Tudja-e, hogy miért nem fagynak be télen fenékig a tavak?

2017.10.18. 14:10

A legkeményebb hideg teleken sem fagynak be a tavak a medrük aljzatáig. Még a sekély vizű tavakban is mindig marad olyan folyékony halmazállapotú vízréteg, amelyben az élővilág, az állatok és a növények túlélik a zord hideget. E jelenség oka a víz más folyadékoktól eltérő, különleges viselkedése.

A legkülönlegesebb tulajdonságokkal rendelkező elem

A víz igen különleges tulajdonságokkal rendelkező anyag. Egyrészt ez az egyetlen olyan folyadék, amely mindhárom halmazállapotban - szilárd, folyékony, és gáz - is megtalálható a földön, de az is egyedi sajátossága, hogy más folyadékoktól eltérően felülről lefelé fagy be.

Téli varázslat a Balatonon

Forrás: Life.hu

A víz sűrűsége 0-4 Celsius-fokig növekszik.

Amikor a felszínen lehűl a víz, a sűrűsége megnő, és lesüllyed,

majd ezután a következő felszíni vízréteg hűl le, és süllyed a mélybe. Ez a függőleges irányú áramlás egészen addig folytatódik, míg a hőmérséklet alul +4 Celsius-fokig süllyed.

Forrás: MTI/Varga György

Ekkor megszűnik az áramlás, mivel a víz odalent eléri a maximális sűrűséget, és ezáltal a felső vízrétegek már nem tudnak lesüllyedni, mert könnyebbé válnak.

Miért felülről lefelé fagy be?

Amikor a tó felszíni vízhőmérséklete eléri a nulla Celsius-fokot, elkezd befagyni, ám e folyamat során a lenti hőmérséklet változatlanul + 4 Celsius-fok marad.

Fagyáskor a víz tágul, térfogata megnő, és mivel a jég sűrűsége kisebb mint a vízé, úszik a tetején.

 

Langyos karsztvízzel elárasztott budai barlang

Forrás: Gonda Rudolf

Ez a magyarázata annak, hogy a víz felülről lefelé fagy be, minden más folyadék pedig alulról felfelé. Fagyáskor a víz sűrűsége 85%-kal csökken.

Miután a jég rossz hővezető, vastagodása relatíve lassú folyamat,

és ha nem túl sekély a tó, alul mindig megmarad a +4 Celsius-fokos vízréteg, amelyben túlél az élővilág, és nem fagy meg.

Ennek köszönhető a földi élet létezése is

A víz felszínét a Nap sugárzása felmelegíti, amely lehatol a mélyebb rétegekbe, és ott elnyelődik. A víznek igen nagy a fajhője, ami azt jelenti, hogy sok hőt képes elnyelni anélkül, hogy jelentősen megváltozna a hőmérséklete.

A víznek igen jó a hőtároló kapacitása

Forrás: MTA ÖK Balatoni Limnológiai Intézet

A víznek a hőkapacitása is kiváló, a felvett hőt nagy mennyiségben képes eltárolni. A mélyebb rétegekben elnyelődött hő hatására a víz kitágul, sűrűsége csökken, ennek tudható be, hogy felemelkedik a felszínre, ahol párolgással leadja az elnyelt hőt. A vizek vertikális hőáramlása állandósult folyamat.

A világtenger hőraktározó képességének tudható be az élet fennmaradása szempontjából nélkülözhetetlen kiegyenlített földi éghajlat

Forrás: Elter Tamás

Lénygében ennek köszönhető a földi élet fennmaradása is, hiszen

a világtenger hőkiegyenlítő hatása nélkül igen szélsőséges hőmérsékletek uralkodnának a bolygón. 

De ez az oka annak is, hogy az édesvizű tavakban a hőmérséklet lefelé egyenletesen csökken.

A jelenség kulcsa az úgynevezett hidrogénkötés

A vízmolekulák közt úgynevezett hidrogénhídkötések vannak, ezek fagyáskor minden molekulára kiterjednek, ezért növekszik meg a térfogat.

A vízmolekulák kapcsolódása a jégkristályban

Forrás: Freshgasflow.com

Amikor 0 fokról melegítjük a vizet, e kötések felszakadnak, és a vízmolekulák közelebb kerülnek egymáshoz, 

ezért növekszik a sűrűség is, egészen +4 Celsius-fokig. Ha a hőmérsékletet tovább növeljük, a vízmolekulák egyre gyorsabban mozognak, és eltávolodnak egymástól, így a víz sűrűsége csökkenni kezd.

Jégheggyé kifagyott víz

Forrás: Andy Rouse/Andy Rouse

A jég belső szerkezetében a vízmolekulák tetraéderes kristályokba rendeződnek,

ekkor a köztük lévő távolság megnő, ezért a vízhez képest a jég sűrűsége csökken. Olvadáskor a jégnek ez a rendezett belső szerkezete összeomlik, a hidrogénkötések felszakadnak.

Olvadó jég a Balatonon

Forrás: Elisabeth Kuky Schmidt

Mivel az olvadás közben nincs már minden vízmolekula a szomszédjához láncolva, a vízmolekulák egyre közelebb kerülnek egymáshoz, és ismét növekedni kezd a sűrűség.

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK