Що таке лід і як він утворюється?

Прозорий, твердий, який грає в сонячних променях лід щозими сковує наші річки і озера, намерзає на ковзанах дахів довгими бурульками, перетворює осінні калюжі в рівні, слизькі катки для дітвори.

У морозильній камері холодильника лід можна приготувати і в розпал спекотного літа. Він може бути схожий на прозоре скло і на мутно-білий пластик. Практично всі знають, що таке лід і як він утворюється – це всього лише замерзла вода. Але що ми насправді знаємо про цю дивовижну речовину?

Що таке лід?

Перш за все, слід сказати, що твердження, ніби лід утворюється з води, не зовсім точне. Крім водяного, існує ще аміачний, метановий, а також так званий «сухий» лід, який утворюється при заморожуванні вуглекислоти. Сухим його назвали, так як при таненні він не утворює калюж: вуглекислий газ моментально випаровується в атмосферу прямо із замороженого стану.

Але ми будемо говорити тільки про те льоді, який утворюється з води. Його кристали характеризуються так званої гексагональної сингонії, коли всі молекули води вишиковуються в правильну об’ємну решітку, причому одна молекула пов’язана з чотирма найближчими. Ця будова властиво багатьом коштовних каменів і мінералів – алмазу, кварцу, турмаліну, корунду, берилій і т.д. Кристалічна решітка утримує молекули на відстані один від одного, тому щільність льоду менше, ніж щільність води, з якої він утворений. Шматки льоду плавають на поверхні води, а не тонуть на дні.

Згідно з дослідженнями, на нашій планеті зараз є близько 30 мільйонів квадратних кілометрів льоду. Основна кількість зосереджена на полярних шапках – там товщина крижаного шару в деяких місцях досягає 4 кілометрів.

Як утворюється лід?

Отримати лід дуже просто: потрібно всього лише знизити температуру води, опустивши її нижче нуля градусів. При цьому в воді починається процес кристалізації: її молекули шикуються в впорядковану структуру, яка називається кристалічною решіткою. Цей процес однаково відбувається в морозильній камері, в калюжі і в океані.

Замерзання завжди починається з верхнього шару води. Спочатку в ньому утворюються мікроскопічні крижані голочки, які потім змерзаються між собою, утворюючи своєрідну плівку на поверхні водяній товщі. У великих водоймах вітер колише поверхню води, утворюючи на ній хвилі, тому замерзання йде довше, ніж при нерухомій воді.

Якщо хвилювання триває, плівки збиваються в крижані млинці діаметром до 30 сантиметрів, які потім змерзаються в єдиний шар товщиною не менше 10 сантиметрів. На цей шар, називані молодики, згодом знизу, а іноді і зверху намерзає новий лід, утворюючи доволі динамічно міцний і товстий покрив.

Міцність льоду залежить від його виду: прозорий в півтора рази міцніше мутно-білого. Вважається, що 5-сантиметровий шар льоду вже може витримати вагу людини, а 10-сантімертовий – вага легкової машини. Але все ж небажано виходити на лід водойми, поки його товщина не досягне 12-15 сантиметрів.

Властивості льоду

Найвідоміше і важливе для нас властивість льоду – здатність відносно легко танути, перетворюючись в воду при нульовій температурі. З точки зору науки, він володіє і іншими якостями:

  • прозорістю, здатністю добре пропускати світло;
  • безбарвністю – сам по собі лід не має кольору, але може бути пофарбований кольоровими добавками;
  • твердістю, здатністю зберігати свою форму без зовнішньої оболонки;
  • плинністю – але ця властивість властива йому лише в деяких модифікаціях;
  • крихкістю – шматок льоду розколюється навіть при незначному зусиллі;
  • спайністю, тобто здатністю розколюватися по кристалографічним лініям.

Склад льоду відрізняється високим ступенем чистоти, оскільки в кристалічній решітці немає місця стороннім молекулам. Замерзаючи, вода витісняє домішки, які були в ній розчинені. Але багато розчинені у воді речовини гальмують замерзання – так, в морській воді лід утворюється при більш низькій температурі, ніж зазвичай, сіль ж при замерзанні витісняється з води, утворюючи дрібні сольові кристали. При таненні вони знову розчиняються у воді. По суті, процес щорічного замерзання води підтримує її самоочищення від різних домішок протягом мільйонів років поспіль.

Де лід зустрічається в природі?

На нашій планеті лід можна зустріти всюди, де температура навколишнього середовища опускається нижче нуля градусів (за Цельсієм):

  • в атмосфері у вигляді дрібних кристаликів – снігу або інею, а також більших гранул – граду;
  • на поверхні планети у вигляді льодовиків – багатовікових скупчень, розташованих на Північному і Південному полюсах, а також на вершинах найвищих гірських хребтів;
  • під землею у вигляді вічної мерзлоти – у верхньому шарі земної кори навколо Північного полюса.

Крім того, згідно з дослідженнями астрономів, лід, тобто заморожену воду, виявили на багатьох планетах Сонячної системи. У незначних кількостях він є на Марсі і на ряді карликових планет, а також на супутниках Юпітера і Сатурна.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Малий буревісник