Cuando llega la estación fría, la temperatura comienza a descender. Todos los arroyos, lagos, estanques e incluso ríos se convierten en pistas de patinaje sobre hielo a temperaturas bajo cero. Sin embargo, muchos han notado que el océano no se congela a esta temperatura. Cualquiera que haya estado en el mar en invierno probablemente haya notado que el agua no se congela a una temperatura como en los lagos.
Entonces el océano nunca se congela. Si miras fotografías del Polo Norte o Sur, puedes ver que hay hielo polar en esos lugares. Si el océano se congela en estas áreas, ¿por qué no sucede esto en otros lugares?
El punto de congelación del agua dulce es 0° Celsius o 32° Fahrenheit. La presencia de sal en el agua reduce el punto de congelación. Cuanta más sal haya en el agua, menor será el punto de congelación.
Cuando el agua dulce se congela, las moléculas de agua, compuestas de hidrógeno y oxígeno, se fusionan para formar la estructura cristalina del hielo. La presencia de sal dificulta que las moléculas de agua formen dicha sustancia. Así, la sal que entra en la estructura de la molécula de agua bloquea la formación de hielo. La sal también choca contra el hielo, sacando moléculas de agua de la estructura... y derritiéndola.
Cuando las moléculas de sal desplazan a las moléculas de agua, la velocidad de congelación disminuye. Es por eso que la sal se usa a menudo en carreteras heladas. Hace que sea más difícil de congelar y lo hace más seguro para los automovilistas.
Aunque la salinidad del agua del océano varía, a menudo contiene alrededor de 35 gramos de sal por cada 1000 unidades estándar de agua. Este hecho reduce el punto de congelación del agua de mar a -1,8° Celsius y 28,8° Fahrenheit. Así, el agua del océano se congela, pero para ello es necesario conseguir temperaturas más bajas.
Otro factor que influye en la congelación del agua de mar tiene que ver con el movimiento. A diferencia de un cuerpo de agua, las olas del océano están en constante movimiento y también hay corrientes subterráneas. Esto ayuda a que el agua retenga el calor. Como resultado, solo las regiones muy frías, como el Polo Norte o el Polo Sur, tienden a enfriarse lo suficiente como para congelar el agua.
Cabe señalar que solo una pequeña parte del agua de los océanos se congela. Las moléculas de sal se hunden debajo de la superficie del hielo. Como resultado, el hielo polar es hielo de agua dulce que se puede derretir para beber agua.
Alrededor del 15% de los océanos del mundo están cubiertos por hielo marino durante al menos una parte del año. A primera vista, no tanto, pero esta área tiene unos 10 millones de kilómetros cuadrados de hielo marino.
Otoño profundo. Los días son cada vez más cortos. El sol asomará por un minuto detrás de densas nubes, se deslizará sobre la tierra con su rayo oblicuo y desaparecerá nuevamente. El viento frío camina libremente por los campos desiertos y el bosque desnudo, buscando en otro lugar una flor sobreviviente o una hoja apretada contra una rama para arrancarla, levantarla en alto y luego arrojarla a una zanja, zanja o surco. Por la mañana, los charcos ya están cubiertos de hielo crujiente. Solo que el estanque profundo todavía no quiere congelarse, y el viento todavía ondula su superficie gris. Pero los copos de nieve esponjosos ya están parpadeando. Dan largas vueltas en el aire, como si no se atrevieran a caer sobre el suelo frío e inhóspito. Viene el invierno.
Una fina costra de hielo, que se formó primero cerca de las orillas del estanque, se desliza hacia el centro hacia lugares más profundos, y pronto toda la superficie se cubre con un cristal limpio y transparente de hielo. Las heladas golpearon y el hielo se volvió espeso, casi un metro de espesor. Sin embargo, el fondo todavía está lejos. Debajo del hielo, incluso en heladas severas, permanece agua. ¿Por qué un estanque profundo no se congela hasta el fondo? Los habitantes de los embalses deberían estar agradecidos por esta una de las características del agua. ¿Qué es esta característica?
Se sabe que el herrero primero calienta el neumático de hierro y luego lo pone sobre la llanta de madera de la rueda. A medida que el neumático se enfría, se acorta y se contrae con fuerza alrededor de la llanta. Los rieles nunca se ajustan bien entre sí, de lo contrario, al calentarse al sol, definitivamente se doblarán. Si vierte una botella llena de aceite y la pone en agua tibia, el aceite se desbordará.
De estos ejemplos queda claro que cuando se calientan, los cuerpos se expanden; cuando se enfrían, se encogen. Esto es cierto para casi todos los cuerpos, pero para el agua esto no puede afirmarse incondicionalmente. A diferencia de otros cuerpos, el agua se comporta de manera diferente cuando se calienta. Si un cuerpo se expande cuando se calienta, significa que se vuelve menos denso, porque la misma cantidad de sustancia permanece en este cuerpo y su volumen aumenta. Cuando los líquidos se calientan en recipientes transparentes, se puede observar cómo las capas más cálidas y, por lo tanto, menos densas ascienden de abajo hacia arriba y las frías se hunden. Esta es la base, entre otras cosas, de un dispositivo de calentamiento de agua con circulación natural de agua. Enfriándose en los radiadores, el agua se vuelve más densa, desciende y entra en la caldera, desplazando hacia arriba el agua ya calentada allí y por tanto menos densa.
Un movimiento similar ocurre en el estanque. Cediendo su calor al aire frío, el agua se enfría desde la superficie del estanque y, al ser más densa, tiende a hundirse hasta el fondo, desplazando las capas inferiores cálidas y menos densas. Sin embargo, dicho movimiento se realizará solo hasta que toda el agua se enfríe a más 4 grados. El agua que se ha acumulado en el fondo a una temperatura de 4 grados ya no subirá, aunque sus capas superficiales tengan una temperatura más baja. ¿Por qué?
El agua a 4 grados tiene la mayor densidad. A todas las demás temperaturas, por encima o por debajo de los 4 grados, el agua es menos densa que a esta temperatura.
Esta es una de las desviaciones del agua de los patrones comunes a otros líquidos, una de sus anomalías (una anomalía es una desviación de la norma). La densidad de todos los demás líquidos, por regla general, a partir del punto de fusión, disminuye con el calentamiento.
¿Qué sucede después cuando el estanque se enfría? Las capas superiores de agua se vuelven cada vez menos densas. Por lo tanto, permanecen en la superficie y se convierten en hielo a los cero grados. A medida que se enfría más, la corteza de hielo crece y debajo de ella todavía hay agua líquida con una temperatura entre cero y 4 grados.
Aquí, probablemente, muchas personas tengan una pregunta: ¿por qué el borde inferior del hielo no se derrite si está en contacto con el agua? Porque la capa de agua que está en contacto directo con el borde inferior del hielo tiene una temperatura de cero grados. A esta temperatura, tanto el hielo como el agua existen simultáneamente. Para que el hielo se convierta en agua, como veremos más adelante, se necesita una cantidad importante de calor. Y no hay calor. Una ligera capa de agua con una temperatura de cero grados separa las capas más profundas de agua tibia del hielo.
Pero ahora imagina que el agua se comporta como la mayoría de los demás líquidos. Una ligera helada sería suficiente, ya que todos los ríos, lagos y quizás los mares del norte, se congelarían hasta el fondo durante el invierno. Muchos de los seres vivos del reino submarino estarían condenados a muerte.
Es cierto que si el invierno es muy largo y severo, muchos embalses no demasiado profundos pueden congelarse hasta el fondo. Pero en nuestras latitudes esto es extremadamente raro. El hielo en sí mismo también evita la congelación del agua en el fondo: no conduce bien el calor y protege las capas inferiores de agua para que no se enfríen.
Con la llegada del clima frío, se forma una fina capa de hielo en la superficie de los lagos, que es el resultado de una disminución de la temperatura del agua a valores negativos. Pero en invierno, cuando la temperatura del aire cae por debajo de los 30 grados bajo cero, se forma una impresionante capa de hielo en la superficie de los lagos, pero los lagos completamente grandes nunca se congelan. ¿Por qué está pasando esto?
Resulta que cuando la temperatura del agua empieza a bajar, suceden cosas muy interesantes en los embalses cerrados. El agua dulce, debido a su estructura molecular única, tiene una densidad máxima a una temperatura de +4ºС. Y cuando la temperatura del agua continúa bajando, se separan capas con diferentes temperaturas en el lago, se forma una termoclina estacional.
El agua con una temperatura de +1-2°C es siempre más ligera que una capa de agua con una temperatura de +4°C, que se encuentra en el fondo. Debido a la débil circulación de las masas de agua (y recordamos que no se trata de un río, sino de un lago profundo), no se produce una mezcla activa ni una compensación de temperatura. Por esta razón, el agua con una temperatura de unos +4 grados siempre se encuentra en la parte inferior del depósito. Una capa de hielo que crece gradualmente y agua más fría en la parte superior del embalse no permite que el lago se congele hasta el fondo. Los peces y otras formas de vida acuática continúan viviendo en el lago sin temor a convertirse en un trozo de hielo.
Por supuesto, esta regla no funciona para lagos pequeños, y con la llegada de temperaturas negativas, pueden congelarse hasta el fondo. Los peces prudentes, por regla general, abandonan con anticipación los lugares que son peligrosos para pasar el invierno y van a ríos o lagos más profundos vecinos.
Con la llegada del clima frío, se forma una fina capa de hielo en la superficie de los lagos, que es el resultado de una disminución de la temperatura del agua a valores negativos. Pero en invierno, cuando la temperatura del aire cae por debajo de los 30 grados bajo cero, se forma una impresionante capa de hielo en la superficie de los lagos, pero los lagos completamente grandes nunca se congelan. ¿Por qué está pasando esto?
