آب، زیر سطح دریاچه‌های یخ‌زده

هم‌نشینی با علم > شاید ندانید > آب، زیر سطح دریاچه‌های یخ‌زده

تاریخ انتشار: ۱۲ اسفند ۱۳۹۹

شاید دیده باشید آب روی سطح حوض‌ها یخ بزند در حالی که زیر لایه‌ی یخ، آب وجود دارد. این پدیده‌ به خاصیتی از آب مربوط‌ است که اگر وجود نداشت در قطب‌ها حیات شکل نمی‌گرفت و در زمستان‌های سرد دریاچه‌های بزرگ یک‌‌پارچه یخ می‌زدند و ماهی‌ها و موجودات زنده‌ی درون آن از بین می‌رفتند.
1-ice

حتماً در روزهای سرد و زمستانی پیش‌ آمده است که وقتی قدم می‌زنید ببینید آبی در گودی‌‌ آسفالت جمع شده و روی آن یخ زده است. شاید دیده باشید آب روی سطح حوض‌ها در پارک‌ها یخ بزند. جالب است بدانید آب خاصیت ویژه‌ای دارد که باعث می‌شود از سطح یخ بزند. اگر آب این خاصیت را نداشت در قطب‌های زمین حیات شکل نمی‌گرفت، دریاچه‌‌های بزرگ یک‌‌پارچه یخ می‌زدند و ماهی‌ها و موجودات زنده‌ی درون آن از بین می‌رفتند.

 

آب روی آب!

معمولاً وقتی ماده‌ای سرد می‌شود اتم‌ها و مولکول‌های آن‌ به هم فشرده می‌شوند. به‌تدریج با کاهش دما حجم آن ماده کم می‌شود و در نتیجه چگالی آن افزایش پیدا می‌کند. مثلاً هوای گرم چگالی کمتری دارد و روی هوای سرد قرار می‌گیرد. همین خاصیت باعث می‌شود در روزهای زمستان همیشه حس کنیم کف اتاق سردتر است چون هوای سرد که چگالی بیشتری دارد زیر هوای گرم و نزدیک کف اتاق قرار می‌گیرد. برای آب هم همین اتفاق می‌افتد و با کم شدن دما به‌تدریج حجمش کاهش یافته و چگالی آب زیاد می‌شود ولی…

آب خاصیت‌هایی دارد که با بسیاری از مواد متفاوت است. با کم شدن دما حجم آب هم مثل مواد دیگر کم می‌شود و در نتیجه چگالی آن افزایش می‌یابد ولی تفاوت اینجاست که وقتی دمای آب به حدود چهار درجه‌ی سانتیگراد برسد رفتار آن متفاوت می‌شود! در دمای کمتر از ۴ درجه روند برعکس می‌شود و به‌تدریج با کاهش دما، حجم آب افزایش می‌یابد که منجر به کاهش چگالی آب می‌شود. البته این تغییر حجم بسیار کوچک است ولی همین تغییر کم، باعث می‌شود آب صفر درجه چگالی کمتری از آب چهار درجه داشته باشد و روی آن قرار بگیرد.

وقتی ظرفی را از آب با دمای معمولی پر می‌کنید و در فریزر یا جایخی می‌گذارید، بعد از حدود یکی دو ساعت که سر بزنید چه می‌بینید؟ می‌بینید روی آن یخ زده است اما اگر با فشار انگشتی یخ را بشکنید، می‌بینید زیر آن آب است. آب در قالب یخ از بالا شروع به یخ زدن می‌کند و باید چند ساعت صبر کنید تا همه ی ظرف یخ بزند. در دریاچه‌ها و آب‌های قطبی هم همین اتفاق می‌افتد. آب از سطح شروع به یخ‌زدن می‌کند، اما چطور؟

2-lake
سطح یخ‌زده‌ی دریاچه‌ی گلیل شیروان-پاییز ۹۸ (منبع: ایرنا)

در زمستان آب دریاچه سرد می‌شود، آب صفر درجه که چگالی کمتری دارد روی آبِ دو یا سه درجه قرار می‌گیرد و یخ می‌زند. این لایه‌ی یخ که ضخامت آن در طول فصل سرما به‌تدریج زیاد می‌شود، از لایه‌های زیرین آب در برابر سرما محافظت می‌کند. در نتیجه در عمق آب و زیر سطح همواره دما بیشتر از صفر می‌ماند و موجودات می‌توانند زنده بمانند. البته اگر فصل سرما تمام نشود بالأخره همه‌ی دریاچه از سطح به پایین یخ می‌زد ولی خوشبختانه زمستان همیشگی نیست و تا قبل از زیاد شدن ضخامت یخ دمای هوا بالا می‌رود و بهار می‌شود.

اگر آب این خاصیت را نداشت و مثل بسیاری از مواد با کاهش دما چگالی‌اش افزایش می‌یافت آن‌وقت آب سرد بیشترین چگالی را داشت و به کف دریاچه‌ها می‌رفت و آب از کف یخ می‌زد و بعد به‌تدریج لایه‌های بالاتر یخ می‌زدند تا اینکه همه‌ی دریاچه یخ می‌زد. اگر اینطور بود دسترسی به‌ آب مایع در زیستگاه‌های قطبی دیگر وجود نداشت و در زمستان قطبی همه‌ی آب‌ها یخ می‌زدند.

مطالب مرتبط