Strona główna

Lodowy stan skupienia

Numer 1/2019
Delikatne igiełki szronu, który powstał w wyniku resublimacji pary wodnej w temperaturze ujemnej. Delikatne igiełki szronu, który powstał w wyniku resublimacji pary wodnej w temperaturze ujemnej. jfkfoto.se / Shutterstock
Zima ma swoje uroki, a bez białej pokrywy śniegu Boże Narodzenie traci większość swojej magii. Jednak zimowa pogoda dysponuje też całym arsenałem lodowych zjawisk, które mogą nam uprzykrzyć życie.
Wilgotne powietrze sprawia, że latarnia morska w St. Joseph nad jeziorem Michigan w USA często zmienia się zimą w wielką lodową rzeźbę.Nagel Photography/Shutterstock Wilgotne powietrze sprawia, że latarnia morska w St. Joseph nad jeziorem Michigan w USA często zmienia się zimą w wielką lodową rzeźbę.
Szron.Maksimilian/Shutterstock Szron.
Kontenerowiec na morzu pokrytym krami lodowymi. Oceany ze względu na duże zasolenie zamarzają w temperaturze około –2˚C.Alexandr Medvedkov/Shutterstock Kontenerowiec na morzu pokrytym krami lodowymi. Oceany ze względu na duże zasolenie zamarzają w temperaturze około –2˚C.
Kilkunastometrowe formacje lodowe nad Jeziorem Górnym w USA powstają każdej zimy w wyniku zamarzania wody spływającej po wysokim klifie.Craig Sterken/Shutterstock Kilkunastometrowe formacje lodowe nad Jeziorem Górnym w USA powstają każdej zimy w wyniku zamarzania wody spływającej po wysokim klifie.

Kiedy woda staje się coraz chłodniejsza, wówczas jej cząsteczki tracą energię i zwalniają bieg. W końcu zatrzymują się, tworząc trwałe wiązania. Ów przełomowy moment następuje, gdy temperatura wody spada do 0˚C. Po przekroczeniu tego progu woda zmienia się w ciało stałe, które – co ciekawe – ma budowę krystaliczną. Lodowe kryształy tworzą sieć sześciokątnych graniastosłupów, inaczej mówiąc, mają budowę heksagonalną. Z takim właśnie heksagonalnym lodem mamy do czynienia na co dzień. Tylko on występuje na powierzchni Ziemi. Sześciokrotna symetria to jego znak rozpoznawczy. Odnajdziemy ją choćby w sześcioramiennych płatkach śniegu.

Warto jednakże wiedzieć, że nie jest to jedyna postać, jaką może przybrać zamarznięta woda. Istnieją też inne odmiany lodu. Wszystkie one tworzą się w znacznie bardziej skrajnych warunkach ciśnienia i temperatury. Na przykład wysoko w ziemskiej atmosferze w temperaturach poniżej –80˚C para wodna może się zmieniać w kryształki o strukturze sześcianu. Teoretycznie można sobie nawet wyobrazić istnienie gorącego lodu tworzącego się w temperaturach powyżej 100˚C, ale przy gigantycznym ciśnieniu, dziesiątki tysięcy razy większym od ciśnienia atmosferycznego. Takie warunki mogą zdaniem naukowców istnieć na niektórych planetach pozasłonecznych.

Wróćmy jednak na Ziemię, na której nawet ten najzwyklejszy lód ma wiele twarzy i potrafi narobić niezłego bigosu jako element pogody. Weźmy coś tak niesympatycznego jak marznący deszcz. Nie, nie jest to po prostu deszcz ze śniegiem. Marznący deszcz to znacznie bardziej wyrafinowana sztuczka pogodowa. Wyobraźmy sobie spadające z nieba płatki śniegu, które po drodze zamieniają się w krople wody, ale pod koniec tej wędrówki, gdy są już blisko gruntu, natrafiają na poduszkę mroźnego powietrza. Wtedy ich temperatura spada poniżej zera. Zmieniają się w lód dopiero po zetknięciu się z wychłodzonymi obiektami i przedmiotami na powierzchni ziemi.

