В средней полосе России фенологическая (природная) зима наступает обычно с середины ноября. К этому времени заканчивается столь нелюбимый рыболовами период «межсезонья» с его перепадами атмосферного давления и температуры, чередованием заморозков и дождей, капризами многих видов рыб. Почитатели зимней рыбалки считают собственно зимой временной отрезок с момента образования устойчивого ледового покрова до распаления льда (с середины ноября по конец марта). Иногда ледовый покров на водоемах появляется на месяц-полтора позже начала календарной зимы (где-то в начале-середине января). Чаще это происходит в южных районах России. В некоторых регионах СНГ на реках и озерах вообще не устанавливается ледовый покров и разница между затянувшейся осенью и незаметно наступившей зимой практически незаметна.

С наступлением зимы в водных си­стемах происходят значительные из­менения, влияющие на поведение подводных обитателей.

Ледовый покров, освещенность и поведение рыб.

Значение света в жизни животных трудно переоценить. Свет «господ­ствует» над всеми другими экологическими факторами. Ни один фактор среды не претерпевает таких изме­нений, как освещенность: в течение суток ее интенсивность изменяется в десятки миллионов раз (от сотен люк­сов до десятитысячных долей люкса). По своей интенсивности и длитель­ности освещенность играет для во­дных живых организмов роль сигнала начала неких перемен в окружающей среде (наступление утра, ночи, нача­ло прогрева воды и-т. д.), что приво­дит к изменению поведения рыб.

На протяжении осени и начала зимы происходит постепенное уменьшен ние светлого периода суток: в ноябре долгота светового дня в среднем не превышает 9 часов 10 минут. Установ­ление ледового покрова, выпадение снега, преобладание пасмурных дней еще больше снижает освещенность водоемов. Долгие четыре месяца в подводном царстве властвует полуть­ма…

Интересно поведение рыб в на­чальный период зимы. Многие виды теплолюбивых рыб (сазан (карп), ка­рась, линь, белый амур) еще в октя­бре-ноябре собираются в огромные стаи и отправляются на так называе­мые зимовальные ямы. В полуоцепе­нении, практически не двигаясь, они проведут здесь около трех месяцев (до конца февраля). Сазаны стоят на глубине очень плотно, порой до 15-20 особей на 1 м3, рядом находятся же­рехи, язи, лини. При больших морозах с ними соседствуют и лещи, но с пере­меной атмосферного давления и при ослаблении морозов стаи лещей по­кидают зимовальные ямы и «разбре­даются» по водоему в поисках корма.

Опровергая общепринятую точку зрения о местоположении зимней «лежки» сомов, речные великаны за­нимают места около зимовальных ям - на выходах из глубин, границах ям и повышений дна. Такое размещение усатых хищников объясняется тем, что в самой яме уже спустя месяц после образования ледового покрова резко изменяется кислородный режим, что эта рыба в отличии от «толстокожего» сазана (карпа) тяжело переносит.

Окуни, щуки, судаки после осеннего ската на более глубокие места (уход от высокой прозрачности воды и значительной освещенности) с уста­новлением ледового покрова воз­вращаются на места сентябрьских охот. Тем более, что плотва, карась серебристый, верховка и уклейка за редкими исключениями, практически не уходят с облюбованных еще летом мест обитания.

В мелких и малокормных водоемах карась серебристый зарывается под листья или «ныряет» в ил. Правда, только в северных районах нахожде­ние его там продолжительно, в более южных местностях двигательная активность карася возобновляется уже при увеличении температуры воды на 3,5°С (февраль). Поэтому во время не слишком холодных зим в Украине, Казахстане и других регионах под­ледная ловля серебристого карася - обычное дело.

Появление ледового покрова вносит свои коррективы в поведение хищ­ных рыб. Различают такое разделе­ние хищников по отношению к свету: окунь считается сумеречно-дневным хищником, щука - сумеречным, судак - глубокосумеречным.
Осенью окуни и щуки питаются кру­глосуточно: днем охотятся за добычей из засады, в сумерках и на рассвете выходят на открытую воду и пресле­дуют жертв. «Сумеречное» питание хищников происходит при освещен­ности от сотен до десятых долей люк­сов (вечером) и наоборот (утром). Судак может пользоваться зрением в тех условиях, когда другие рыбы ви­деть не могут. Сетчатка глаза хищника содержит сильно отражающий свет пигмент - гуанин, который увеличива­ет ее чувствительность. Охота судака за мелкими стайными рыбами наи­более успешна при глубоко сумереч­ной освещенности - 0,001 и 0,0001 лк (практически полная темнота).

В сумерках и в предутренние часы у окуня и щуки функционирует дневное зрение с максимальной остротой и дальностью видения, а плотные обо­ронительные стаи рыб-жертв начинают распадаться, обеспечивая удач­ную охоту хищникам. С наступлением темноты отдельные рыбешки рассре­доточиваются по акватории, верховка и уклейка при падении освещенности ниже 0,01 лк опускаются на дно и за­мирают. Охота хищных рыб на это время прекращается.

В начале зимы ситуация подо льдом меняется. Полутьма «на руку» именно сумеречным хищникам, которые в первые дни установления ледового покрова устраивают деморализо­ванным жертвам «варфоломеевскую ночь». Хищным рыбам уже не надо распределять время своей охоты на раннее утро и вечерние часы. Так на­чинается и продолжается (обычно не очень долго) знаменитый жором хищ­ника «перволедок».
Кстати, зимой резко снижается ре­акция рыб-жертв на угрозу, верховки и уклейки намного слабее реагируют на «запах страха», выделяемый товар­ками при схватывании их хищником.

При поиске хищника на обширных водоемах совсем необязательно ис­кать его на ямах и в коряжниках. На­много чаще его можно обнаружить близ участков льда, свободных от снега: слабый, рассеянный свет, про­никающий на глубину, на протяжении всей зимы привлекает столь любимых судаком уклейку и верховку.

Очищенные от снега участки льда привлекают также и молодь окуней, которая собирается у тускло освещен­ного места «твердой поверхности» во­доема через 15-20 минут. Подводные исследования показали, что влечение к слабому свету испытывают и взрос­лые окуни, которые подходят чуть позже молоди. Причем, в отличие от «недорослей», горбачи избегают осве­щенного участка и барражируют во­круг него в темноте.

Температура воды и поведение рыб.

Температура водной среды - самый значительный природный фактор, который прямо воздействует на уровень обмена веществ пойкилотермных (не­сколько неудачный термин-синоним - «холоднокровных») животных, к ко­торым относятся и рыбы.

Всех рыб по диапазону температур, при котором возможна их нормаль­ная жизнедеятельность, разделяют на теплолюбивых (плотва, сазан (карп), карась, линь, растительноядные виды (толстолобики, белый амур), осетро­вые и прочие) и холодолюбивых (ру­чьевая форель, сиги, лосось, налим и др.).

Обмен веществ у первых предста­вителей наиболее эффективен при высокой температуре. Они наиболее интенсивно питаются и активны при температуре +17-28°С, при пониже­нии температуры воды до +17°С их пищевая активность ослабевает (а зи­мой у многих видов вообще прекра­щается). Предзимье и всю зиму они проводят в малоподвижном состоянии в глубоких местах водоема.

Для холодолюбивых рыб оптимальные температуры +8-16°С. Зимой они активно питаются, а их нерест проис­ходит в осенне-зимний период.

Известно, что к похолоданию и снижению температуры воды рыба «привыкает», перестраивая свой ме­таболизм только за 17-20 суток. При снижении температуры воды с +12°С до +4°С у хариуса, например, вели­чины энергозатрат уменьшаются на 20%.
С понижением температуры воды увеличивается растворимость кисло­рода, поэтому зимой насыщенность воды кислородом достаточно высо­ка.

При длительном понижении темпе­ратуры воды рыбы должны располагать не только достаточным запасом жира как энергетического материала, но и в течение этого периода сохра­нить нормальный обмен веществ.

Рыболовная стратегия зимой.

Почитателей зимней рыбалки в отдельных регионах СНГ порой больше, чем летних любителей порыбачить. Несмотря на непредсказуемые ка­призы погоды и порой необъяснимое отсутствие клева подводных оби­тателей, зимой возможна отличная рыбалка. Следует только четко пред­ставлять, «просчитывать» ситуацию на конкретном водоеме. Надо знать, что на протяжении зимы как минимум 20-35 видов рыб (в разных водоемах по-разному) продолжают интенсив­но откармливаться, порой не взирая даже на перепады атмосферного дав­ления.

Естественно, для каждого конкрет­ного вида нужен свой, особый под­ход, который обязательно принесет удачу рыболову - экспериментатору при наличии у него определенного рыболовного опыта, знания особен­ностей поведения рыб в этот период года и, конечно же, страстного желания поймать свой трофей!..

Есть три основных способа зимовки карпов: в отапливаемом помещении, сооружение отапливаемой крытой конструкции и в открытом водоёме, часто подо льдом. Последний способ может показаться наиболее простым и не требующим подготовки, но понимание происходящих подо льдом процессов поможет верно провести зимовку.

Грамотное проведение зимовки поможет рыбам быстро восстановиться ранней весной, после самого опасного сезона года.

Одна из немногих вещей, которую мы не можем контролировать в открытом водоёме, — температуру воды. Разумеется, если нет дорогостоящей системы обогрева. Однако природа позаботилась об этом и подготовила механизмы, приспосабливающие карпов к холодной среде. Работа человека заключается в том, чтобы создать для рыбы максимально подходящие условия. Главным образом они сводятся к тому, чтобы повторить естественные процессы в природных водоёмах. Важный фактор холодной зимовки — замерзание водоёма.

