Vanduo dažnai elgiasi visiškai neįprastai, visai ne taip, kaip dauguma kitų medžiagų. Pagal visus fizikos dėsnius kieto būvio agregatinė medžiaga turėtų būti sunkesnė nei skystas analogas, todėl ledas turėjo būti apačioje.
Tačiau nepaisant to, jis plūduriuoja viršuje, o vanduo po juo išlieka ne tik skystas, bet ir tinkamas gyvų būtybių žiemoti. Jei viskas būtų kitaip, o dugnas kauptųsi ledo, gyvybės išsaugoti vandenyje būtų neįmanoma. Galų gale, tada tvenkiniai kiekvieną žiemą visiškai užšaltų. Kas apsaugo tvenkinius ir kodėl vanduo neužšąla?
Kodėl nenusileidžia ledas?
Ledo plūdrumą užtikrina tai, kad užšalus jo tankis tampa mažesnis nei aplinkinio vandens. Jis įgyja kristalinę gardelę ir dažnai yra praturtintas oro burbulais, kurie suteikia jam papildomą plūdrumo ribą. Nuo rezervuarų krašto susidaro dangtis, pamažu einantis link centro. Pradinis ledo storis ir stiprumas yra nedidelis, tačiau šaltu oru jie gali greitai padidėti.
Įdomus faktas: stipriausias ledas, kuriuo galite saugiai vaikščioti, turi melsvą ar žalsvą atspalvį. Jei ledas yra baltas, jis yra perpus tvirtesnis, o jei pilkas - neverta ant jo lipti. Jei įmetate ledo gabalėlį į vandenį, tada pirmiausia jis eina į dugną. Tačiau ateityje jis šiek tiek ištirps, vanduo aplink jį sutirštės, jis plūduriuoja.
Kodėl užšąla tik tvenkinio viršus?
Teoriškai bet kuris vandens telkinys gali užšalti, virsdamas ledu iki pat dugno. Praktiškai mažas ežeras, kurio didžiausias gylis yra 3 metrai, neužšąla iki dugno net atšiaurią Rusijos žiemą, jau nekalbant apie kitus vandens telkinius. Būtent dėl ledo, kuris gali suteikti didelę apsaugą nuo hipotermijos. Norint suprasti niuansus, būtina apgalvoti, kaip vyksta vandens aušinimo procesas.
Kai vandens masės pasiekia +4 laipsnių ženklą, prasideda intensyvus sluoksnių judėjimo rezervuare procesas. Šalti sluoksniai pradeda kilti, nes jų tankis, atsižvelgiant į vandens specifiką, yra mažiausias. Rezervuaro apačioje kaupiasi šiltos masės. Viršutiniuose šaltuose sluoksniuose prasideda ledo susidarymo procesas, kuris palaipsniui apima ir padengia visą paviršių. Po to vandens aušinimas praktiškai sustoja.
Vandens po ledu nebegali maišyti vėjas, visi sluoksniai lieka nepažeisti - ypač sustingusiuose ar lėtai tekančiuose vandenyse. Mažas ledo šilumos laidumas sukuria savotišką pagalvę, saugančią nuo tolesnio rezervuaro aušinimo. Tačiau vandens šilumos laidumas taip pat yra žemas.
Vandens masės iki pat šiltojo laikotarpio paženklintos kaip ledo apvalkalas, o visi povandeniniai gyventojai gali žiemoti be jokių problemų. Vienintelis sunkus momentas jiems yra deguonies trūkumas, nes ledas atskiria vandens paviršių nuo oro ir neleidžia jam prisotinti šios gyvybiškai svarbios medžiagos.Štai kodėl žuvys žiemą kartais prikaldavo prie gręžtų ar kitų skylių leduose - jos tiesiog užkimštos.
Įdomus faktas: Dėl unikalių ledo ir vandens savybių ežerai egzistuoja net Antarktidoje. Taigi vienas iš jų, „Vostok“, yra po 4 km storio ledo sluoksniu. Šiuo metu neaišku, ar joje gyvena kokie nors gyvi padarai.
Kai kurios gyvūnų rūšys žiemoja tiesiogiai savo vietinių ežerų leduose, pavyzdžiui, varlės, jaunikiai. Fiziologinės savybės leidžia jiems neužšalti kūnus, nekeliant pavojaus gyvybei, o vėliau, atšilus pavasariui, jie gali vėl gyventi kaip anksčiau. Natūralūs antifrizai ląstelėse užšalimo metu užkerta kelią ūmaus ledo kristalų susidarymui kiekvienoje iš jų. Būtent šis kristalas sunaikina gyvą ląstelę, dėl kurios ji miršta ir nesugeba atšilti ankstesne forma. Varliagyviai nebijo šalčio ir užšalimo lede.
Taigi ant viršutinio rezervuaro krašto susidaręs ledas apsaugo jį nuo tolesnio užšalimo dėl mažo šilumos laidumo. Teoriškai net vandenynai gali užšalti iki dugno, tačiau temperatūra tam turėtų būti labai žema. Praktiškai tik pūgos ir labai seklūs vandens telkiniai visiškai užšąla, be to, seklūs tvenkiniai ir ežerai gali visiškai užšalti labai atšiaurių žiemų metu. Įprastomis sąlygomis vanduo su mažu pliuso temperatūros indikatoriumi visada laikomas po ledo sluoksniu.
