Globální oteplování, tání ledu a fyzika (3)

Minule jsme se zastavili u tří jevů, kterých jsme si jako pozorní experimentátoři všimli při přípravě pokusů na téma „globální oteplení“. Připomínáme, že „sladkou“ a slanou vodu (či led) odlišujeme pomocí potravinářského barviva: červená barva = „sladká“ voda, modrá barva = slaná voda. Dnes se soustředíme na další zajímavé a na první pohled možná nepochopitelné jevy, které se však projeví až v průběhu samotných pokusů – při tání ledu.

Hustota studené vody

Nejprve se „na vlastní oči“ přesvědčíme o tom, že studená voda má větší hustotu než voda teplá a proto klesá ke dnu. To nám pomůže lépe porozumět průběhu dalších dvou pokusů.

Podle návodu v úvodu našeho seriálu si z obarvené vody připravíme váleček červeného ledu. Led opatrně vložíme do sklenice s čirou vodou z vodovodu a pozorně sledujeme tání spodního konce válečku.

Vznikající červená voda má teplotu okolo 0 °C a v podobě barevných pramínků klesá ke dnu sklenice. To dokazuje, že studená voda z tajícího ledu má větší hustotu než teplá voda z vodovodu. (Obr. 1, obr. 2)

Led netaje rovnoměrně

Naším dalším úkolem je vysvětlit podivné změny tvaru ledu během tání.

Připravíme si opět ledový váleček a vložíme do sklenice s vodou z vodovodu. Po určité době tání se začne tvar válečku výrazně měnit: místo původního válcového tvaru vzniká v oblasti vodní hladiny čím dál užší „hrdlo“.

Proč?
Z předešlého experimentu již víme, že nejstudenější voda (z tajícího ledu) klesá ke dnu a vytlačuje teplejší „původní“ vodu k hladině. U hladiny proto taje led rychleji než ve větších hloubkách, což způsobuje změnu válcového tvaru. (Obr. 3)

Vyzkoušejte sami

V návodu popisujeme změnu tvaru při tání „sladkého“ ledového válečku. Ověřte si, zda se podobně změní i tvar tajícího slaného ledu. Dovedli byste vysvětlit, proč je slaný led (na rozdíl od „sladkého“) už na začátku pokusu značně „rozbředlý“?

Hra barev

V posledním pokusu vytvoříme ve sklenici pomocí tajícího ledu barevné efekty. Budeme přitom postupovat podobně, jako v pokusech v úvodním dílu seriálu. Tehdy jsme zkoumali změnu výšky hladiny ve dvou případech: tání slaného (modrého) ledu ve slané (modré) vodě a tání „sladkého“ (červeného) ledu ve „sladké“ (červené) vodě.

Dnes vyzkoušíme zbývající dvě varianty, ale soustředíme se především na výsledné rozložení barev:

• tání slaného (modrého) ledu ve „sladké“ (červené) vodě

• tání „sladkého“ (červeného) ledu ve slané (modré) vodě.

Až všechen led v obou sklenicích roztaje, zjistíme, že v prvním případě se u dna vytvoří tenká vrstva modré vody, zatímco ve druhém případě vznikne tenká vrstva červené vody na hladině.

Proč?

• Vysvětlení vzniku modré vrstvy u dna levé sklenice je celkem jednoduché. Jedná se o slanou studenou vodu z ledu. Slaná voda má větší hustotu než voda „sladká“ a studená voda má větší hustotu než voda teplá. Obě tyto vlastnosti jsou příčinou klesání modré vody ke dnu.

• Vysvětlení vzniku červené vrstvy v pravé sklenici je poněkud komplikovanější. Při tání červeného ledu v teplé slané vodě vzniká „sladká“ studená červená voda. Opět musíme uvážit dvě vlastnosti:
  1. „sladká“ voda má menší hustotu než slaná voda

  2. studená voda má větší hustotu než teplá voda
  
  Na základě první vlastnosti stoupá červená voda k hladině. Uvážíme-li druhou vlastnost, měla by červená voda v teplé vodě klesat ke dnu. Abychom vysvětlili tento rozpor, musíme uvědomit, že modrá voda ve sklenici je slaná! Hustota slané teplé vody je totiž výrazně větší než hustota „sladké“ studené vody. Proto modrá voda zůstává za všech okolností ve spodní části sklenice a červená voda vytvoří vrstvu na hladině. (Obr. 4, obr. 5)

  Seriál o tání ledu je u konce. V jeho úvodu jsme se pokusili pomocí jednoduchého pokusu odpovědět na „ekologickou“ otázku, zda může tání plovoucích mořských ledovců ovlivnit výšku hladiny moří a oceánů. Zjistili jsme, že nikoli. Tím by mohlo naše pátrání skončit. Jako zvídaví a zvědaví experimentátoři jsme však narazili na řadu dalších fyzikálních jevů, které si také zasloužily naši pozornost.