Anomálie vody umožňuje, aby byl na české Vánoce na stole kapr

Svérázné vlastnosti vody, která zvyšuje svou hustotu jen do čtyř stupňů Celsia, umožňují, aby rybníky nezamrzaly odspoda. Led, který se tvoří na hladině, v zimních měsících umožňuje nejen bruslení nad tekutou vodou, ale funguje i jako izolace pro zachování života v její hloubce – včetně života ryb, které Češi loví pro svůj štědrovečerní stůl.

Způsob zamrzání vody souvisí s takzvanou anomálií. Obvykle se v kapalině s klesající teplotou zvyšuje její hustota, u vody to ale platí jen do čtyř stupňů Celsia. Právě při této hodnotě dosahuje nejvyšší hustoty (jinými slovy je nejtěžší), při dalším poklesu teploty se ale hustota zase snižuje.

To je důvod, proč se studenější voda udrží na vrstvě s teplejší vodou, vlastně po ní plave. Zatímco pro jiné tekutiny platí, že jejich pevná podoba je těžší než kapalná, u vody tomu tak není. Proto také led na vodě plave – ať už jde o kostky ledu v limonádě, ledové kry na řekách a jezerech nebo ledovce na moři.

Bez anomálie vody by vodní plochy zamrzaly ode dna. Odtud by se pak led šířil vzhůru a postupně by mohl zasáhnout celý objem vody. Pro vodní živočichy by to znamenalo katastrofu. Například ryby v rybnících by zimu nejspíš vůbec nepřežily a české Vánoce by se musely obejít bez kapra. Led na povrchu totiž do jisté míry taky chrání hlubší vrstvy vody před rychlejším ochlazováním, působí tedy jako izolační vrstva.

  • Pokud led při teplotě vzduchu pod nulou zatížíme dostatečným tlakem, bude tát, po odstranění tlaku opět zmrzne. 
  • Při klasickém experimentu demonstrujícím tento jev se používá blok ledu a přes něj se položí jemný drát (ideálně s vysokou tepelnou vodivostí, například měď) zatížený na obou stranách těžkým závažím. Vlivem tlaku led pod drátem taje, ten se tak „prokousává“ ledem dolů, ale jakmile se posune níž, nad drátem voda opět zmrzne (neboť led má teplotu pod 0 °C). Drát tak projde skrz ledem, aniž by se rozpadl na dva kusy. 
  • V přírodě se s regelací setkáváme například při pohybu ledovce z vyšší do nižší nadmořské výšky – led totiž tlačí na svůj spodní povrch, kde se tak sníží teplota tání. Po vzniklé vrstvičce vody pak led klouže.

Nad deset centimetrů

A jak tlustá vrstva ledu je potřeba, aby se po něm dalo chodit? Obecně platí, že by tloušťka měla být alespoň deset centimetrů. Pokud bychom chtěli na led vjet osobním autem, pak by byl žádoucí alespoň dvojnásobek.

Jezero Bajkal na Sibiři promrzá během dlouhé zimy dokonce až do metrové hloubky a pak se stává komunikací, která unese i těžká nákladní auta. To pro ně znamená výrazné zkrácení cesty ve srovnání s objížděním jezera po břehu.

Závislost teploty tání na tlaku
Zdroj: Wikimedia Commons

Mimochodem, ne vždy je jen samotná tloušťka ledu dostatečným parametrem pro posouzení nosnosti – pokud je led mléčně zabarven, obsahuje vzduchové bubliny, které snižují jeho pevnost a zvyšují tak riziko prolomení, v některých studiích se hovoří o třiceti až padesátiprocentním snížení nosnosti.

Jistotu pevnějšího ledu máme u tmavého a průzračného ledu. A je dobré taky myslet na to, že u řek, tedy u proudící vody, je doba potřebná k získaní dostatečné tloušťky ledu podstatně delší než u stojaté vody rybníků.

Anomálie vody – průběh hustoty s teplotou
Zdroj: Fyzikální pokusy

Povrch ledu se chová podobně jako voda

Když už je ale led dostatečně mohutný, láká k bruslení. A tady se dostáváme k další zajímavé charakteristice ledu, a tou je jeho neobyčejná kluzkost. Ta se dá zdůvodnit malým třením (respektive nízkým koeficientem tření), které je řádově nižší než u ostatních pevných látek.

Kdysi si vědci mysleli, že bruslaři vytvořili vodní vrstvu roztavením povrchových vrstev ledu tlakem jejich tělesné hmotnosti, tedy pomocí regelace ledu. Šlo o to, že by pod tlakem nože brusle došlo k lokálnímu rozpuštění ledu, k čemuž přispěje i jisté tření mezi ledem a bruslí (při tření se uvolňuje teplo). Jinými slovy, mělo se za to, že bruslař klouže po velmi tenké vrstvě vody.

