Skąd w zamarzniętej kałuży bierze się powietrze?

Pytanie

Pyta Maciej

Skąd w zamarzniętej kałuży bierze się powietrze, to zaraz pod warstwą lodu?

Odpowiedź

Odpowiada dr Miłosz Panfil

Możliwości skąd bierze się powietrze pod warstwą lodu jest pewnie kilka. Kluczowa dla tego zjawiska wydaje się pewna cecha wody, która sprawia, że woda zamarza od powierzchni.

Dla większość substancji, w tym również wody, ich gęstość rośnie wraz z obniżaniem temperatury. To znaczy, że w zbiorniku z cieczą cieplejsza ciecz znajduje się przy powierzchni, natomiast chłodna i gęstsza ciecz będzie znajdować się przy dnie. Woda zachowuje się podobnie: w miarę ochładzania jej gęstość rośnie. Dzieje się tak jednak tylko do temperatury około 4°C. Poniżej tej temperatury gęstość wody zaczyna maleć. To znaczy, że na dnie zimnego zbiornika z wodą panuje temperatura 4°C, a zimniejsza woda, o mniejszej gęstości znajduje się bliżej powierzchni. W wyniku tego anomalnego zachowania wody, woda zamarza najpierw przy powierzchni, a dopiero później lód rozchodzi się w głąb, ku dnie.

Możemy więc sobie wyobrazić kałużę ze świeżo zamarzniętą powierzchnią. Co się dzieje dalej? Jeżeli panują ujemne temperatury, to proces zamarzania będzie dalej zachodził, z tym że powoli, ponieważ lód na powierzchni tworzy warstwę izolującą. W tym czasie część wody może na przykład wsiąknąć w grunt, pozostawiając powietrze pomiędzy kolejnymi warstwami lodu.