Dlaczego lód po zamarznięciu zwykle nie jest klarowny?

Wraz z porami roku pojawiają się wyzwania. Na przykład, jeśli istnieje termin gwarantujący właścicielom samochodów nerwową atmosferę, jest to “czarny lód”. National Weather Service definiuje to jako “nieregularny lód na drogach lub innych powierzchniach transportowych, którego nie można łatwo dostrzec”.

Czarny lód nie jest tak naprawdę czarny, jest przezroczysty. Materiał wygląda na czarny tylko wtedy, gdy pokrywa warstwę kruczoczarnego asfaltu. Wypadki zdarzają się, gdy kierowcy, ślepi na niebezpieczeństwo, kierują samochodami po lodzie i tracą przyczepność.

Inne rodzaje lodu są łatwiejsze do zobaczenia. Bez wątpienia zauważyłeś, że kostki lodu domowej roboty zwykle wyglądają w środku mętnie i nieprzejrzysto, jak białawe bloki waty cukrowej. Kontrastuje to z przerażającą przejrzystością czarnego lodu. Dlaczego zatem czarny lód jest przezroczysty, a kostki w typowych tacach do lodu nie są?

Przejrzystość

Ciekła woda wydaje się przejrzysta. Dzieje się tak, ponieważ nie pochłania większości światła widzialnego, które przez nią przechodzi. Jednak woda ma zwodniczą cechę: nieważne, jak klarowna może się wydawać, nigdy nie jest w 100% czysta. Próbka H2O może zawierać pływające cząsteczki materii organicznej – glony, szczątki roślin itp. – wraz z zawieszonymi osadami, cząstkami kurzu lub drobinami minerałów, takich jak wapń i wapno. Może również zawierać dużo rozpuszczonych gazów, takich jak tlen. (Bez wspomnianego tlenu ryby nie byłyby w stanie oddychać). Gazy i zanieczyszczenia fizyczne są kluczem do zrozumienia, dlaczego kostki lodu w dzbanku z lemoniadą są tak cholernie mętne.

Kiedy woda zamarza, wewnętrzne zanieczyszczenia i pęcherzyki powietrza mogą się koncentrować. Gromady blokują światło, powodując rozproszenie wszystkich różnokolorowych częstotliwości widma światła widzialnego. Kiedy tak się dzieje, lód wygląda na biały i zmącony. Ale nie zawsze tak się dzieje.

Chodzić po wodzie

W 2014 roku YouTuber Tomas Nunuk sfilmował siebie i towarzysza podróży spacerując po Velke Hincovo Pleso, głębokim słodkowodnym jeziorze w Słowackich górach. Jego wideo stało się wirusowe, ponieważ przedstawia dwóch mężczyzn stojących na niewiarygodnie czystym lodzie. Skały na dnie jeziora pod nimi są doskonale widoczne przez zamarzniętą wodę. Lód w filmie Nunuka był tak przezroczysty, że niektórzy widzowie YouTube zakładali, że materiał został sfałszowany. Ale Velke Hincovo Pleso jest bardzo realne, a kiedy jezioro zamarznie (jak to często bywa), lód na powierzchni może stać się krystalicznie czysty.

Aby uzyskać ten stopień przejrzystości, pokrywa lodowa musi być prawie całkowicie wolna od pęcherzyków powietrza i zanieczyszczeń. Są też inne wymagania. Lód składa się z kryształów – a kiedy H2O szybko zamarza, kryształy te są zwykle małe i liczne. To sprawia, że ​​lód wygląda na bielszy, ponieważ kryształy mają odblaskowe powierzchnie. Więc czym więcej kryształów, tym więcej odbić, które pomogą rozproszyć przychodzące światło. Z drugiej strony lód, który był zamrażany powoli, składa się z mniejszej liczby i większych kryształów. A te promują przejrzystość.

Podsumowując, lód stanie się przezroczysty i krystalicznie czysty tylko wtedy, gdy będzie zamarzał powoli i nie będzie zawierał zbyt wielu zanieczyszczeń ani kryształów. Słynny teraz film Tomasa Nunuka na YouTube pokazuje, co się dzieje, gdy wszystkie te warunki są spełnione. W dniu jego słowackiej wędrówki Velke Hincovo Pleso było pokryte lodowatym kocem o grubości około 2 centymetrów. Woda musiała zamarzać stopniowo podczas spokojnego okresu bez silnych wiatrów, które mogłyby wrzucić gruz do jeziora lub wzburzyć wodę.

Czarny lód i problem z tacą

To samo dzieje się z czarnym lodem na jezdni. Chociaż nie każdy czarny lód pochodzi z tego samego źródła (może zacząć się jako mgła, mżawka lub stopiony śnieg), zawsze zamarza powoli w okresach słabego wiatru, jest też niezmiennie cienki i zawiera bardzo mało zanieczyszczeń. Dlatego czarny lód jest tak przezroczysty – i frustrujący dla kierowców.

Jednak pomimo kłopotów związanych z drogami, przezroczysty lód nie jest tak powszechny w naturze jak jego biała, mętna odmiana. Istnieje wiele powodów, dla których dany kawałek lodu może nie być przejrzysty. Część lodu składa się z opadłych płatków śniegu, których kanciaste kształty i nieregularne kryształy rozpraszają światło. Czasami woda po prostu szybko zamarza, tworząc lód zawierający dużo mniejszych kryształków.

Sztuczny lód podlega tym samym prawom fizyki. Większość domowych tacek do lodu jest zaprojektowana do zamrażania małych bloków wody z zewnątrz do wewnątrz. Ma to efekt uboczny w postaci wypychania zanieczyszczeń w wodzie w kierunku środka każdej kostki. Gotowe produkty w środku wyglądają więc na białe i zamglone. Aby uzyskać wyraźniejsze, bardziej atrakcyjne kostki, niektóre restauracje używają drogich maszyn, które zamrażają wodę bardzo powoli i wyłącznie z jednej strony. To pozwala nieczystościom wydostać się na zewnątrz.

Na szczęście istnieje wiele tańszych sposobów wytwarzania przezroczystych kostek lodu. Jedna ze znanych sztuczek polega na wcześniejszym wygotowaniu wody, aby uwolnić ją od rozpuszczonych gazów przed rozpoczęciem procesu zamrażania.

 

Źródła: Mark Mancini / howstuffworks

What Is Black Ice And Why Is It So Dangerous?

Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers

Introduction to Materials Science and Engineering

Walking On Water: Physics of Clear Ice

What’s The Explanation Behind This Incredible Lake-Walking Video?

Frosty Friday: Glacial Ice vs. Pure Ice

Why Do Ice Cubes Get Cloudy in the Middle?

Zdjęcia: Unsplash

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x