Вода закипает при температуре 100 °С и замерзает при 0 °С: казалось бы, это общеизвестный и общепринятый факт, который не терпит возражений. Впрочем, по словам учёных, не всё так просто и прямолинейно – кипение или замерзание воды может происходить при различных температурах, в зависимости от условий протекания этих процессов. В нашей статье мы рассмотрим случаи, в которых привычные нам правила поведения воды не сработают.

Для закипания температура воды не обязана достигать 100 °С, однако при этом жидкость должна находиться в месте с наименьшей плотностью воздуха. Точка кипения отчасти зависит от влажности атмосферы, а также от точного химического состава, поскольку наличие примесей вносит свои коррективы. Однако решающим фактором для данного процесса всё же является степень разрежения воздуха, контактирующего с поверхностью воды. Ни для кого не секрет, что данный показатель меняется по мере увеличения высоты над уровнем моря. Соответственно, на вершине горы чайнику воды требуется меньшая температура для кипения, поскольку с разрежением воздуха падает и давление атмосферы на поверхность воды. Как следствие, воде нужно меньше тепловой энергии для начала испарения.

По данным Лунно-планетного института, на Земле, по крайней мере, вне лабораторных условий, самая низкая температура кипения воды – совершенно ожидаемо – наблюдается на вершине горы Эверест, на высоте 8849 метров над уровнем моря. Вода на Джомолунгме закипает уже при 68 °С. Таким образом, после сложнейшего восхождения альпинистам не видать добротного чая или кофе, ведь даже самые деликатные сорта чая – зелёный, белый или улун – завариваются при температуре 75-80 °С, а кофейный напиток требует не менее 85 °С.

Что же касается замерзания чистой воды, то тут всё одновременно гораздо проще и сложнее. Процесс, при котором молекулы образуют неподвижные кристаллообразные структуры, гораздо меньше зависит от давления и плотности атмосферы, и практически по всей планете вода замёрзнет при температуре около 0 °С. Нельзя сказать, что фактор давления столь уж незначителен. Однако вне лабораторий на Земле не существует таких значений этого параметра, которые могли бы существенно сдвинуть точку замерзания. К примеру, в самой глубокой точке Земли – в Бездне Челленджера в юго-западной части Марианской – давление в 1000 раз превышает давление воздуха на уровне моря, но для повышения температуры замерзания нужно, чтобы его значение было примерно в 10 000 раз выше.

Тем не менее даже на уровне моря на суше может образоваться лёд, когда температура воздуха немного превышает точку замерзания – всё благодаря феномену радиационного охлаждения. Это явление на протяжении многих веков позволяло жителям пустынных регионов производить лёд, не имея доступу к отрицательным температурам или холодильному оборудованию. Если в безоблачную ночь наполнить мелкий широкий сосуд или бассейн водой, то к утру вода в нём заледенеет, хотя температура воздуха так и не опустится до 0 °С.

Дело в том, что в пустыне воздух над поверхностью воды будет иметь низкий уровень влажности, что способствует испарению жидкости. Поскольку при испарении вода «отдаёт» тепло воздуху, температура общей водяной массы постепенно понижается. Кроме того, жидкость напрямую излучает тепло в атмосферу. Хотя непосредственно возле сосуда или бассейна с водой температура воздуха может немного превышать точку замерзания, в безоблачную ночь температура воздуха на высоте нескольких километров достигает 40 °С ниже нуля. Потому тепловая энергия относительно тёплой воды устремляется в леденящее ночное небо. Сочетание обоих механизмов позволяет охладить воду до 0 °С, в то время как окружающий воздух всё ещё будет сохранять температуру на уровне 5 °С.