Попадание микропузырьков в область повышенных гидродинамических давлений при кавитации приводит к их схлопыванию , к возникновению различных химических продуктов реакций: перекисей, озона и т. п. Разрыв пузырьков на поверхности в значительной степени аналогичен этим явлениям. В обоих случаях возникают кратковременные перепады давлений в сотни атмосфер, обусловленные возникновением огромных градиентов электрического поля при разделении зарядов двойного слоя. Таким образом, внесение продуктов подобных реакций в воду является одним из механизмов гидрохимических изменений под действием вихревых потоков.

Влияние растворенного газа на свойства воды при плавлении льда. В природных водах при их замерзании сохраняется большое количество газовых пузырьков, так как растворимость газов во льду на два-три порядка ниже, чем в воде. Как отмечается в работе [11], достигнув поверхности, пузырьки газа при своем исчезновении сообщают отрицательный заряд воде, а положительный - воздуху.

Особые физические и биологические свойства талой воды могут быть связаны с различным газосодержанием в ней, т. е. сильной дегазацией (прозрачный лед) и повышенным газосодержанием (матовый лед). Для решения этого вопроса были выполнены следующие эксперименты. Дистиллированную воду в стаканчике замораживали в холодильнике [33]. Через 15-16 ч стаканчик со льдом извлекали из холодильника и плавили лед в течение 20- 30 мин при комнатной температуре. Полученную после таяния воду термостатировали при 20 °С в течение 15-20 мин и измеряли рН и электрическую проводимость. Отличия между водой после таяния и свежеперегнанной водой в этом случае не обнаруживалось. Структура льда определяется скоростью замораживания. В эксперименте [33] скорость охлаждения подбиралась так, что лед имел разную текстуру в верхней и нижней части. Верхняя часть - непрозрачная из-за большого количества газовых пузырьков внутри льда. Нижняя часть - прозрачная, без газовых включений. В дальнейшем измерения электропроводимости и рН производились отдельно для воды, получаемой из нижней части образца и из верхней. Для этого образец предварительно разрезали на две равные части тонкой вольфрамовой проволокой, прогреваемой электрическим током. Проволоку перед употреблением кипятили в дистиллированной воде. Экспериментальные результаты представлены в табл. 3.1.

Время от начала таяния до измерения не превышало 50- 60 мин. В таблицу включены установившиеся значения электропроводимости а и рН, практически не изменявшиеся в течение суток.

Как видно из таблицы, а воды, полученной из верхней части образца, возросла почти в 2 раза по сравнению с контролем, одновременно наблюдается увеличение рН. Для нижней части образца заметно уменьшение этих величин по сравнению с контролем.

Таблица 3.1

Значения электрической проводимости а и водородного показателя рН для воды

Таким образом, свойства воды, полученной из льда с большим содержанием газа, отличаются от свойств воды, полученной из льда с малым содержанием газа. Кроме того, те и другие в свою очередь отличаются от контрольной воды. Перераспределение растворенного в воде газа при замерзании имеет место и в природе.

Электромагнитные явления при замораживании. Воркманом и Рейнольдсом [182] показано, что при неравновесной кристаллизации льда из разбавленных водных растворов электролитов между льдом и раствором возникают электрические потенциалы, на два порядка превышающие межфазные диффузионные потенциалы и составляющие примерно 10 В. Отмечается, что при различных условиях замораживания лед заряжен положительно, а вода отрицательно. Теоретические и экспериментальные вопросы, связанные с этим явлением, рассмотрены в работах [80, 81, 94, 123, 150, 167, 182]. Эти исследования позволили предположить аномально высокие значения диэлектрической проницаемости льда е в процессе его образования на границе вода-лед, что было подтверждено и в экспериментах. По данным лабораторных измерений, при постоянном токе либо при сверхнизких частотах значения е достигают 10-10* и сохраняются значительными в течение длительного времени после замерзания. Аналогичные данные получены и для морского льда, где 10~ 10 [151].

Возникновение столь больших электрических полей на границе лед-вода в области бдв позволяет ожидать влияния этих явлений на поверхностное натяжение лед-вода. С нашей точки зрения, учет этих факторов может быть полезным при оценках процессов инфильтрации воды в мерзлую почву [79] и таяния речного и морского льда.

Столь большие значения е в области сверхнизких частот [80, 81] могут служить причиной возникновения пьезоэлектрических ЭДС, что наблюдалось и в экспериментальных исследованиях [80, 81, 151]. Появление пьезоэлектрической ЭДС при деформации льда и аномально высокие значения его диэлектрической проницаемости позволяют выдвинуть предположение о том, что в естественных массивах льда возникнет электромагнитное излучение той же частоты, что и частота деформирующего воздействия. С нашей точки зрения, в данных эффектах могут сыграть определенную роль и явления трибоэлектричества , возникающего при относительном движении льдин.

Проверка этого предположения [80, 81] выполнялась на высокогорном леднике в районе Эльбруса. Наблюдения производились как при естественных деформациях ледника (растрескивание), так и при искусственно создаваемых сотрясениях льда. Во всех проведенных опытах сейсмоакустический сигнал всегда сопровождался появлением синхронного электромагнитного сигнала значительной амплитуды.

Эффект электромагнитного излучения льда при динамических нагрузках может представить интерес при предсказании разрушительных действий естественных процессов в ледниках, прогноза динамики морских льдов (торошение, разрывы в массивах) и решения ряда других задач.

Изменение характера кристаллизации воды при замораживании в магнитных и электрических полях. При замерзании воды обычно образуются крупные кристаллы. Наличие магнитного поля приводит к образованию более мелких кристаллов в диапазоне температуры от -10 до -30 °С [121, 176]. При напряженности постоянного магнитного поля 3-10 А/м образование кристаллов льда ускоряется. При этом кристаллы льда можно формировать в виде иголок, выстраивая в нужном направлении. Диэлектрический кристаллик обладает электрическим моментом и поворачивается перпендикулярно направлению магнитного поля.

Экспериментально показано [3, 46, 169], что в электрических полях ускоряются процессы замерзания капель воды. При этом начало замерзания капель, скорость замораживания зависят от знака постоянного потенциала, подаваемого на лед. Так как капли предварительно не дегазировались, в них возникали пузырьки газа, которые мигрировали в электрическом поле, что привело к значительной нестабильности результатов и разрыву капель при замораживании.

3.4. Роль вторичного космического излучения в гидрологических процессах

Состав и вариации во времени и пространстве вторичных космических лучей, достигающих природных водных объектов. На поверхность Земли попадают лишь вторичные продукты ядерных