, действующая с большой силой температурного расширения жидкости. По моему мнению, это осуществляется следующим образом. Вода из дерева, испаряясь листьями и через кору, высушивает верхнюю часть капилляров, подводящих воду снизу из почвы, так что их стенки почти смыкаются, не имея воды. Но вода из корней попадает в эти части капилляров и за счет действия Т-СРПС раздвигает их, затем заполняет водой. Иными словами, вода проникает в сухой капилляр, по существу – микропору, ее глубинные части соприкасаются со стенками, разуплотняются и раздвигают капилляр, всасывая воду вверх. Но это раздвигание приводит к дополнительному расширению выше расположенных участков капилляра, опять происходит всасывание туда воды, расширение – и так далее с созданием самоорганизующейся системы подъема воды до самого верха дерева.

В определенной степени механизм подъема воды в деревьях подобен действию описываемого выше “ледяного“ насоса, создающего подсасывание воды к образующимся линзам и жилам льда в замораживаемых грунтах. Только если там подсос воды инициируется нарастанием льда, то здесь – испарением воды в капиллярах и их сужением, чему и начинает противодействовать Т-СРПС, стремящаяся вновь расширить эти капилляры и поднять вдоль них воду в растущие деревья.

3.4.16. Роль в испарении жидкостей

Как было показано выше, поверхностный слой составляют исключительно молекулы, обладающие повышенной энергией и способные делать флюктуационные скачки внутри жидкости и на ее поверхности. Поэтому молекулы, к этому неспособные, остаются в глубине жидкости и не присутствуют в поверхностном слое. Можно образно представить себе, что поверхностный слой – это выставка, демонстрация силы скачков наиболее высокоэнергичных молекул. Некоторые обладают настолько большой энергией, что, преодолевая ван-дер-ваальсово притяжение массы жидкости, уходят за пределы поверхностного слоя, участвуя таким образом в испарении жидкости. По толщине слоя меняются его плотность и соотношение молекул по величине их энергии. Самая внешняя часть слоя наиболее разуплотнена, и здесь количественно преобладают наиболее высокоэнергичные молекулы, делающие наиболее длинные скачки. В глубине слоя увеличивается плотность и возрастает количественное соотношение менее энергичных молекул.