TEADLANE VASTAB ⟩ Mis on «must jää» ja miks veetorud külmuvad just ilma soojenedes?
19. detsember 2023, 12:22
/nginx/o/2023/12/19/15789971t1h2fb8.jpg)
Tallinna Tehnikaülikooli emeriitprofessor ja keemiateadlane Rein Munter selgitab lahti, mida nimetatakse «mustaks jääks» ja kuidas see tekib ning vastab muudele praegu tekkinud aktuaalsetele küsimustele vee ja jää kohta.
Must jää on tegelikult läbipaistev jää ning ohtlik ilmastikunähtus, mis statistika andmetel põhjustab sõidukitega neli korda rohkem õnnetusi kui märg teekate ning kaks korda rohkem kui lumised teed.
Ohtlik jääkirme tekib tavaliselt nullilähedaste temperatuuride juures ning temperatuuri järsul langemisel. Oht musta jää tekkeks on siis, kui udu, hall või vihm langeb teepinnale, mille temperatuur on alla nulli. Kui õhus on paks udu ning kraad näitab «pluss nulli», on üsna kindel, et must jää on kohal.
Mitte must, vaid läbipaistev
Tegelikult pole jää mitte must, vaid läbipaistev ja matt, nii et pole võimalik näha, kas tegemist on lihtsalt asfaldiga või on selle pinnal külmunud veekiht.
Miks külmunud veetorud lõhkevad just ilma soojenedes?
Külmudes kasvab jää seinast tsentrisse ja toru elastsus suudab jääle vastu panna. Soojenedes ei sula aga jää kohe ära. Selle asemel hakkab see paisuma nagu iga normaalne tahke keha ja surub viimasel purunemise piiril toru katki.
Kuidas tekivad jää ja lumi ning mis on lumehelbe kõige levinum kuju?
Tahkes olekus vett nimetatakse jääks. Jää on kristallilise ehitusega ja selle kristallvõres esinevad tühimikud, mistõttu on jää tihedus väiksem kui vedelal veel.
Lumi pole midagi muud kui vesi, mis on külmunud jääkristallideks atmosfääris. Ilmastiku-uurijad teavad juba üle 70 aasta, et jääkristallid kasvavad pilvedes kindlatel temperatuurivahemikel.
Õhukesed plaadikesed tekivad -2 kraadi juures. Kui temperatuur langeb -5 kraadini, moodustuvad nõelakesed ja sambakujulised kristallid. -15-kraadise külmaga tekivad üliõhukesed plaadid ning kui temperatuur langeb alla -30 °C, moodustuvad jälle tulbad ning sambad.
Siiani pole keegi suutnud pakkuda mõistlikku seletust, miks juba paarikraadine temperatuurimuutus tekitab täiesti erineva kujuga lumekristalle.
Lumehelbe kõige levinum kuju (kuusnurksus) tuleneb jääkristalli struktuurist. Lumi, nagu teemant või keedusoolgi, on mineraal, sellel on kindel kristallistruktuur. Veemolekulid moodustavad jääs teiste veemolekulidega vesiniksidemeid, mille moodustatud hulknurkade sisenurgad on 60 kraadi. Ka jää moodustumisel tekib esmajoones struktuur, millel on antud keskkonnatingimuste juures suurim stabiilsus, milleks on jääl Maa alumises atmosfääris heksagonaalsed kristallid.
Millal külmub soolane vesi?
Vesi külmub 0 kraadi juures. Soola olemasolu (3,5%) alandab külmumistemperatuuri ~2 °C võrra ja samas alandab temperatuuri, mille juures vee tihedus saavutab maksimumi, külmumispunktini. Soolase vee pind hakkab külmuma temperatuuril −1,9 °C (vesi soolsusega 3,5%), moodustuv jää on aga peaaegu soolavaba ning tihedus on võrreldav mageveekogu jää tihedusega. Vee tihedus tavatingimustel on umbes 1 g/cm3, aga see sõltub otseselt temperatuurist. Umbes 4 °C juures saavutab vesi oma maksimaalse tiheduse. Vee tihedus sõltub ka lahustunud ainete kontsentratsioonist.
Allikatena on lisaks kasutatud Wikipedia, K. Libbrechti, A. Mere, E. Puura, J. Kameniki, L. Kase ja S. Paekivi andmeid.