Lód i jego właściwości

Lód, tlenek wodoru, czyli woda, w stałym stanie skupienia. W zależności od temperatury i ciśnienia opisano dokładniej 8 odmian polimorficznych lodu. Proces powstawania lodu składa się z kilku etapów. Początkowo wokół jąder krystalizacji tworzą się drobniutkie kryształy w formie dysków, które łączą się ze sobą i powodują powstawanie tzw. igieł lodowych. Igły lodowe łączą się na powierzchni wody i tworzą cienką błonę lodu w formie plam lub cienkiej powłoki. Zamarzająca masa grubieje, powstaje lód wodny. W jeziorach głębokich i o dużej objętości proces powstawania lodu następuje później (np. Zakrzówek), niż w zbiornikach płytkich i o dużej powierzchni (Balaton).

Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje lodu jeziornego:

• Czysty lód - przeźroczysty, o krystalicznej strukturze, tworzy się w temperaturach powietrza poniżej zera stopni Celsjusza,
• Mętny lód - mętno biały, nieprzezroczysty, powstaje w wyniku topnienia górnej warstwy lodu czystego na skutek podwyższenia temperatury. Zmiana barwy wiąże się z obecnością pęcherzyków powietrza,
• Lód śniegowy - tworzy się przy kolejnym topnieniu i zamarzaniu śniegu zalegającego na pokrywie lodowej. Warstwa ta przeważnie na polskich jeziorach nie przekracza kilku centymetrów ale w górach gdzie opady śniegu są znacznie większe, może osiągać znaczą grubość 2-3m (np. na Czarnym Stawie nad Morskim Okiem).

Lód dzięki temu, że posiada mniejszy ciężar właściwy od wody, pływa po jej powierzchni. Grubość nośna lodu która umożliwia:

• Przemieszczanie się jednej osoby wynosi 4–8 cm,
• Jeżeli grubość jest większa 8–15 cm lód może utrzymać kilka osób znajdujących się w jednym miejscu. Jest to jednak za mało aby bezpiecznie przebywać na krawędzi przerębli,
• W pełni bezpieczna grubość dla nurkowań pod lodem wynosi 15–20 cm,
• Kiedy grubość lodu wynosi ponad 30 cm mogą bezpiecznie przemieszczać się po nim pojazdy.

Powyższe wartości są prawdziwe jeżeli temperatura otoczenia jest równa lub mniejsza od 0 stopni Celsjusza. Jeżeli temperatury są dodatnie następuje zmniejszenie wytrzymałości lodu i podane grubości należy; zwiększyć o 1/4. Jak obliczyć grubość nośną lodu dowiesz się tutaj.

Ciężar właściwy lodu powstałego z wody słodkiej wynosi w temp -10 °C ok. 0,92 kg/l i zmienia się w minimalnych granicach pod wpływem temp. Jeżeli w lodzie znajdują się bąbelki powietrza to jego ciężar jest mniejszy.

Ciężar słodkiej wody wynosi ok. 1 kg/l więc łatwo obliczyć że 8% lodu będzie wystawać ponad poziom wody. To znaczy że:

Gęstość lodu słodkiego ze spadkiem temp maleje, ale gdy temperatura powietrza obniża się poniżej -15°C, lód - który początkowo powiększał swoją objętość zaczyna intensywnie kurczyć się co prowadzi do jego pękania z hukiem.

Ważnym parametrem dla nurków jest twardość lodu, od tej właściwości zależy ile czasu zajmie wykonanie przerębla. Twardość lodu zależy od temperatury:

Występują również inne odmiany:

• Śryż - niewielkie kryształki lodu, tworzące się w okresie zimowym w wodzie rzek płynących i na morzu, gdy temperatura wody osiągnie wartość nieco niższą od 0°C. Powstawanie śryżu jest pierwszym etapem tworzenia się pokrywy lodowej na rzece. W wodzie morskiej śryż dłużej utrzymuje się w postaci półpłynnej (nie scalonej) z uwagi na zasolenie,
• Lód przybrzeżny - lód brzegowy, lód narastający przy brzegu rzek, jezior, mórz, gdzie ruch wody jest niewielki. Często jako lód przybrzeżny określa się lód morski wyrzucony na brzeg przez fale, prądy czy przypływ,
• Lód denny - lód tworzący się na dnie szybko płynących rzek w czasie mroźnych, bezchmurnych nocy. Ochładzanie dna rzeki następuje szybko, powodując narastanie dużej ilości gąbczastego lodu. Lód denny mimo mniejszego ciężaru właściwego odrywa się od podłoża dopiero w wyniku podmycia przez nurt lub ogrzania promieniami słonecznymi. Jest często przyczyną uszkodzenia śluz, przystani, elektrowni wodnych oraz powoduje powodzie,
• Lód morski - lód tworzący się na powierzchni mórz i oceanów w średnich szerokościach geograficznych (sezonowo) i w wyższych szerokościach geograficznych (trwała pokrywa lodowa). Lód morski powstaje w wodzie o temperaturze ok. -2°C (przy zasoleniu 35‰) i tworzy pola lodowe, które są unoszone przez prądy morskie (lód dryfujący).

Polimorfizm -wielopostaciowość, występowanie tej samej substancji w kilku odmianach różniących się własnościami fizycznymi lub chemicznymi.