Будь то кубики в вашем коктейле или плот для арктических тюленей, плавающий лёд — это основной факт природы, который мы можем считать само собой разумеющимся.
Плавающий лед — «настолько фундаментальный факт мира, что трудно по-настоящему представить, каким был бы мир [без него]», — сказал Брент Минчью (Brent Minchew), адъюнкт-профессор геофизики Массачусетского технологического института.
Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему лёд плавает на воде, а не опускается на дно? Это связано с плотностью воды.
Вода в виде льда — твёрдое состояние воды — плавает, потому что она менее плотная, чем её жидкая форма. Большинство других веществ, напротив, становятся более плотными в твёрдой фазе.
«Вода — очень необычное вещество», — рассказала Live Science Клэр Паркинсон (Claire Parkinson), бывший климатолог из Центра космических полетов имени Годдарда NASA в Мэриленде.
Кубики льда плавают благодаря своей молекулярной структуре. Молекула воды (H2O) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Атомы водорода и кислорода имеют общие электронные пары, образуя ковалентные связи. Положительный заряд атома водорода притягивается к отрицательно заряженному атому кислорода другой молекулы воды, и связь, которая образуется между этими молекулами, известна как водородная связь.
Когда вода замерзает, эти водородные связи образуют кристаллическую решётку, объяснил Минчью. Большая часть льда на поверхности Земли образует повторяющиеся гексагональные кристаллы. По словам Минчью, внутри этой решетчатой структуры много пустого пространства, которое заполняется воздухом, что приводит к снижению плотности льда.
Вот почему айсберги плавают в океане, невзирая на то, что, по данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США, их толщина составляет примерно от 100 до 165 футов (30-50 метров). И это весьма неплохо, поскольку плавающий лёд позволяет жизни под замёрзшей поверхностью озёр и океанов процветать. По словам Паркинсон, если бы лёд тонул, это являлось бы проблемой для морской и водной жизни, которая в настоящее время обитает в этих подводных средах обитания.
По данным Земной обсерватории NASA, морской лёд, который плавает на поверхности океана, также имеет решающее значение для циркуляции океана. При замерзании морской лёд выделяет соль, что делает воду под ним чрезвычайно солёной и плотной. Минчью объяснил, что эта плотная вода, образованная морским льдом, опускается на дно океана и выталкивает глубинную воду на поверхность, помогая циркулировать океанской воде по всему миру.
Факт того, что лёд плавает, также в состоянии оказывать глубокое воздействие на некоторые переломные моменты изменения климата. Западноантарктический ледяной щит представляет собой продолжение льда, соединённого с сушей, и является крупнейшим источником подъёма уровня моря в Антарктиде. Исследование 2023 года, опубликованное в журнале Nature Climate Change, предсказывает, что плавучие шельфовые ледники, составляющие Западноантарктический ледяной щит, в течение следующего столетия будут быстро уменьшаться по мере того, как потепление океанов будет плавить шельфовый лёд снизу.
По словам Минчью, это часть обратной связи температуры океана с повышением уровня моря, обусловленной плавучестью: «и всё это только потому, что лёд плавает».
