Температура в водоеме

[Anton_Peplov]

Литература говорит нам, что максимальная плотность пресной воды достигается при $+4^\circ$, морской - при $-3^\circ$. Я пытаюсь представить себе, как происходит замерзание водоема. Остывшая на поверхности вода имеет большую плотность и по закону Архимеда должна утонуть, а ей на смену затекает теплая вода, которая тоже охлаждается и тонет. Эрго, пресный водоем замерзнет, только когда он весь до самого дна охладится до $+4^\circ$.
Потом пришла весна. Поверхностные слои воды прогреты солнцем. Эта вода легче нижележащей холодной, поэтому она так и останется на поверхности, а теплопроводность у воды низкая. Значит, если водоем достаточно глубокий (навскидку - от нескольких метров), в придонных слоях будет зимой и летом $+4^\circ$.

Все правильно?

[iifat]

Подозреваю, конвекция — не единственный способ нагрева воды. И солнечные лучи проникают на какую-то глубину, и земля (дно) нагревается по горизонтали.

[Pphantom]

Да. Правда, это в предположении отсутствия течений и т.п., т.е. в чистом виде годится только для небольшого замкнутого, но глубокого водоема (насколько я помню, нужны десятки метров по крайней мере), что не так уж часто встречается.

[Anton_Peplov]

iifat в сообщении #1081886 писал(а):

И солнечные лучи проникают на какую-то глубину

Кстати, да. На какой глубине заканчиваются фотосинтезирующие водоросли?

iifat в сообщении #1081886 писал(а):

и земля (дно) нагревается по горизонтали

Вот это уже вряд ли. У земли теплопроводность тоже не ахти.

[iifat]

Anton_Peplov в сообщении #1081891 писал(а):

На какой глубине

Рекорд — 268 м.

Anton_Peplov в сообщении #1081891 писал(а):

У земли теплопроводность тоже не ахти

Ну, попробуйте вскопать грядку в декабре и апреле. Думаю, вы таки заметите разницу Впрочем, признаю, на десятки метров не копал.

[Anton_Peplov]

На десятки я тоже не копал, но на полтора-два доводилось. Земля там и в июле холодная. Не то чтобы как в холодильнике, но...

[Александрович]

Anton_Peplov в сообщении #1081884 писал(а):

Эрго, пресный водоем замерзнет, только когда он весь до самого дна охладится до $+4^\circ$.

Водохранилище Красноярской ГЭС (глубина 100 м.) покрывается льдом к концу декабря. Вода в нижнем бьефе при этом имеет температуру около +6С (зимой и летом) и русло Енисея не замерзает (не покрывается льдом) на протяжении 200 км.

[Anton_Peplov]

Ну, разница между $+4^\circ$ и $+6^\circ$ так невелика, что может быть на что-нибудь списана.

[DimaM]

Anton_Peplov в сообщении #1081903 писал(а):

На десятки я тоже не копал, но на полтора-два доводилось. Земля там и в июле холодная. Не то чтобы как в холодильнике, но...

Учтите, что колебания температуры с поверхности проникают вглубь не только ослабленными, но и с запаздыванием по времени (задача с синусоидой на входе вообще точно решается и дает затухающую волну).

[artur_k]

Anton_Peplov в сообщении #1081884 писал(а):

Потом пришла весна. Поверхностные слои воды прогреты солнцем. Эта вода легче нижележащей холодной, поэтому она так и останется на поверхности, а теплопроводность у воды низкая. Значит, если водоем достаточно глубокий (навскидку - от нескольких метров), в придонных слоях будет зимой и летом $+4^\circ$.

Я в детстве в заполярье в небольших озерах купался летом. Верхний слой воды, примерно пол-метра, прогревается до $20^\circ$, вполне комфортно. А нырнешь - на дне лед. Эти озера за зиму промерзают насквозь, а летом оттаивает только верхний слой. Впрочем, там еще и вечная мерзлота.

[mihiv]

На достаточно большой глубине температура грунта практически постоянна во все времена года и равна среднегодовой температуре в данной местности, так что, мне кажется, какой-то горизонтальный подогрев дна возможен.

[Skeptic]

Механизм нагрева воды в водоёме, в первом приближении, такой же, как нагрев воздуха в парнике. Солнечная радиация нагревает дно (грунт), а оно нагревает воду (воздух). Затем вступает конвенция. Тёплая вода растекается по поверхности, образуя поверхностное тёплое конвенционное течение от берега на глубину, и придонное холодное с глубины к берегу. При охлаждении воды конвенционные течения меняют направление.

[DimaM]

Skeptic в сообщении #1082047 писал(а):

Механизм нагрева воды в водоёме, в первом приближении, такой же, как нагрев воздуха в парнике. Солнечная радиация нагревает дно (грунт), а оно нагревает воду (воздух).

Это если водоем совсем мелкий, а вода в нем совсем прозрачная. Обычно солнце нагревает верхний слой.

[druggist]

В связи с этим, почему бы полярникам, зимующим на дрейфующей льдине не строить свои жилища в подводном положении? Какая была бы экономия ГСМ!

[rockclimber]

Anton_Peplov в сообщении #1081884 писал(а):

Значит, если водоем достаточно глубокий (навскидку - от нескольких метров), в придонных слоях будет зимой и летом $+4^\circ$.

Как тут уже выше заметили, на глубине нескольких метров температура грунта постоянная зимой и летом, и зона постоянной температуры находится не очень глубоко, метра 2 - 3, если не ошибаюсь. Для Москвы эта температура порядка $+10^\circ$. То есть я бы ожидал, что зимой на дне озера будет $+4^\circ$, а к лету будет $+10^\circ$.