لماذا يتكون الجليد على سطح البحيرة؟.. عندما يتجمد الماء إلى جليد يصبح أقل كثافة من الماء ويستمر في الطفو على سطح البحيرة



تزداد كثافة الماء الدافئ بشكل عام كلما أبرد، وبالتالي تغرق.

قد تقودك هذه الحقيقة إلى الاعتقاد بأن الجليد يجب أن يتشكل في قاع البحيرة أولاً.
لكن شيئًا مضحكًا يحدث للماء حيث يصبح أكثر برودة.

يبدأ الماء، الذي يكون أكثر برودة من 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت)، في التمدد ويصبح أقل كثافة عندما يصبح أكثر برودة.

نتيجة لذلك، بالقرب من درجة التجمد، يطفو الماء البارد إلى الأعلى ويهبط الماء الأكثر دفئًا إلى القاع.
في النهاية، تتجمد أبرد المياه، التي تطفو على قمة البحيرة في ظروف شتوية، لتشكل طبقة من الجليد.

عندما يتجمد الماء إلى جليد، يصبح الجليد أقل كثافة من الماء ويستمر في الطفو على سطح البحيرة.


الجليد أقل كثافة من الماء بسبب الطريقة التي يشكل بها بنية بلورية سداسية.
يتكون كل جزيء ماء من ذرتين هيدروجين مرتبطتين بقاع ذرة الأكسجين.

عندما يتشكل الجليد، تشكل ذرات الهيدروجين لجزيء ماء واحد روابط هيدروجينية ضعيفة مع قمة ذرات الأكسجين لجزيئي ماء آخرين.

تشغل اصطفاف جزيئات الماء في هذا النمط مساحة أكبر من جعلها مختلطة عشوائيًا معًا (كما هو الحال في الماء السائل).

ولأن نفس كتلة الجزيئات تشغل مساحة أكبر عند التجميد، فإن الجليد يكون أقل كثافة من الماء السائل.

لهذا السبب نفسه، الماء أقل من 4 درجات مئوية
يصبح أقل كثافة على نحو متزايد مع زيادة برودة.

بالقرب من درجات حرارة التجمد، تبدأ الجزيئات الموجودة في الماء السائل في الاصطفاف في الهيكل السداسي الذي يملأ الفراغ.

يقول الكتاب المدرسي لهندسة النهر والجليد لجورج د. أشتون: "عندما تبرد البحيرة من فوق 4 درجات مئوية، تفقد المياه السطحية الحرارة وتصبح أكثر كثافة وتغرق.

تستمر هذه العملية حتى تصل درجة حرارة جميع المياه الموجودة في البحيرة إلى 4 درجات مئوية، عندما تصل كثافة المياه إلى أقصى حد لها.

مع مزيد من التبريد (وبدون خلط ميكانيكي) تتشكل طبقة مستقرة وأخف من الماء على السطح.
وعندما تبرد هذه الطبقة إلى نقطة التجمد ، يبدأ الجليد في التكون على سطح البحيرة".

في البحيرات العميقة، قد يلعب ضغط الماء دورًا أيضًا. يضغط وزن الجاذبية لجميع المياه الموجودة في أعلى البحيرة على الماء في أعماق البحيرة.

يسمح الضغط للمياه القريبة من قاع البحيرة بالبرودة دون التمدد والارتفاع.
بسبب الضغط، يمكن أن يصبح الماء في قاع البحيرات العميقة باردًا دون أن يتجمد إلى جليد.