Iš tiesų, baltas ledas yra dažnas reiškinys ne tik jūsų šaldiklyje, bet ir gamtoje - toks padengia upes, sušąla ant kelių ir šaligatvių. Permatomas ledas yra kur kas retesnis ir žmonės nėra įpratę jį dažnai matyti. Tačiau tiesa yra ta, kad vanduo retai tėra tik vanduo - grynas H₂O pasitaiko tik laboratorijose. Vandenyje yra nemažai dulkių, organinių dalelių, bakterijų, kalcio, geležies, kitų mineralų. Jame taip pat daug deguonies - ištirpęs deguonis yra tai, kuo kvėpuoja žuvys.
Taigi, kai vanduo sušąla, šios medžiagos susikoncentruoja ledo kubelio centre. Lede atsiranda daug mažų įtrūkimų, nelygumų, kurie išsklaido šviesą ir žmogaus akiai atrodo balti. Jei vanduo sušąla labai greitai, susiformuoja daug mažų ledo kristalų, o tarp jų atsiranda nelygumų. Tai taip pat išsklaido matomą šviesą ir ledas mums atrodo baltas. Norint išgauti visiškai skaidrų ledą, reikia labai švaraus, išgryninto vandens, tačiau ir tuomet gali nepavykti. Skaidrus ledas išgaunamas tik iš labai tyro vandens, kuris sušąla palaipsniui. Taip susiformuoja dideli kristalai, kurie tampriai suspaudžiami tarpusavyje ir neišsklaido šviesos. Kitaip tariant, šaldiklyje labai sunku išgauti permatomą ledą.
Juodasis ledas ir gamtiniai reiškiniai
O kaip permatomas ledas susidaro ant kelių? Juodasis ledas, aišku, nėra juodas. Taip jis vadinamas tik todėl, kad pro jį matomas asfaltas. Jis yra labai pavojingas, nes jį sunku pastebėti ir įvertinti, todėl daug nepatyrusių vairuotojų padaro klaidų ir patenka į bėdą. Juodasis ledas dažnai susidaro nuo lietaus ar staiga keičiantis temperatūroms. Kai ant kelio yra nemažai vandens ir jis nesudrumsčiamas, po truputį jis užšąla. Kadangi jo neveikia vėjas, jo paviršius gali būti labai lygus.
Lygiai taip skaidrus ledas susidaro ant ežerų. Šis fenomenas ypač dažnai pastebimas miškų ar kalnų apsuptuose vandens telkiniuose. Čia temperatūra krenta palaipsniui ir ledo sluoksnis lėtai storėja. Jo paviršiaus nesudrumsčia vėjas, o ir pats vanduo tokiose vietose dažnai yra labai švarus. Jei toks ežeras yra kalnuose, tai ir augmenijos jame mažiau, kaip ir ištirpusio deguonies.
Kodėl ledas yra slidus?
Pasirodo, net ir esant -30 laipsnių temperatūrai ledo paviršiuje yra itin plonas vandens sluoksnis. Mokslininkai aiškina, kad ledas elgiasi panašiai kaip vanduo, iš kurio yra sudarytas - ir visai nesvarbu, koks šaltis vandenį stingdo. Tai buvo įrodyta pasitelkus šiuolaikiškus paviršiui jautrius matavimo prietaisus, nors šį reiškinį nesunku pastebėti ir patiems. Palyginimui - jei šaldytuve vieną šalia kito sudėtumėte du ledo kubelius, jie greitai suliptų, o jei sudėtumėte du aukso luitus - tokio paties reiškinio nebūtų.
How to Keep Ice for Longer | Kids Science Experiments
Mokslininkai iš Amsterdamo universiteto panaudojo itin jautrią įrangą, kuri leidžia atskirti paviršinį ir vidinį ledo sluoksnius. Jie išsiaiškino, kad viršutinis ledą dengiantis vandens sluoksnis yra 4 molekulinių sluoksnių esant -3 laipsnių temperatūrai ir 2 molekulinių sluoksnių esant -30 laipsnių temperatūrai. Tai reiškia, kad esant dar žemesnei temperatūrai nei pastaroji, vandens sluoksnis visai išnyktų. Šis reiškinys paaiškina, kodėl ledas būna nebe toks slidus, kai temperatūra žemėja.
Mokslinis požiūris į ledo paviršių
- Ankstesni tyrimai, kuriais bandyta išsiaiškinti šiuos reiškinius, buvo nesėkmingi, nes senesnė įranga negalėjo užfiksuoti tokio itin plono vandens sluoksnio.
- Naujoji technika, kurią naudojo mokslininkai, vadinama maksimalaus dažnio kartos spektroskopija.
- Ji leidžia tyrinėti tik paviršių, bet neliečiant to, kas po juo.
- Du itin greiti lazeriai tiria paviršių iš skirtingų kampų ir sąveikauja tik su paviršiuje esančiomis molekulėmis.
Visi žinome, kad vanduo užšąla prie 0 laipsnių, tačiau dabar žinosite ir tai, kad labai mažytė ledo dalis išlieka skysta net ir -30 laipsnių temperatūroje. Žinoma, tam reikia daug pastangų ir laiko, tačiau galiausiai atskleidžiama itin specifinė šviesos spalva, kuri labai daug pasako apie paviršiaus molekulinę struktūrą. Šiuo atveju spektroskopija leido atskirti kietąjį ir vandens ledo sluoksnius.