河水結(jié)冰與河流解凍

在通常情況下，鐵是固體，水是液體，氧氣是氣體，物質(zhì)處于哪種狀態(tài)，跟溫度有關(guān)，溫度改變時(shí)。物質(zhì)可以由一種狀態(tài)變成另一種狀態(tài)，物質(zhì)由一種狀態(tài)變成另一種狀態(tài)，叫做物態(tài)變化，如水在放熱(溫度降低)時(shí)可以凝固成冰，冰在吸熱(溫度升高)時(shí)可以熔化成水，可見，河水結(jié)冰與河流解凍屬于物態(tài)變化中的凝固和熔化現(xiàn)象。

同學(xué)們肯定都有這樣的生活經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)溫度降低到0℃時(shí)水就會(huì)凝固成冰，但實(shí)際情況并非如此簡(jiǎn)單，一方面自然界中的水不是很純凈的，水里面溶解了很多其他物質(zhì)，水的凝固點(diǎn)就會(huì)降低，水需在0℃以下才能凝固成冰：另一方面，當(dāng)溫度剛好由0℃以上降低到0℃時(shí)，水是不會(huì)凝固成冰的，因?yàn)樗坛杀鶗r(shí)放出的熱量是很多的，如果正好是0℃的凝固點(diǎn)，那么水剛凝固成的小冰晶又會(huì)很快被熔化掉，所以，一般溫度在0℃以下的河水才會(huì)出現(xiàn)凝固現(xiàn)象。

不流動(dòng)的水(靜水)凝固時(shí)需要較低的溫度，實(shí)驗(yàn)室里曾經(jīng)記錄到蒸餾水冷卻到－20℃還不見冰晶出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，一般靜水冷卻到4℃后，水面繼續(xù)降溫，僅能使水面表層發(fā)生冷卻，底層在較長(zhǎng)時(shí)間里還是維持在4℃的溫度，所以靜水凝固是從水面開始的。

初冬時(shí)節(jié)河流淌凌(流淌的冰凌)是河流開始凝固成冰的最初階段，河水是流動(dòng)的，流動(dòng)的水凝固成冰的過(guò)程與靜水很不相同，流水由于處在流動(dòng)狀態(tài)，不僅水的表層冷卻迅速，就是底層也同時(shí)降溫，水面和底層幾乎可以同時(shí)凝固成冰，大多數(shù)研究者認(rèn)為，河水結(jié)冰是同時(shí)在水面和水中發(fā)生的，理由是河流混合作用強(qiáng)，在結(jié)冰前河水上下都能達(dá)到大體相同的溫度，只要有結(jié)晶核，就可以在任何地方開始結(jié)冰。

河流封凍有兩種情況，一種是從岸邊開始，先結(jié)成岸冰，然后向河心發(fā)展，逐漸匯合成冰橋，冰橋?qū)挾葦U(kuò)展，使整個(gè)河面全被封凍，還有一種是流冰在河流狹窄或淺灘處形成冰壩后。冰塊相互之間和冰塊與河岸之間迅速凍結(jié)起來(lái)，并逆流向上擴(kuò)展，使整個(gè)河面封凍。

上面介紹了關(guān)于河水結(jié)冰的現(xiàn)象，下面講講關(guān)于河流解凍的問(wèn)題。

當(dāng)大地回春，氣溫升高的時(shí)候，河流里的冰開始熔化，熔化的冰塊隨著河水向下流動(dòng)，河流開封，但是并不是所有的河冰都這樣斯斯文文地解凍，讓河流順利開河，有時(shí)候解凍來(lái)得很快，特別是氣溫猛升或水位暴漲，大塊冰凌洶涌而下，這樣就容易造成冰凌沖擊，科學(xué)家們給這兩種河流開河方式起了很有趣的名字，對(duì)于慢慢解凍的開河方式叫“文開”河，對(duì)于迅速解凍容易引起冰凌沖擊的開河方式叫“武開”河。

由南向北的河流特別容易發(fā)生“武開”河，當(dāng)上游已是春光明媚，下游還是冰封千里的時(shí)候，冰熔化成的水帶著冰凌順流而下，時(shí)而阻塞，抬高水位，時(shí)而潰決，橫沖直撞，使下游冰層遽然脹破，于是形成巨大的冰排，向下猛沖，對(duì)橋梁堤壩危害嚴(yán)重，冰凌對(duì)橋墩威脅最大，春季淌凌時(shí)出現(xiàn)大冰排威脅橋墩時(shí)，需要用飛機(jī)或其他措施把冰排炸碎。