Ve skutečnosti je ale tlak bruslaře příliš malý, aby k regelaci ledu došlo. A navíc ta funguje jen při teplotách pod nulou, nikoliv nad ní, kdy lze ale taky bez problémů bruslit.

Nedávné studie však toto vysvětlení vyvrátily a nyní se má za to, že led je vždy kluzký, protože molekuly v jeho nejvyšší vrstvě se chovají skoro jako kapalná voda – nejsou totiž k sobě vázány tak silně jako molekuly ledu v hlubší vrstvě. Tento kvazi-kapalný stav pak působí onu kluzkost. Platí, že čím je teplota ledu blíž nule, tím je vrstva v tomto stavu tlustší.

Jak je vidět, i tak běžná věc jako led svým chováním občas překvapí i vědce a odborníky. A je možné, že se v tomto směru ještě dočkáme nějaké dalšího vysvětlení.

Klasické schéma regelace ledu
Zdroj: Wikimedia Commons

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Loňské záření ze Slunce vychýlilo traktory, letadla i družice

Před rokem se zástupci NASA a dalších asi třiceti amerických vládních agentur sešli, aby simulovali a řešili hrozbu z vesmíru. Tou nebyl asteroid ani mimozemšťané, ale Slunce. Šlo o první trénink, na němž se měli odborníci připravovat na silnou geomagnetickou bouři a její dopady. Jenže toto cvičení přerušila opravdová silná geomagnetická bouře s vážnými dopady. Její důsledky nyní popsala NASA.
před 7 hhodinami

Nová americká vakcína zasáhne proti covidu i chřipce. Doma může mít problém

V polovině května zveřejnila společnost Moderna výsledky testů její nové očkovací látky na principu mRNA. Je unikátní v tom, že by měla chránit před covidem-19 a sezonní chřipkou současně. Vakcína s názvem mRNA-1083 má vynikající výsledky. Lidé, kteří přípravek dostali, měli lepší výsledky než ti, kdo dostali dvě samostatné vakcíny proti těmto nemocem. Přesto není jasné, jestli bude k dostání ve Spojených státech.
před 8 hhodinami

Klimatické extrémy decimují Afriku

Podle nové zprávy Světové meteorologické organizace (WMO) o stavu klimatu v Africe do roku 2024 zasahují extrémní vlivy počasí a změny klimatu do všech aspektů života na kontinentu. Zejména zhoršují hlad, nejistotu a vysídlování.
před 10 hhodinami

KLDR pytlačí a pašuje ohrožená zvířata, některá už vyhubila

Severokorejská vláda se silně podílí na neudržitelném a nezákonném obchodu s volně žijícími živočichy a planě rostoucími rostlinami, který zahrnuje i druhy chráněné vlastními zákony. Představuje tak hrozbu pro obnovu biologické rozmanitosti v regionu, uvádí nová studie vědců z Londýna.
před 11 hhodinami

Klimatická změna ohrožuje českou potravinovou bezpečnost, varují experti

Klimatická změna zásadně proměňuje podmínky pro zemědělskou produkci v Česku a globálně bude mít vliv na potravinovou bezpečnost. Podle oslovených odborníků se zemědělství musí připravit na největší transformaci v novodobé historii. Experti se shodují v tom, že bez adaptačních opatření mohou výrazně klesnout výnosy.
před 13 hhodinami

Na Zélandu natočili ohrožený druh hlemýždě, jak klade vajíčka skrz krk

Na Novém Zélandu natočili ohrožený druh hlemýždě, jak klade vajíčka skrz krk. Powelliphanta augusta patří k největším plžům na světě a může se dožít až desítek let.
před 14 hhodinami

Globální oteplování urychluje stárnutí, ukazují výzkumy

Horko prokazatelně škodí lidskému zdraví, hlavně při vlnách veder. Dlouhodobé dopady nadměrného tepla pak urychlují komplex procesů, jimž se zjednodušeně říká stárnutí.
včera v 10:00

Hitler nezemřel, tvrdili Sověti. Ze záměrné lži je usvědčily zuby

Vůdce padl – hlásaly noviny celého světa po 30. dubnu, kdy si Adolf Hitler vzal život ve svém berlínském bunkru. Sotva ale lidé stačili v květnu oslavit konec války, už se objevily spekulace, že největší zločinec světa má být stále naživu. A stopy prý vedou do Jižní Ameriky, kam se měli vytratit i jiní vrcholní nacisté. Tuto dezinformaci, která přerostla v několik desetiletí trvající konspirační teorii, přitom cíleně vypustili Sověti.
10. 5. 2025
Načítání...