Зимой лёд служит барьером между водой и окружающей средой: резкими колебаниями температур, переохлаждением воды, холодным ветром и кислотностью снега. Бороться со льдом во время зимы — ошибка, доставляющая беспокойство рыбам. Лёд можно удалять весной во время оттепели, чтобы вода прогревалась быстрее. Снег на люду также полезен. Просто забудьте о водорослях или растениях, которые перестанут получать солнечный свет и производить кислород — за насыщение декоративного водоёма должен отвечать аэратор. Важно только чтобы растения сами не оказались во льду. Действительно, не видеть любимую рыбу несколько недель или даже два-три месяца в году может быть нелегко. Но для кои это естественный и безопасный способ зимовки. Рассмотрим происходящие в водоёме процессы после охлаждения воды.

Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H2O). Между молекулами воды есть связи, за счёт которых она растекается по поверхности, а не рассыпается как ртуть. Во время испарения водородные связи между молекулами рвутся и образует пар. При переходе воды в твёрдое состояние молекулы упорядочиваются, образуя кристаллическую решётку.

При снижении температуры воды до слабо отрицательного значения −0,15°C вода меняет агрегатное состояние из жидкостного на кристаллическое. Любая вода не замерзает одинаково — на процесс влияют такие факторы, как химический состав и давление. Дистиллированная вода не замерзает при слабо отрицательной температуре потому, что в ней нет центров кристаллизации — микроскопических взвешенных частиц, вокруг которых формируются кристаллы. При 0 °C и отсутствии дополнительной тепловой энергии (например тёплый воздух) вода сохраняет агрегатное состояние. В таком случае одинаковый объём льда будет плавать в жидкости, а система сохранит равновесие. Значение 0 в шкале Цельсия принято как температура фазы перехода воды из одного состояния в другое. В открытом водоёме постоянно происходят изменения, поскольку идеальных температурных условий 0 °C здесь не бывает.

Что влияет на физические процессы в водоёме при отрицательной температуре воздуха?

Для появления льда достаточно, чтобы поверхностная плёнка охладилась на десятые доли градуса. Обязательная механическая взвесь в любом водоёме с рыбой становится одной из точек замерзания, вокруг которой формируется лёд.

Мелкие водоёмы на поверхности земли промерзают с двух сторон: сверху, из-за холодного воздуха и снизу, когда промёрзнет грунт. Глубокие стоячие заполненные водоёмы, дно которых ниже глубины промерзания, могут промёрзнуть сверху до глубины промерзания грунта. Быстрые реки Восточной Сибири промерзают от основания — из-за постоянного перемешивания воды лёд не успевает образовываться на поверхности и закрепляется на дне. Поверх гальки и валунов формируются быстро растущие кристаллы, иногда до 1 м высотой за сутки.

После образования поверхностной плёнки от краёв водоёма к центру лёд растет вниз, за счет более интенсивного роста некоторых кристаллов. Лёд имеет меньшую плотность и теплопроводность, чем жидкость. Это полезное для рыб свойство.

Термоклин — это слой воды, температура которого резко отличается от температуры других слоёв. Например, когда летом нагревается поверхностный слой, а на дне вода остаётся холодной. Зимой также есть термоклин.

При охлаждении воды увеличивается её плотность. При температуре воды 4 °C у неё максимальная плотность и она опускается ниже более холодной воды. В озёрах и глубоких прудах тёплая вода на дне создаёт зону, которая позволяет пережить рыбам самые суровые зимы. Для формирования такой области необходима такая глубина и объём воды, который не позволяет ей перемешиваться охлаждаясь. Говоря о зимовке, слои воды обычно вспоминают в связи с работой насосов, ведь они могут их перемешивать и охлаждать водоём.

В обычном декоративном водоёме глубиной 1-1,5 метра зимнего температурного расслаивания воды может не происходить: для её перемешивания сверху вниз достаточно ветра. Мелкий замкнутый водоём, например без притока тёплой грунтовой воды, продолжает охлаждается со стороны льда и грунта. Это похоже на то, как замерзает в морозильнике кубик воды, — со всех сторон сразу. Если глубина водоёма равна глубине промерзания, весь его объём превратится в лёд.

Кои зимой находятся на дне, прежде всего следуя природным инстинктам, а не опускаясь к тёплой воде. В водоёме глубиной 50 см они всё равно будут опускаться на дно. Также они становятся менее подвижными и экономят силы.

Естественное утепление водоёма

Форма водоёма и несложные конструкции естественным образом защищают водоём от переохлаждения.

Перед строительством пруда нужно узнать глубину промерзания почвы в вашей климатической зоне — от этого зависит минимальная безопасная для рыб глубина водоёма. Глубину промерзания почвы в вашем поясе должны знать питомники садовых растений и строители, специализирующиеся на фундаментах. Знать глубину промерзания нужно потому, что на этой линии грунта температура земли может быть около 0 °C. Под ней земля остаётся температурой около 1,5 °C, зачастую выше. Если вы сами измеряете температуру промерзания почвы, найдите отметку, где она не опускается ниже 4-4,5 °C. Эта глубина дополнительно утеплит водоём.

Глубина водоёма должна быть минимум на 1 м больше глубины промерзания. В особенно холодных зонах можно утеплить грунт на 1,5-2 м вокруг водоёма. Реальная глубина промерзания часто отличается от номинального значения. Если конструкция расположена рядом с отапливаемым зданием, его фундамент будет подогревать верхнюю часть грунта. Лёд и снег — естественные теплоизоляторы, которые препятствуют промерзанию грунта вглубь. Реальная глубина промерзания грунта может быть меньше номинальной на 20-40%. Учитывайте, что стенки водоёма — дополнительный утеплитель, который поддерживает температуру поверхности дна водоёма выше 1,5 °C. Также защищает водоём укрытый снегом кустарник вокруг него.

Для зимовки рыб в надземном водоёме учитывайте, что отсутствие естественных утеплителей приводит к большему охлаждению. Надземные бассейны в холодных регионах лучше использовать в тёплое время года или в качестве ёмкостей в закрытых помещениях.

Для защиты гидроизоляционной плёнки от повреждения льдом на поверхности можно оставлять наполовину заполненные водой пластиковые бутылки. На 1 кв. м. нужна приблизительно одна бутылка, которая уменьшает нагрузку на края. (?)

Также чем выше солёность, тем ниже температура замерзания. Оставляя на зиму водоём с солоноватой воды вы рискуете сделать её слишком холодной для карпов.

Биологическая фильтрация

Универсального совета, отключать биофильтр зимой или нет, дать нельзя, поскольку зима — слишком общее в данном случае понятие. Нитрификацию в водоёмах осуществляют одновременно десятки видов бактерий, главным образом Nitrosomonas и Nitrobacter, оптимальная температура для развития которых 15-35 °C. Скорость нитрификации растёт с повышением температуры и снижается в воде теплее +35 °C в связи с уменьшением растворённого в воде кислорода. Хотя некоторые штаммы Nitrosomonaseuropea могут развиваться при +4 °C, в целом нитрификация замедляется при +9 °C и обычно прекращается при +6 °C.

Кроме температуры, на интенсивность нитрификации влияет pH, кислотность, концентрация аммиака, количество бактерий, скорость течения воды, концентрация кислорода и углекислого газа и многое другое. Используя эти факторы, специально созданные для холодного климата промышленные системы продолжают устранять аммиак при +0,2-0,5 °C. При +5 °C может продолжаться денитрификация. Аммиак рыбы выделяют постоянно, вне зависимости от того питается рыба или нет. Но при отсутствии кормления в очищенном от органических остатков водоёме, в котором нет перенаселения уровень аммиака не должен перейти критическую отметку.

О кормлении карпов кои зимой читайте .

Инфекции в холодной воде: риск сохраняется

Карп — теплолюбивая рыба. С понижением температуры уменьшается интенсивность обмена веществ и активность иммунной системы. Некоторые микроорганизмы активны в холодной воде и представляют опасность для рыб.

Весенняя виремия карпа — вирусное заболевание карповых, в наиболее острой форме протекающее при температуре 11-17 °C. При 5-10 °C от инфекции может погибнуть 100% больных рыб. Продолжительная зимовка при низкой температуре снижает устойчивость рыб к заболеванию. Возбудитель заболевания проникает в поверхностные слои кровеносных сосудов и вызывает отток элементов крови в окружающие ткани и полости. Опасность весенней веремии заключается также в том, что она может становиться основой для других распространённых бактериальных заболеваний — аэромоноза и псевдомоноза.

Аэромоноз и псевдомоноз. Заболевания со схожими признаками вызывают бактерии двух родов. Просторечное название «краснуха» появилась в силу характерных признаков — приподнятой чешуи и точечных кровоподтёков на теле и глазных яблоках. Неполноценное или недостаточное кормление рыб осенью, слабая упитанность, травмы, — и рыбе становится труднее сопротивляться патогенным бактериям. Перенаселение и плохая очистка водоёма осенью также способствуют их развитию. Бактерии рода Aeromonas всё ещё активны при 5 °C, и могут проникать в организм через ослабленный зимним голоданием кишечник. Вспышки вызванных бактериями Pseudomonas заболеваний приходятся обычно на вторую половину зимовки — с января по март. Бактерии Pseudomonas могут развиваться при низких температурах, до 2 °C.