由冰凌壅塞引起的暫時(shí)漲水，叫做凌汛，黃河上游從寧夏到內(nèi)蒙的河套段和下游在山東入海的地方，由于河段北流，經(jīng)常出現(xiàn)凌汛，凌汛期間易出險(xiǎn)情，一是凌汛來(lái)勢(shì)猛烈；二是地凍未消，取土搶險(xiǎn)困難，據(jù)統(tǒng)計(jì)，解放前，黃河改道后的百余年間，僅山東境內(nèi)因凌汛決口就有35次之多，給沿岸人民造成很大的損失和痛苦。

俗話說(shuō)，七九河開，八九雁來(lái)，九九加一九，耕牛遍地走，北方的季節(jié)，七九，河是開不了的，由于地表溫度還沒(méi)有達(dá)到熔化冰的程度。

離岸近的地方，冰下面已經(jīng)空了，托著它的水，悄悄地退去，地表溫度逐漸上升，陽(yáng)光一天熱似一天，冰懷揣著一絲對(duì)冬的涼意，眷戀著逐漸縮小的身軀，憧憬著來(lái)年的冬季，無(wú)可奈何地熔化了，水面越來(lái)越寬，越來(lái)越大：岸邊的冰，越來(lái)越小，冰熔化成了水，水托起了冰，追著離它不遠(yuǎn)的水，冰漂浮在水上，它們又融合了，固態(tài)液態(tài)結(jié)合了，它們本來(lái)就是一家人。

解凍的河流在流著，它們?cè)卺尫胖锪艘欢木?，小河，融入大河，大河又融入更大的河，然后匯集起來(lái)，形成春潮，匯入大海。

下面說(shuō)一說(shuō)一種有趣而奇怪的現(xiàn)象，這種有趣而奇怪的現(xiàn)象是坦桑尼亞的馬干巴中學(xué)三年級(jí)學(xué)生姆潘巴在1963年偶然發(fā)現(xiàn)的，有一天，姆潘巴和幾位同學(xué)一起做冰淇淋，為了搶先，一位同學(xué)將生牛奶加糖后，立即送進(jìn)冰箱的冷凍室；而姆潘巴則按部就班。將牛奶煮沸，放糖后送入冰箱，過(guò)了一段時(shí)間后，姆潘巴發(fā)現(xiàn)，他的熱牛奶已經(jīng)凍結(jié)，而其他同學(xué)的冷牛奶卻還是很稠的液體，這是為什么?姆潘巴百思不得其解，這就是有名的“姆潘巴之謎”，姆潘巴把這特殊現(xiàn)象告訴了達(dá)累薩拉姆大學(xué)的物理學(xué)教授奧斯博爾內(nèi)博士，奧斯博爾內(nèi)聽了姆潘巴的敘述后也感到有點(diǎn)驚奇，但他相信姆潘巴講的一定是事實(shí)，尊重科學(xué)的奧斯博爾內(nèi)又進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果也和姆潘巴的敘述完全相符，這就確切地肯定了在低溫環(huán)境中，熱水此冷水結(jié)冰快，此后，世界上許多科學(xué)雜志載文介紹了這種自然現(xiàn)象，還將這種現(xiàn)象命名為“姆潘巴效應(yīng)”。

人們通常都會(huì)認(rèn)為，一杯冷水和一杯熱水同時(shí)放入冰箱時(shí)，冷水結(jié)冰快，事實(shí)并非如此，現(xiàn)在，一般認(rèn)為，造成“熱水先結(jié)冰”現(xiàn)象的原因有：首先，水在較熱的容器中循環(huán)較好，容器中部的熱水迅速地流向容器壁或流向水的表面；其次，如果水比較熱，就會(huì)放出更多的溶于水中的氣體，溶解的氣體會(huì)推遲冷卻時(shí)間，冷卻前除去溶解的氣體可以使水較快地達(dá)到凝固點(diǎn)；第三，熱水比冷水會(huì)失掉更多的質(zhì)量和蒸發(fā)熱，例如，水從100℃冷卻到0℃，假設(shè)主要的熱損失由蒸發(fā)引起，則其質(zhì)量損失約為16％，因此熱水剩下需要冷卻的質(zhì)量較少，水便更快地達(dá)到凝固點(diǎn)。