De dichtheid van water gekoppeld aan verrassende vormen
Toen kolommen met zoetwaterijs werden ondergedompeld en gesmolten in water, vormden zich naar beneden gerichte pieken (links) bij temperaturen onder ongeveer 5 ° Celsius, sint-jakobsschelpen (midden) tussen ongeveer 5 ° C en 7 ° C en naar boven gerichte pinakels (rechts) erboven ongeveer 7°C.
De gekke dichtheid van water leidt tot vreemde effecten die onderzoekers nog steeds ontdekken.
Meestal worden vloeistoffen dichter naarmate ze meer afkoelen. Maar zoet water is het dichtst bij 4° Celsius. Als het onder die temperatuur afkoelt, wordt het water minder dicht en stijgt het. Als gevolg hiervan zijn ijskolommen ondergedompeld in vloeibaar water kan in drie verschillende vormen smeltenafhankelijk van de temperatuur van het water, rapporteren onderzoekers in de 28 jan Fysieke beoordelingsbrieven.
“Bijna alles” aan de bevindingen was verrassend, zegt wiskundige Leif Ristroph van de New York University.
Ristroph en collega’s verankerden ultrapuur ijscilinders tot 30 centimeter lang op hun plaats en dompelden ze onder in tanks met water bij temperaturen van 2 ° tot 10 ° C.
Het ijs smolt in gladde, naar beneden wijzende pieken als het in water werd geplaatst dat lager was dan ongeveer 5 ° C. Simulaties toonden “een vreemd ding – dat het koude vloeibare water in de buurt van het ijs eigenlijk drijvend is” omdat het minder dicht is dan de rest van het ijs. water in de tank, zegt Ristroph. Dus die opwaartse stroom trekt warmer water dichter bij de basis van het ijs, waardoor het sneller smelt dan de bovenkant.
Het tegenovergestelde deed zich voor boven ongeveer 7°C; het ijs vormde een naar boven wijzende piek. Dat komt omdat kouder water in de buurt van het ijs dichter is dan het omringende water en zinkt, waardoor het warmer water aan de bovenkant van het ijs naar binnen trekt en het sneller laat smelten dan de bodem, toonden simulaties. Dit komt overeen met “wat je intuïtie zou verwachten”, zegt Ristroph.
Tussen ongeveer 5° tot 7° C smolt het ijs tot geschulpte kolommen. “Eigenlijk is het water verward”, zegt Ristroph, dus het vormt verschillende lagen, waarvan sommige de neiging hebben om te stijgen en andere die de neiging hebben om te zinken, afhankelijk van hun dichtheid. Uiteindelijk organiseert het water zich in “wervelingen of draaikolken van vloeistof die de vreemde rimpelingen in het ijs snijden.”
Er is meer werk nodig om het complexe samenspel van factoren te begrijpen die deze en andere vormen kunnen genereren op ijs dat smelt in de natuur (SN: 4/9/21).