Аммиак и нитриты

Даже если оставить биофильтр включённым зимой, в холодной воде он становится неэффективным. Но рыба выделяет аммиак круглый год, и хотя весной его уровень проверять принято, ведь биофильтр ещё не запущен, зимой аммиак проверяют редко. Но почему, ведь зимой биофильтр не работает вообще?

Под общим названием «аммиак» понимают два вещества — ионизированную форму аммоний (NH4) и свободный аммиак (NH3). Большинство тестов показывают общее содержание аммиака и не разделяют их на формы. Наиболее опасен свободный аммиак — именно его имеют в виду говоря об аммиачных отравлениях. Эти вещества переходят одно в другое — присоединяя ион водорода аммиак превращается аммоний, а отдавая его возвращается в первоначальную форму. Преобладание в воде той или другой формы определяет одновременно pH и температура воды. Опасность свободного аммиака возникает при концентрации 0,05 мг/л, поэтому определить его концентрацию исходя из обычного теста совсем нелегко.

При снижении температуры воды концентрация NH3 уменьшается — см. табл. Зная pH воды и глядя на таблицу, вы можете увидеть, при какой температуре можно начинать проверять аммиак.

Таблица: Мольная доля азота аммиака в общем содержании аммонийного азота в воде в зависимости от pH и температуры при минерализации 0,5 г/дм³

Нитриты менее опасны, чем аммиак. Также, при слабой активности нитрифицирующих бактерий и замедленном метаболизме рыб, шансы отравления нитритами небольшие. Зимой можно подменивать воду, особенно если вас беспокоит уровень нитритов.

Гипотермия

Как и другие животные, карпы страдают от гипотермии. Гипотермия, или переохлаждение — это снижение температуры организма до критической отметки, ниже чем нужно для его нормального функционирования. На опасность гипотермии одновременно влияет температура охлаждения, его скорость и продолжительность. Устойчивость рыбы к переохлаждению зависит от её состояния — возраста, наличия жировых отложений. Предельно низкая температура, при которой возможно восстановление функций организма называется «биологическим нулём». Это ещё обратимый процесс.

Низкие температуры приводят к замедлению дыхания, частоты сердечных сокращений, падению интенсивности обмена веществ, кровяного давления. Затем угнетается работа нервной системы — наступает холодовый наркоз. В крови уменьшается содержание сахара. Особенно чувствительна к падению сахара нервная система, в которой отсутствуют запасы гликогена, и со временем в нервных клетках возникают необратимые изменения.

При длительной гипотермии начинается аутолиз (саморастворение клеток), приводящий к смерти сначала отдельных клеток и затем всего организма. Главной причиной смерти рыб при переохлаждении считается тканевая гипоксия (кислородное голодание) и необратимые изменения в нервной системе.

В рыбоводческих хозяйствах адаптированные к холодному климату карпы нормально зимуют при температуре до 0,5 °C. Для неприспособленных к суровому климату декоративных кои, часто выращиваемых в закрытых бассейнах, такая температура может стать смертельной.

Спячка или оцепенение

Оптимальная температура для карпа 15-30 °C. Это сильная рыба, которая приспособилась к холодной зимовке, хотя она ей и не нужна. В холодной воде карпы находятся у дна и мало двигаются. Это естественный защитный механизм, который помогает им сохранять энергию для долгой зимовки. С понижением температуры воды замедляется обмен веществ и, как следствие, — потребность в питании. Поскольку в сезон роста карп постоянно передвигается именно в поисках пищи, всю зиму он может оставаться почти на одном месте. Снижение интенсивности обмена веществ и другие адаптации для зимовки происходят не за один день — именно поэтому так важны в водоёме постепенные изменения параметров воды. Рыба может выдерживать значительные изменения окружающей среды, если достаточно времени приспособиться.

Когда вода охлаждается до 7 °C, кои становятся значительно менее активными. С дальнейшим снижением температуры они впадают в оцепенение, или торпор. Оцепенение, в отличие от настоящей зимней спячки, продолжается от нескольких до десятков часов. При этом рыба воспринимает внешние раздражители и может на них реагировать. Поскольку нервная деятельность в оцепенении не прекращается, рыба может быть и физически активной, например, медленно перемещаясь вдоль дна. С повышением температуры воды рыба может продолжить питаться, хоть и не так активно, как летом.

Поскольку обмен веществ в таком состоянии замедляется, важно не допускать стрессовых ситуаций, которые в нормальном состоянии рыба преодолевает с помощью гормонов. Адреналин позволяет рыбе мгновенно уйти с одного места, прочь от опасности. В холодной воде реакции рыбы заторможены и стресс становится особенно опасным. Вылов и транспортировку рыбы зимой, осмотр нужно проводить особенно аккуратно.