Resulta que cuando la temperatura del agua empieza a bajar, suceden cosas muy interesantes en los embalses cerrados. El agua dulce, debido a su estructura molecular única, tiene una densidad máxima a una temperatura de +4ºС. Y cuando la temperatura del agua continúa bajando, se separan capas con diferentes temperaturas en el lago, se forma una termoclina estacional.
El agua con una temperatura de +1-2°C es siempre más ligera que una capa de agua con una temperatura de +4°C, que se encuentra en el fondo. Debido a la débil circulación de las masas de agua (y recordamos que no se trata de un río, sino de un lago profundo), no se produce una mezcla activa ni una compensación de temperatura. Por esta razón, el agua con una temperatura de unos +4 grados siempre se encuentra en la parte inferior del depósito. Una capa de hielo que crece gradualmente y agua más fría en la parte superior del embalse no permite que el lago se congele hasta el fondo. Los peces y otras formas de vida acuática continúan viviendo en el lago sin temor a convertirse en un trozo de hielo.
Por supuesto, esta regla no funciona para lagos pequeños, y con la llegada de temperaturas negativas, pueden congelarse hasta el fondo. Los peces prudentes, por regla general, abandonan con anticipación los lugares que son peligrosos para pasar el invierno y van a ríos o lagos más profundos vecinos.
El agua es una sustancia que se puede observar en tres estados de agregación. Puede congelarse y ser hielo sólido, está en forma líquida y también está presente en forma de vapor, no solo en el baño, sino también en el cielo, en forma de nubes. Sin embargo, en el marco de este artículo, nos centraremos en su primer estado, el sólido.
El agua se congela para formar cristales de hielo sólidos. El hielo puede formar muchos kilómetros de superficie, cubriendo ríos, lagos y otros cuerpos de agua. Al mismo tiempo, resulta ser más liviano que el agua líquida y siempre está en la parte superior. El agua se congela debido a las bajas temperaturas.
Temperaturas y estado de agregación de las sustancias
Cuanto más alta es la temperatura, más se separan las moléculas de cualquier sustancia entre sí. Su separación entre sí conduce a un ablandamiento de la sustancia, que primero se vuelve líquida y luego completamente gaseosa. Este proceso se puede ver en el ejemplo del hierro, que se funde en un crisol y toma forma líquida. Con un fuerte aumento de temperatura, también puede volverse gaseoso, es decir, evaporarse, pero para ello la temperatura debe ser realmente alta.
El agua a temperatura ambiente normal es un líquido. Cuando sube la temperatura, se convierte en vapor, y cuando baja, se convierte en hielo. Después de todo, bajar la temperatura tiene el efecto opuesto en las moléculas: se acercan entre sí. Y cuando se juntan, la sustancia se vuelve más dura, más densa. Se puede lograr el mismo efecto presionando mecánicamente cualquier sustancia: se volverá más dura, nuevamente debido a la convergencia de las moléculas.
Interesante:
¿Por qué se disuelve el azúcar?
¿Qué pasa cuando bajan las temperaturas?
Cuando el agua se ve afectada por temperaturas más bajas, las moléculas se acercan para formar formas hexagonales. Por supuesto, estos son copos de nieve, que son cristales de agua. El enfriamiento del agua y su cristalización son en realidad sinónimos que describen el mismo proceso. El agua comienza a cristalizar a una temperatura de 0 grados; es este momento el que se toma como la marca cero en la escala Celsius. Si consideramos la escala estadounidense Fahrenheit, aquí la congelación del agua ocurrirá a 32 grados.
Pero para crear cristales de agua, necesitas una base, algún tipo de impurezas o suspensiones, gracias a las cuales comienza este proceso. Y si el agua está absolutamente limpia, aquí se observa un fenómeno ligeramente diferente: a veces se congela solo a -40 grados, y a cero y otras marcas no demasiado bajas permanece líquida. Sin embargo, no se congela solo en un estado de calma. Si lo agitas a niveles negativos, inmediatamente se convertirá en hielo.
Hay muchas paradojas asociadas con el agua. Y además del matiz ya descrito anteriormente, cabe señalar que el hielo ocupa más volumen que el agua líquida, es decir, al congelarse, esta sustancia se expande, mientras que otras, por el contrario, ocupan menos volumen a bajas temperaturas. Es con la expansión del agua durante la formación de hielo que se asocia el estallido de barriles, tuberías y otros objetos que quedan llenos de agua para el invierno.
En el momento de la congelación, las moléculas se alejan un poco unas de otras, lo que da tal efecto. Y es este factor, junto con las burbujas de aire congelado, lo que hace que el hielo flote. Si se hundiera o se formara desde el fondo, ni una sola criatura viviente en los embalses podría pasar el invierno. Pero formándose en la superficie y permaneciendo allí, el hielo, por el contrario, retiene el calor del agua y realiza una función protectora en invierno, dando a los animales, plantas y peces la oportunidad de pasar el invierno y sobrevivir.