Эксперт рассказал, что такое «черный лед» и почему лопаются замерзшие водопроводные трубы

"Черный лед" Фото: Janusz Walczak / Pixabay

Профессор Таллиннского технического университета и ученый-химик Рейн Мунтер объясняет, что называется черным льдом и как он образуется, а также отвечает на другие актуальные вопросы о воде и льде.

Черный лед на самом деле представляет собой прозрачный лед, и это опасное явление, которое, по статистике, является причиной в четыре раза больше дорожно-транспортных происшествий, чем мокрое дорожное покрытие, и в два раза больше, чем заснеженные дороги.

Это явление часто возникает на дорогах, когда дневная температура воздуха немного выше нуля, влажность высокая, и идет дождь или изморось. Когда вечером температура опускается ниже нулевой отметки, мельчайшие водные частицы оседают на дорожном покрытии, образуя тонкую водяную пленку. При дальнейшем понижении температуры эта пленка превращается в лед, несмотря на то, что термометр может показывать положительные значения.

А поскольку этот лед тонкий и прозрачный, невозможно понять, имеем  мы дело с асфальтом или замерзшим слоем воды на его поверхности.

- Почему замерзшие водопроводные трубы лопаются, когда становится тепло?

- При замерзании лед нарастает от стенок к центру, и эластичность трубы все еще может противостоять льду. Однако при нагревании лед не плавится сразу. Вместо этого он начинает расширяться, как любое обычное твердое тело, и именно от этого трубы и лопаются.

- Как образуются лед и снег и какая форма снежинки наиболее распространена?

- Вода в твердом состоянии называется льдом. Лед имеет кристаллическую структуру и в этой структуре имеются пустоты, поэтому плотность льда меньше, чем жидкой воды.

Снег - это не что иное, как вода, замерзшая в кристаллах льда в атмосфере. Метеорологи уже более 70 лет известно, что кристаллы льда растут в облаках при определенных диапазонах температур.

Тонкие пластинки образуются при -2 градусах. При понижении температуры до -5 градусов образуются игольчатые и столбчатые кристаллы. При температуре -15 градусов формируются сверхтонкие пластины, а при падении температуры ниже -30 градусов вновь формируются колонны и столбцы.

До сих пор никто не смог предложить разумного объяснения тому, почему изменение температуры даже на несколько градусов приводит к образованию снежных кристаллов совершенно другой формы.

Кристаллы льда. Фото: Arvet Mägi/Virumaa Teataja

Самая распространенная форма снежинки (шестиугольная) обусловлена ​​строением кристалла льда. Снег, как алмаз или поваренная соль, является минералом, имеет определенную кристаллическую структуру. Молекулы воды образуют водородные связи с другими молекулами воды во льду, внутренние углы образующихся многоугольников составляют 60 градусов.

Также при образовании льда в первую очередь формируется та структура, которая обладает наибольшей устойчивостью в условиях окружающей среды - шестиугольные кристаллы льда в нижних слоях атмосферы Земли.

- Когда замерзает соленая вода?

- Вода замерзает при нулевой температуре. Наличие соли (3,5%) понижает температуру замерзания на два градуса. Поверхность соленой воды начинает замерзать при температуре -1,9 градуса, однако образующийся лед практически не содержит соли и по плотности сравним с плотностью пресной воды.

Плотность воды при нормальных условиях составляет около 1 г/см3, но она напрямую зависит от температуры. При температуре около четырех градусов выше нуля вода достигает максимальной плотности. Плотность воды зависит также от концентрации растворенных веществ.