Природа удивляет нас необъяснимыми явлениями. Одно из них - кристаллизация воды. Многие интересует такой необычный вопрос, как почему при минусовых температурах на поверхности водоема образуется лед, а вот под льдом вода сохраняет жидкую форму. Как это объяснить?

Почему вода под толстым льдом не замерзает: ответы

При каком температурном режиме она начинает затвердевать? Этот процесс начинается уже при понижении температуры до 0 градусов по Цельсию, при условии, что сохраняется нормальный уровень атмосферного давления.

Слой льда в данном случае выполняет термоизоляционную функцию. Он защищает воду, которая находится под ним, от воздействия низких температур. Тот слой жидкости, который расположен прямо под ледяной коркой, имеет температуру всего 0 градусов. А вот более нижний слой отличается повышенной температурой, которая колеблется в пределах +4 градусов.

Ознакомьтесь с нашей публикацией Где находятся черные леса?

Если температура воздуха продолжает снижаться, лед становится толще. При этом охлаждается тот слой, который расположен непосредственно подо льдом. При этом вся вода не промерзает, так как она отличается повышенной температурой.

Кроме этого, важным условием образования ледяной корки является то, что низкая температура должна удерживаться на протяжении длительного времени, иначе лед не успеет образоваться.

Как образуется лед?

При снижении температуры плотность жидкости снижается. Именно этим и объясняется то, что более теплая вода находится снизу, а холодная - сверху. Воздействие холода провоцирует расширение и уменьшение плотности, в результате на поверхности образуется ледяная корка.

Благодаря таким свойствам воды, в нижних слоях удерживается температура +4 градуса. Этот температурный режим идеально подходит для жителей глубин водоемов (как рыб, так и моллюсков, растений). Если температура снизится, они погибнут.

Интересно то, что в теплое время года все наоборот - температура водоема на поверхности гораздо выше, чем на глубине. То, насколько быстро будет замерзать вода, зависит от того, сколько в ее составе присутствует солей. Чем выше концентрация соли, тем хуже она замерзает.

Ледяная корка способствует удерживанию тепла, поэтому вода под ней немного теплее. Лед препятствует пропусканию воздуха в нижний слой, что способствует сохранению определенного температурного режима.

Если ледяная корка толстая и водоем имеет достаточную глубину, вода в нем не будет промерзать полностью. Если же ее немного, есть вероятность того, что при воздействии низких температур промерзнет весь водоем.

Русская народная традиция - купаться в проруби в Крещенье, 19 января, привлекает все больше и больше людей. В этом году в Петербурге были организованы 19 прорубей, называемых «купель» или «иордань». Проруби были хорошо оснащены деревянными мостками, везде дежурили спасатели. И интересно, что, как правило, купающиеся люди говорили журналистам, что они очень довольны, вода теплая. Я сама не купалась зимой, но знаю, что вода в Неве действительно, по данным измерений была + 4 + 5 °С, что значительно теплее температуры воздуха - 8 °С.

Тот факт, что температура воды подо льдом на глубине в озерах и реках выше нуля на 4 градуса известен многим, но, как показывают обсуждения на некоторых форумах, не все понимают причину этого явления. Иногда повышение температуры связывают с давлением толстого слоя льда над водой и изменением в связи с этим температуры замерзания воды. Но большинство людей, успешно изучавших физику в школе, уверенно скажут, что температура воды на глубине связана с известным физическим явлением - изменением плотности воды с температурой. При температуре +4°С пресная вода приобретает свою наибольшую плотность .

При температурах вблизи 0 °С вода становится менее плотной и более легкой. Поэтому при охлаждении воды в водоёме до +4 °С прекращается конвекционное перемешивание воды, дальнейшее её охлаждение происходит только за счет теплопроводности (а она у воды не очень высокая) и процессы охлаждения воды резко замедляются. Даже в лютые морозы, в глубокой реке под толстым слоем льда и слоем холодной воды всегда будет вода с температурой +4 °С. До дна промерзают лишь мелкие пруды и озера.

Мы решили разобраться, почему при охлаждении вода ведет себя так странно. Оказалось, что исчерпывающее объяснение этому явлению еще не найдено. Существующие гипотезы не нашли пока экспериментального подтверждения. Надо сказать, что вода — не единственное вещество, имеющее свойство расширяться при охлаждении. Подобное поведение характерно также для висмута, галлия, кремния и сурьмы. Однако именно вода вызывает наибольший интерес, поскольку является веществом, очень важным для жизнедеятельности человека и всего растительного и животного мира.

