Zakaj led plava?

Kaj se dogaja?

Ledena kocka plava, ker enaka količina vode v trdnem stanju zavzame več prostora.

Večina snovi postane gostejša, ko iz tekočine preide v trdno stanje. Voda je posebna. Če primerjamo enako maso vode pred zamrznitvijo in po njej, led zavzame več prostora. Masa ni izginila, razporejena je v večji prostornini, zato je gostota manjša. Telo, ki je manj gosto od tekočine okoli njega, lahko plava.

Kako in zakaj?

Molekule vode v ledu tvorijo pravilnejšo, bolj odprto zgradbo. Gostota se zmanjša.

Molekule vode se v ledu z vodikovimi vezmi povežejo v odprto kristalno mrežo. V tekoči vodi se neprestano premikajo in so lahko v povprečju bližje druga drugi. Zato je led približno devet odstotkov manj gost od tekoče vode. To tudi pojasni, zakaj lahko zaprta, polna steklenica vode v zamrzovalniku poči.

Kako to vemo?

Gostoto merimo s primerjavo mase in prostornine. Po podatkih USGS je led približno devet odstotkov manj gost od tekoče vode.

Preverjanje si lahko predstavljamo kot preprosto meritev: določimo maso in prostornino vode, jo zamrznemo in znova izmerimo. Masa ostane skoraj enaka, prostornina pa se poveča. USGS navaja, da je približno devet desetin ledene gore pod morsko gladino. Vidni vrh zato ne kaže njene prave velikosti.

Zakaj je to pomembno?

Led na površini jezera upočasni nadaljnje ohlajanje vode pod njim in pomaga vodnemu življenju.

Ko jezero začne zmrzovati, led ostane na vrhu in upočasni izgubljanje toplote iz vode pod njim. To ribam in drugim organizmom pomaga preživeti zimo. Če bi led potonil, bi se vodna telesa ohlajala povsem drugače. Ena lastnost molekul ima tako velike posledice za življenje v naravi.

Nenavadna lastnost vode

Pri večini snovi je trdno stanje gostejše od tekočega, saj so delci bližje skupaj. Voda je pomembna izjema. Njene molekule so polarne in med seboj tvorijo vodikove vezi. Pri zmrzovanju nastane kristalna mreža z več praznega prostora kot v tekoči vodi. Masa ostane enaka, prostornina naraste, gostota pa pade. Arhimedov zakon pravi, da ledena kocka plava, ko izpodrine tekočino z enako težo, kot jo ima sama.

Ni dovolj reči samo, da je led »lažji«: kilogram ledu in kilogram vode imata enako maso. Razlikujeta se po prostornini. Gostota tekoče vode je največja približno pri štirih stopinjah Celzija; pri nadaljnjem hlajenju proti ničli se voda spet nekoliko razširi. Pozimi zato hladnejša voda ostaja pri površini, kjer najprej nastane led, globlji deli jezera pa lahko ostanejo tekoči. Led in sneg še dodatno upočasnita izgubo toplote.

Ta lastnost oblikuje reke, jezera in polarno podnebje. V zaprti cevi lahko voda med zmrzovanjem ustvari velik tlak in poškoduje material. V naravi plavajoči led vpliva na izmenjavo toplote in svetlobe med vodo in zrakom. Morski led ni enak ledeni gori: ledena gora prihaja s kopenskega ledenika, morski led pa nastane na površju oceana. Njuno taljenje zato nima enakega neposrednega učinka na višino morja.

Še ena pomembna podrobnost

Plovnost lahko natančneje opišemo z Arhimedovim zakonom. Ko se ledena kocka pogreza v kozarec, izpodriva vedno več vode in vzgon narašča. Ustavi se, ko je vzgon enak njeni teži. Ker je led manj gost, ni treba, da se potopi vsa kocka; vrh ostane nad gladino. Pri ledeni gori je največji del lahko skrit pod vodo, kar je nevarno za ladje. Slana morska voda je nekoliko gostejša od sladke, zato je položaj ledu v obeh malce drugačen. Razlike so merljive, čeprav osnovno načelo ostane enako.