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自然科学知识——十万个为什么
之 自然科学知识

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河水是怎样结冰的?

  我们在课本上学到,当温度降到0℃时水就会变成冰。但实际情况并非如此简单。一方面自然界中的水不是纯净的水,里面溶解了很多物质,水的凝固点降低,水需在0℃以下才能冻结;另一方面,当温度刚好由零度以上降到0℃时,水是不会结冻的,因为结冰时放出的潜热很大,如果正好是冰点,刚生成的冰晶又会很快融化掉。所以,一般温度在零度以下河水才出现冻结现象。

  静水结冰需要较甚的过冷,实验室里曾经记录到蒸馏水过冷到-20℃还不见冰晶出现的数据。一般静水冷却到4℃后,水面继续降温,仅能使表层发生冷却,底层在较长时间里还是维持在4℃的温度,所以静水冻结是从水面开始的。

  初冬时节河流淌凌是河流开始结冰的最初阶段。河水是汹涌流动的,流水结冰过程与静水很不相同。流水由于处在流动状态,紊流扰动强,不仅表层冷却迅速,就是底层也同时降温,水面和水内几乎可以同时结冰。大多数研究者认为,河流结冰是同时在水面和水中发生的。理由是河流混合作用强,在结冰前河水上下都能达到大体相同的温度,只要有结晶核,就可以在任何地方开始结冰。底冰的存在证明了这种理论的可能性。

  河流封冻有二种情况。一种是从岸边开始,先结成岸冰,向河心发展,逐渐汇合成冰桥,冰桥宽度扩展,使整个河面全被封冻。还有一种是流冰在河流狭窄或浅滩处形成冰坝后,冰块相互之间和冰块与河岸之间迅速冻结起来,并逆流向上扩展,使整个河面封冻。

  当大地回春,气温升高的时候,河流里的冰开始化解,分解的冰块随着河水向下流动,河流开封。但是并不是所有的河冰都这样斯斯文文地解冻,让河流顺利开河,有时候解冻来得很快,特别是气温猛升或水位暴涨,大块冰凌汹涌而下,这样就容易造成冰凌。科学家们给这两种河流开河方式起了很有趣的名字,对于慢慢的解冻的开河方式叫“文开”河,对于迅速解冻容易引起冰凌的开河方式叫“武开”河。

  由南向北的河流特别容易发生武开河。当上游已是春光明媚,下游还是冰封千里的时侯,融水带着冰凌顺流而下,时而阻塞,水位抬高,时而溃决,横冲直撞,使下游冰层遽然胀破,于是形成巨大的冰排,向下猛冲,对桥梁堤坝危害严重。冰凌对桥墩威胁最大。春季淌凌时出现大冰排威胁桥墩时,需要用飞机或其它措施把冰排炸碎。

  由冰凌壅塞引起的暂时涨水,叫做凌汛。黄河上游从宁夏到内蒙的河套段和下游在山东入海的地方,由于河段北流,经常出现凌汛。凌汛期间易出险情,一是凌汛来势猛烈,二是地冻未消,取土抢险困难。据统计,解放前,黄河改道后的百余年间,仅山东境内因凌汛决口就有35次之多,给沿岸人民造成很大的损失和痛苦。



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