Stadier av isdannelse i ferskvann

Vann, eller H2O - to deler hydrogen og en del oksygen - representerer en naturlig substans som finnes i alle tre former: fast stoff, væske og gass. Dens form endres basert på temperaturen. Ferskvann forvandles fra væske til fast stoff - is - ved 32 grader Fahrenheit, eller 0 grader Celsius. Forandringen er imidlertid ikke momentant; det skjer i etapper og viser visse egenskaper som gjør vann både en viktig og merkelige stoffet.

tetthet

Tettheten av vann i en ferskvannskilde, for eksempel en innsjø, styrer kjøleprosessen som fører til isdannelse. Når temperaturen begynner å falle, slik som forekommer i løpet av høsten hvert år, tettheten av overflate vannet i innsjøen øker. Dette tunge vannet synker til bunnen av innsjøen, å bli erstattet av varmere vann fra innsjøen bunnen, som igjen kjøler ned og synker. Denne prosessen er kjent som konveksjon, noe som resulterer i en nedkjøling av alt vannet i en innsjø. Når lufttemperaturen når 4 grader Celsius, eller 39,2 grader Fahrenheit, når grunnvannet maksimal tetthet og prosessen opphører. Når temperaturen fortsetter å bevege seg mot frysepunktet, blir den overflatevannet mindre tett og ikke synker. Denne utvidelsen av vannet ved lavere temperaturer forklarer hvorfor rør pause når vann fryser; frosset vann tar opp mer plass enn flytende vann. For luft temperaturer under 39,2 grader, vil overflatevannet bli kaldere enn vannet i bunnen av innsjøen.

Hvordan vannet fryser

Vann fryser til is på en annen måte enn andre stoffer. Endringen i vann tetthet på 39,2 grader Fahrenheit forklarer forskjellen. De fleste stoffer i fast form har en høyere tetthet enn i flytende form. Vann er den motsatte. Dette forklarer hvorfor isen smelter; det er mindre tett enn vann, slik at det flyter. Dersom isen hadde en høyere tetthet enn vann vil det synke til bunns. De fleste stoffer som ved overgang fra en væske til et fast stoff fryse fra bunnen og oppover, mens vannet fryser fra toppen og ned. I økologien i en innsjø dette gjør en betydelig forskjell. Akvatiske livsformer overleve vinteren, siden bunnen av vannet ikke fryser unntatt i grunt vann.

Grunt vann

Den første fasen i isdannelse i en innsjø skjer rundt kantene på grunt vann. Dypere vann holder varmen bedre enn grunt vann. Om vinteren den første fryse innebærer overflaten av vannet. Dette stadiet er ikke en enveisprosess; is på toppen av grunt vann i begynnelsen av vinteren kan smelte på en lys solrik dag og deretter refreeze på neste overskyet dag. Bare når temperaturen er kaldt nok for et par dager vil isen være dypt nok til å tåle en varm solskinnsdag.

Dypt vann

Den ferskvann fortsetter å fryse i etapper som temperaturen synker, med isen sprer seg til dypere vann, alltid frysing øverste nivå først, og deretter skape dypere is. Vind påvirker prosessen; jo mer vind, jo raskere vannet fryser, fordi flytte luft over den flate vannoverflaten senker temperaturen. Det er ikke en konstant bevegelse, som isen dannes og smelter basert på den temperatur og vind.