Vesi käyttäytyy usein täysin epätavalliselta, ei ollenkaan kuin suurin osa muista aineista. Kaikkien fysiikan lakien mukaan kiinteässä aggregaatiotilassa olevan aineen tulisi olla raskaampaa kuin nestemäinen analogi, ja siksi jään olisi pitänyt olla pohjassa.
Mutta siitä huolimatta se kelluu päällä, ja sen alla oleva vesi ei ole vain nestemäinen, vaan myös sopiva elävien olentojen talvehtimiseen. Jos kaikki olisi erilaista ja jään kerääntyisi pohjaan, elämän säilyttäminen vedessä olisi mahdotonta. Loppujen lopuksi lammet jäätyisivät kokonaan joka talvi. Mikä suojaa lampia ja miksi vesi jää jäätymättä?
Miksi jään ei uppoa?
Jään kelluvuus varmistetaan sillä, että jäätyessä sen tiheys pienenee kuin ympäröivän veden tiheys. Se hankkii kidehilan, ja on usein rikastettu ilmakuplilla, jotka antavat sille uuden nostemarginaalin. Vesisäiliöiden reunasta muodostuu kansi, joka vähitellen ryntää kohti keskustaa. Jään alkuperäinen paksuus ja lujuus on pieni, mutta ne voivat nopeasti kasvaa kylmällä säällä.
Mielenkiintoinen fakta: vahvimmalla jäällä, jolla voit turvallisesti kävellä, on sinertävä tai vihertävä sävy. Jos jää on valkoinen, se on puoliksi kestävämpi, ja jos harmaa, siinä ei ole syytä astua siihen. Jos heität pala jäätä veteen, se menee ensin pohjaan. Tulevaisuudessa se kuitenkin sulaa hieman, sen ympärillä oleva vesi paksenee ja kelluu.
Miksi vain lammen yläosa jäätyy?
Teoriassa mikä tahansa vesistö voi jäätyä kääntyen jäähän aivan pohjaan. Käytännössä pieni järvi, jonka enimmäissyvyys on 3 metriä, ei jäätynyt pohjaan edes kovassa Venäjän talvella, puhumattakaan muista vesistöistä. Tämä johtuu juuri jäästä, joka voi tarjota merkittävän suojan hypotermiaa vastaan. Ymmärtääksesi vivahteet, sinun on pohdittava, kuinka veden jäähdytys tapahtuu.
Kun vesimassat saavuttavat +4 asteen rajan, alkaa intensiivinen kerrosten siirtämissäiliö säiliössä. Kylmät kerrokset alkavat nousta, koska niiden tiheys veden erityispiirteet huomioon ottaen on alhaisin. Lämmin massa kerääntyy säiliön pohjaan. Ylemmissä kylmissä kerroksissa alkaa jäänmuodostuksen prosessi, joka peittää vähitellen koko pinnan. Tämän jälkeen veden jäähtyminen käytännössä pysähtyy.
Tuulen ei enää voi sekoittaa jäätä olevaa vettä, kaikki kerrokset pysyvät ehjinä - etenkin pysähtyneissä tai hitaasti virtaavissa vesissä. Jään alhainen lämmönjohtavuus luo eräänlaisen tyynyn, joka suojaa säiliön lisäjäähdytykseltä. Kuitenkin myös veden lämmönjohtavuus on alhainen.
Vesimassat pysyvät kirjaimellisesti peräsimällä jääkuoren alla lämpimään aikaan, ja kaikki vedenalaiset asukkaat voivat talvella ilman ongelmia. Ainoa vaikea hetki heille on happivaje, koska jää erottaa veden pinnan ilmasta ja estää sen kyllästymisen tällä tärkeällä aineella.Siksi talvella kalat kynsivät toisinaan reikiä tai muita reikiä jäässä - ne ovat vain tukkoja.
Mielenkiintoinen fakta: Jään ja veden ainutlaatuisten ominaisuuksien vuoksi järviä on olemassa jopa Antarktis. Joten yksi heistä, Vostok, sijaitsee 4 km paksuisen jääkerroksen alla. Tällä hetkellä ei ole selvää, asuuko siinä eläviä olentoja.
Jotkut eläinlajit hibernoivat suoraan alkuperäisten järvien jäässä - esimerkiksi sammakot, newt. Fysiologisten ominaisuuksien ansiosta ne voivat jäätyä vartaloihin ilman riskiä elämälle, ja myöhemmin keväällä sulattamisen jälkeen ne voivat elää uudelleen kuten ennenkin. Luonnolliset jäätymisenestoaineet soluissa sulkevat pois akuutin jään kiteisen muodostumisen molemmissa niistä jäätymisen aikana. Juuri tämä kide tuhoaa elävän solun, mikä johtaa sen kuolemaan ja kyvyttömyyteen sulaa aiemmassa muodossaan. Sammakkoeläimet eivät pelkää pakkasta ja jäätymistä.
Siten säiliön yläreunaa pitkin muodostettu jää suojaa sitä edelleen jäätymiseltä sen alhaisen lämmönjohtavuuden vuoksi. Teoriassa jopa valtameret voivat jäätyä pohjaan, mutta lämpötilojen tulisi olla erittäin alhaisia. Käytännössä vain läiskät ja hyvin matalat vesimuodostumat jäätyvät kokonaan, ja lisäksi matalia lampia ja järviä voi jäätyä täysin ankarien talvien aikana. Tavallisissa olosuhteissa vettä, jolla on pieni plus lämpötila-indikaattori, säilytetään aina jääkerroksen alla.