Proč voda mrzne shora dolů?

Vodu pijeme, plaveme v ní, myjeme se s ní a ochlazujeme se. Protože je voda tak běžná, mnoho z nás si nevšimne, jak zvláštní je ve srovnání s jinými látkami. Když během teplejších měsíců vhodíme do nápoje jednu nebo dvě kostky ledu, bez přemýšlení sledujeme, jak plave na hladině tekutiny v naší sklenici. Ale proč to led dělá? Proč voda zamrzá shora dolů, když většina ostatních látek zamrzá zdola nahoru? Píše zdroj Bitannica.

Voda zamrzá odshora dolů, což umožňuje ledu plavat. Vtip je v tom, jak se hustota vody chová při klesajících teplotách. Hustota je hmotnost jednotky objemu látky. Je to v podstatě míra toho, jak těsně jsou atomy a molekuly látky u sebe. U většiny sloučenin při klesající teplotě se objem sloučeniny zmenšuje, zatímco její hustota roste . Atomy a molekuly se stávají těsnějšími. Například vak teplého vzduchu stoupá a expanduje, protože je méně hustý než chladnější vzduch kolem něj. Vak chladného vzduchu naopak klesá a smršťuje se, při pádu se stává o něco silnější a hustší. Voda se chová podobně, ale pouze do určité teploty. Hustota chladicí vody se bude zvyšovat, dokud teplota vody nedosáhne 4 °C. Pokud bude voda dále chladnout, její hustota začne znovu narůstat a voda (nyní v pevném stavu) se bude rozpínat. Právě tato vlastnost vody umožňuje ledu rozpínat otevřené trhliny na chodnících a kamenech. Ale také způsobuje, že plechovky a lahve s nealkoholickými nápoji v mrazáku explodují.

Při 4 °C je voda stále v kapalné formě. V jezerech a řekách se tato voda ochladí na povrchu. Houstne a klesá. Jakmile se voda přiblíží k bodu mrazu 0°C, bude méně hustá než voda kolem ní a začne stoupat k vrcholu vodního sloupce. Pokud by voda zamrzla u dna jezera nebo řeky až nahoru, mělo by to hluboké ekologické důsledky. 

Pokud by mělká jezera zamrzla, rostliny, zvířata a další organismy, které tam žijí a nemají jinou adaptaci, by zemřeli. Ve větších jezerech by ledové dno a rozbředlý sníh ochlazovaly vodu nad nimi, což by mohlo zpomalit metabolismus a rychlost růstu organismů, které přežily v horním toku jezera. Za těchto okolností by Země vypadala úplně jinak. Polární oblasti planety by byly téměř bez života a každý rok by rostliny, zvířata a další organismy ve středních zeměpisných šířkách čelily pohledu na nedosažitelnou kapalnou vodu, která by zde byla pouze ve zmrzlých pevných plochách.

Zdroj: Encyklopedie Bitannica