Samoloty są bezbronne wobec tego paskudztwa. Z powodu oblodzenia skrzydeł nie mogą wzbić się w powietrze. Trzeba je odladzać, czyli spryskiwać podgrzanym płynem na bazie glikolu. Jeśli takich uziemionych samolotów są dziesiątki, lotnisko zostaje sparaliżowane, a nieszczęśni pasażerowie mogą tylko zgrzytać zębami, że właśnie im się przytrafił marznący deszcz. Zdarza się tak często podczas przepychanki pomiędzy zimnym powietrzem arktycznym a ciepłym powietrzem morskim. Ze zderzenia mas powietrza, które dzieli różnica kilkunastu stopni Celsjusza, nic dobrego wyniknąć nie może. W okresie zimowym olbrzymie ilości pary wodnej niesionej znad morza skraplają się w wyniku kontaktu z zimną masą powietrza arktycznego. Efekt? Gigantyczne opady śniegu albo też właśnie marznącego deszczu, który pokrywa lodem wszystko, czego się dotknie. Niektórzy badacze mówią wtedy o burzy lodowej (ang. ice storm).

Równie nieprzyjemna bywa szadź. Na zdjęciach może wyglądać przepięknie. Kruche igiełki lodu wyrastające na gałęziach, trawach i krzewach potrafią zmienić park lub zadrzewioną aleję w bajkowe miejsce. Taką delikatną szadź nazywamy miękką, ale jest też druga postać tego osadu atmosferycznego – szadź twarda. Zamiast cienkich igiełek mamy wielkie ilości lodu osiadające np. na drutach elektrycznych. Taki „szadziowy kataklizm” długo będą pamiętać mieszkańcy Jury Krakowsko-Częstochowskiej. Chaos na kolei, pozbawione prądu miejscowości, nieczynne szkoły, milczące telefony stacjonarne – tak wyglądały miasta i wsie północnej części województw śląskiego i małopolskiego w styczniu 2010 r. Skute lodem drzewa nie wytrzymywały obciążenia. Pochylały się i łamały jak zapałki. Ciężkie oblodzone korony spadały na linie energetyczne. Takich właśnie szkód potrafi narobić szadź. Powstaje ona, kiedy przechłodzone kropelki wody tworzącej mgłę stykają się z przemarzniętym podłożem i natychmiast zamieniają w kryształki lodu.

Od szadzi niedaleko jest do innych nieprzyjemnych zjawisk, takich jak gołoledź czy oblodzenie. Granice pomiędzy nimi są dość płynne. Kiedy przechłodzona mgła przechodzi w przechłodzoną mżawkę, która spada na wychłodzoną, gładką i równą powierzchnię, np. na drogę, wówczas powstaje gołoledź – przezroczysta warstewka lodu jakże niebezpieczna dla kierowców. Oblodzenie zasadniczo tym różni się od gołoledzi, że nie tworzy się przy powierzchni ziemi, ale na przedmiotach – wieżach, pomnikach, latarniach morskich, mostach, szybach wiertniczych, turbinach wiatrowych. W obu przypadkach potrzebne są ujemne temperatury oraz bardzo duża wilgotność względna powietrza. Jednym z bardziej spektakularnych efektów takiej zamiany wychłodzonego deszczu w lód są wielkie sople zwisające z gałęzi, znaków drogowych, kabli telefonicznych czy linii energetycznych. Nawiasem mówiąc, powstawanie sopli także było przedmiotem badań naukowych. Fizycy z University of Toronto w Kanadzie stworzyli nawet ich atlas, zawierający 230 tys. zdjęć. Sopel powstaje, kiedy temperatura powietrza jest lekko ujemna, ale równocześnie ciepło słoneczne ogrzewa i roztapia śnieg lub lód. Kropelki wody płyną wówczas w dół, lecz ponieważ po drodze oddają ciepło zimnemu powietrzu, po chwili znów zamarzają. Sople mogą osiągać duże rozmiary. Zaczyna się od kilku zamarzniętych kropel, a kończy na metrowych olbrzymach, jeśli tylko lodowego surowca jest dużo, a słońce i mróz zgodnie ze sobą współpracują.

01.01.2019 Numer 1/2019

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną