Dacă pui o bucată de metal pe suprafața unui lac, aceasta se va scufunda. Dar gheața, chiar și în cantități mari, precum este cazul ghețarilor, plutește. De ce plutește gheața?
Pe de altă parte, așa cum toți am observat pe timpul iernii, lacurile au tendința de a îngheța la suprafață atunci când temperaturile exterioare ating zero grade Celsius ori sunt mai mici. De ce nu îngheață lacul cu totul? De nu îngheață de la fund către suprafață?
Cele două întrebări din titlu sunt conectate, pentru că explicația are legătură cu modul în care se comportă apa la diverse temperaturi.
Apa este mai densă ca lichid decât ca solid. Așadar, gheața plutește
Dacă puneți metal topit într-o formă, după ce se răcește, metalul se comprimă. Lava unui vulcan, de asemenea, se comprimă după ce se răcește. Dar dacă puneți apă într-un recipient, apa, pe măsură ce îngheață, se dilată. Asta face ca o sticlă să se spargă, în congelator, dacă lichidul îngheață. De ce? Pentru că, spre deosebire de cele mai multe substanțe, apa este mai densă în stare lichidă decât în stare solidă.
De ce este gheața este mai puțin densă decât apa în stare lichidă? Din cauza modului în care formează o structură cristalină hexagonală. Fiecare moleculă de apă este formată dintr-un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen care formează legături cu atomi de oxigen și hidrogen ai altor molecule de apă. Alinierea moleculelor de apă în acest model ocupă mai mult spațiu decât în cazul apei lichide, așa cum puteți vedea în imaginea mai jos.
credit imagine: Biological Science, 6th edition, editura Pearson
Dacă lucrurile nu ar astfel, gheața s-ar scufunda, ar ajunge pe fundul lacurilor și oceanelor după formare și cel mai probabil ar sta sub forma asta pentru un timp îndelungat, cum temperaturile sunt mai scăzute la adâncimi mari. Dacă gheața nu ar pluti, probabil că viața nu ar fi apărut, dat fiind că oceanele lumii ar fi fost înghețate.
Stând la suprafața apei, gheața are și rol de izolator, menținând o temperatură cât de cât constantă (în raport cu aerul ambiant) al apei de sub stratul de gheață.
Am lămurit deci de ce plutește gheața. Dar de ce îngheață lacurile de sus în jos?
Apa are următoarea proprietate: până atinge temperatura de 4 grade Celsius, pe măsură ce se răcește, devine mai densă și se scufundă, coboară către fundul lacului. Densitatea maximă a apei este, așadar, la 4 grade Celsius. Pe măsură ce temperatura apei scade mai departe, un strat mai stabil și mai ușor de apă se formează la suprafață apei. Odată atinsă temperatura de îngheț (zero grade Celsius), gheața începe să se formeze. Lacurile au tendința de a îngheța de la mal către centru, pentru că lângă mal răcirea apei are loc mai rapid.
Distribuția temperaturii pe timp de vară și iarnă într-un lac.
Imagine în domeniul public, preluată de pe wtamu.edu. Versiunea în lb. română: scientia.ro
Așadar, în concluzie:
1. Gheața plutește pentru că structura moleculară a gheții ocupă un spațiu mai mare decât structura moleculară a apei în stare lichidă;
2. Lacurile îngheață la suprafață pentru că: a) pe măsură ce stratul de suprafață al apei se răcește, apa devine mai densă și se scufundă; b) apa de la suprafață formează gheață, care stă la suprafață, dată fiind densitatea mai mică și c) gheața oferă un strat izolator pentru apa de sub aceasta.
Bibliografie:
· Britannica
· Why does ice form on the top of a lake?
· Biological Science, 6th edition, editura Pearson