Одна из теорий - существование в воде двух типов наноструктур высокой и низкой плотности, которые изменяются с температурой и порождают аномальное изменение плотности. Ученые, изучающие процессы переохлаждения расплавов, выдвигают следующее объяснение. При охлаждении жидкости ниже температуры плавления внутренняя энергия системы уменьшается, подвижность молекул снижается. В то же самое время усиливается роль межмолекулярных связей, за счет которых могут формироваться разнообразные надмолекулярные частицы. Опыты ученых с переохлажденным жидким о_терфенилом позволили предположить, что в переохлажденной жидкости со временем может образовываться динамическая «сетка» из более плотно упакованных молекул. Эта сетка разделяется на ячейки (области). Молекулярные переупаковки внутри ячейки задают скорость вращения молекул в ней, а более медленная перестройка самой сетки приводит к изменению этой скорости во времени. Что-то подобное может происходить и в воде.

В 2009 г. японский физик Масакадзу Мацумото, используя компьютерное моделирование, выдвинул свою теорию изменения плотности воды и опубликовал ее в журнале Physical Review Letters (Why Does Water Expand When It Cools?) («Почему вода при охлаждении расширяется?»). Как известно, в жидкой форме молекулы воды посредством водородной связи объединяются в группы (H 2 O) x , где x — количество молекул. Наиболее энергетически выгодно объединение из пяти молекул воды (x = 5) с четырьмя водородными связями, в котором связи образуют тетраэдральный угол, равный 109,47 градуса.

Однако тепловые колебания молекул воды и взаимодействия с другими молекулами, не входящими в кластер, препятствуют такому объединению, отклоняя величину угла водородной связи от равновесного значения 109,47 градуса. Чтобы как-то количественно охарактеризовать этот процесс угловой деформации, Мацумото с коллегами, выдвинули гипотезу о существовании в воде трехмерных микроструктур, напоминающих выпуклые полые многогранники. Позднее, в следующих публикациях, такие микроструктуры они назвали витритами. В них вершинами являются молекулы воды, роль ребер играют водородные связи, а угол между водородными связями — это угол между ребрами в витрите.

Согласно теории Мацумото, существует огромное разнообразие форм витритов, которые, как мозаичные элементы, составляют большую часть структуры воды и которые при этом равномерно заполняют весь ее объем.

На рисунке шесть типичных витритов, образующих внутреннюю структуру воды. Шарики соответствуют молекулам воды, отрезки между шариками обозначают водородные связи. Рис. из статьи Masakazu Matsumoto, Akinori Baba, and Iwao Ohminea.

Молекулы воды стремятся создать в витритах тетраэдральные углы, поскольку витриты должны обладать минимально возможной энергией. Однако из-за тепловых движений и локальных взаимодействий с другими витритами, некоторые витриты принимают структурно неравновесные конфигурации, которые позволяют всей системе в целом получить наименьшее значение энергии среди возможных. Такие назвали фрустрированными. Если у нефрустрированных витритов объем полости максимален при данной температуре, то фрустрированные витриты, напротив, обладают минимально возможным объемом. Компьютерное моделирование, проведенное Мацумото, показало, что средний объем полостей витритов с ростом температуры линейным образом уменьшается. При этом фрустрированные витриты значительно уменьшают свой объем, тогда как объем полости нефрустрированных витритов почти не меняется.

Итак, сжатие воды при увеличении температуры, по мнению ученых, вызвано двумя конкурирующими эффектами — удлинением водородных связей, которое приводит к увеличению объема воды, и уменьшением объема полостей фрустрированных витритов. На температурном отрезке от от 0 до 4°C последнее явление, как показали расчеты,преобладает, что в итоге и приводит к наблюдаемому сжатию воды при повышении температуры.

Это объяснение основано пока только на компьютерном моделировании. Экспериментально его очень трудно подтвердить. Исследование интересных и необычных свойств воды продолжается.

Источники

О.В. Александрова, М.В. Марченкова, Е.А. Покинтелица «Анализ термических эффектов, характеризующих кристаллизацию переохлажденных расплавов» (Донбасская национальная академия строительства и архитектуры)

Ю. Ерин. Предложена новая теория, объясняющая, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается (

ПРУД ЗИМОЙ

Дата: 12.1.10 | Раздел: Водоемы

С наступлением холодов все в саду замирает. Однако следует помнить, что в замерзших прудах будут зимовать рыбки и другая живность. Нужно основательно подготовить пруд к зиме, это особенно важно для водоемов глубиной около 1 метра.

Когда температура воды опускается до 8 °С, жив­ность, обитающая в пруду, переходит в состоя­ние глубокого сна. В зависимости от темпера­туры воды нужно постепенно снижать порцию корма. В этот период у рыб притупляются вкус и обоняние, они реагируют только на движение воды, перепады давления и прикосновения. Они опускаются на дно, выбирая самые глубо­кие и теплые места водоема - там они прово­дят всю зиму. На глубине 1 метра температура воды примерно 5 °С - этого вполне достаточно, чтобы рыбки смогли перезимовать. Однако в местах, где скапливаются живые организмы, очень часто не хватает кислорода. Если пруд долгое время находится подо льдом, то газы не выходят наружу и рыбы могут погибнуть.

