Warum bildet sich Eis auf der Oberseite eines Sees?

Frage

Warmes Wasser wird im Allgemeinen dichter, wenn es kälter wird, und sinkt daher. Diese Tatsache könnte Sie glauben machen, dass sich zuerst Eis auf dem Grund eines Sees bilden sollte. Aber etwas Komisches passiert mit Wasser, wenn es noch kälter wird. Kälter als 4° Celsius (39° Fahrenheit), Wasser beginnt sich auszudehnen und wird weniger dicht, wenn es kälter wird. Als Ergebnis, kurz vor dem Einfrieren, kälteres Wasser schwimmt nach oben und wärmeres sinkt nach unten. Die Dichte des Wassers als Funktion der Temperatur ist im Diagramm rechts zu sehen. Schließlich, das kälteste Wasser, die bei winterlichen Bedingungen auf den See geschwommen ist, gefriert und bildet eine Eisschicht. Genau dann, wenn das Wasser zu Eis gefriert, Das Eis wird deutlich weniger dicht als das Wasser und schwimmt weiter auf der Seeoberfläche.

Eis ist weniger dicht als Wasser, da es eine hexagonale Kristallstruktur bildet. Jedes Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen, die unten an ein Sauerstoffatom gebunden sind. Wenn sich Eis bildet, Die Wasserstoffatome eines Wassermoleküls bilden schwache Wasserstoffbrückenbindungen mit der Spitze der Sauerstoffatome zweier anderer Wassermoleküle. Das Aneinanderreihen der Wassermoleküle in diesem Muster nimmt mehr Platz ein, als wenn sie zufällig zusammengewürfelt werden (wie es in flüssigem Wasser der Fall ist). Und weil die gleiche Masse an Molekülen im gefrorenen Zustand mehr Platz einnimmt, Eis hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser. Aus demselben Grund, Wasser unter 4° Celsius wird immer weniger dicht, je kälter es wird. Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt, die Moleküle im flüssigen Wasser beginnen sich in der raumfüllenden hexagonalen Struktur auszurichten.
eiskaltes Wasser schwimmt an der Spitze eines Sees
Im Winter, Die Temperaturen in einem See nähern sich dem Gefrierpunkt, sodass das kältere Wasser weniger dicht ist und nach oben schwimmt. Public-Domain-Bild, Quelle: Christopher S.. Baird.

Das Lehrbuch River and Lake Ice Engineering von George D. Ashton erklärt, “Wie ein See von über 4° C abkühlt, Das Oberflächenwasser verliert Wärme, wird dichter und sinkt. Dieser Prozess setzt sich fort, bis das gesamte Wasser im See 4 °C hat, wenn die Dichte des Wassers maximal ist. Mit weiterer Kühlung (und ohne mechanisches Mischen) ein Stall, An der Oberfläche bildet sich eine leichtere Wasserschicht. Wenn diese Schicht auf ihren Gefrierpunkt abkühlt, Eis beginnt sich auf der Oberfläche des Sees zu bilden.”

In tiefen Seen, Wasserdruck kann auch eine Rolle spielen. Das Gravitationsgewicht des gesamten Wassers weiter oben im See drückt auf das Wasser tief im See. Der Druck lässt das Wasser am Grund des Sees kalt werden, ohne sich auszudehnen und zu steigen. Wegen dem Druck, Das Wasser am Grund tiefer Seen kann kalt werden, ohne zu Eis zu gefrieren.

Kredit:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/12/05/warum-bildet-sich-eis-auf-der-spitze-eines-sees/

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