Перед первыми заморозками

Об условиях зимовки рыб в водоеме следует подумать за pa нее до наступления первых замо­розков. Осенью совсем не обязательно срезать тростник и камыш. Благодаря колыхающимся от ветра растениям вода в том месте, где они растут, замерзнет в самый последний момент.

Чтобы не весь пруд покрылся льдом, стоит выпустить на воду так называемый пенопласто­вый поплавок(продается в специализированных садовых магазинах). Эта конструкция состоит из кольца и крышки (крышку следует убрать, если необходимо открыть лунку во льду). Вода под кольцом не замерзнет, если нижняя часть будет погружена на глубину не менее 10 см. В коль­це находятся специальные камеры, в которые можно насыпать песок или камни. Когда тем­пература опустится до -8 °С, лунка под крыш­кой замерзает. Тогда в пенопластовый поплавок необходимо вмонтировать специальный нагре­ватель или компрессор. Также в поплавок можно закладывать пучки рубленого тростника, благо­даря которому вода в лунках не замерзнет и воз­обновится процесс газообмена.

На ледяной глади

Во время сильных морозов льдом покроется вся поверхность пруда. В нескольких местах необходимо сделать лунки. Для сверления лунок в толстом льду лучше всего подойдет коло­ворот, или ледобур, который вырезает отверстия диаметром около 1 5 см даже в самом тол­стом льду. Чем больше лунка, тем лучше. Чтобы проруби не замерзали, в лунки можно положить пучки тростника.

Первая зимовка

Если водоем, заселенный рыбками, был обу­строен только в этом сезоне, то первая зимовка может стать серьезным испытанием, из кото­рого нужно будет извлечь необходимые уроки. Например, неправильное и чрезмерное корм­ление обитателей вашего водоема могло при­вести к засорению дачного прудика. Бесспорно, это усложнит зимовку ваших рыбок. Им также придется побороться за выживаемость, если при заселении вы нарушили рекомендуемые нормы: на каждую рыбку длиной 10-15 см должно приходиться не менее 50 литров воды. Покупая питомцев для своего рукотворного пруда, не забывайте узнавать, каков макси­мальный размер взрослой особи. Одно из глав­ных условий здоровой зимовки - достаточное количество кислорода. Преимущества имеют водоемы с большей поверхностью, но они при этом не должны быть мелкими, иначе есть опас­ность полного промерзания.

Как сделать поплавок

Из куска пенопласта необходимо вырезать кольцо диаметром 40-50 см. Внутренний диаметр будет зависеть от тол­щины пучка тростника , который необхо­димо вставить в сере­дину . Чем больше кольцо , тем лучше . Тростник , длина которого составляет примерно 60 см, необходимо поме­стить в пенопласт в виде плотного пучка так , чтобы 2/3 его длины находились под водой . Кольцо следует опустить на воду перед тем , как водоем замерзнет . Чтобы кольцо не дрейфовало , его необходимо зафиксировать на поверхности воды при помощи «якоря» из обломка кирпи­ча , привязанного к поплавку . Так как гиря будет лежать на дне , длина лески должна быть боль ше , чем глубина водоема .

Сложная проблема в домашнем рыбоводстве - это перезимовка рыбы.

Рыбоводы-любители применяют разнообразные приемы для предотвращения зимнего замора. Чаще всего после замерзания водоема, когда лед имеет толщину 1,5 - 2,5 см, прорубают лунку и через нее откачивают воду. Образовавшаяся воздушная полость между поверхностью воды и льдом высотой 15 - 20 см насыщает кислородом воду. Лунку во

льду закрывают, утепляют, чтобы холод не проникал к поверхности воды и не заморозил ее снова. Полезно в этом случае утеплить лед снегом.

Можно организовать зимовку рыбы по-другому. С наступлением осеннего похолодания при температуре воды ниже 8° рыба перестает кормиться. Пруд освобождают от воды. Часть рыб (декоративные и предназначенные на доращивание) помещаю в зимовальную яму. Это бетонный колодец диаметром 70 см, глубиной 2,5 м, где она находится до весеннего снеготаяния, то есть до конца марта следующего года. Уровень воды в нем в течение зимы уменьшается с 2,2 до 1,7 м. Вырытая в непромерзающем болотистом грунте, закрытая сверху деревянным шитом, а зимой и снегом, зимовальная яма-колодец сохраняет внутри плюсовую температуру всю зиму. Вода в ней не замерзает и кислород из надводной воздушной прослойки свободно обогащает воду, спасая рыбу от замора. Долго я искал и спрашивал на форумах о разнообразных приемах для предотвращения зимнего замора,и вот нашел как раньше спасали без электричества.Это где приспустить можно воду из подо льда а лед задержат мелководья и бугринки подо льдом,и будут пустоты заполненые воздухом.