SU NEDEN YÜZEYDEN DONAR?
ü
Havuzlar
ya da diğer su kütleleri, donma olayına gelindiğinde çok özeldir. Hemen hemen
bütün sıvılar üstten alta doğru donar, çünkü atomları donduğunda çok daha
sıkışmış hale gelir. Atomlar arasındaki boş alan azalır. Bu, içi boş bir
alüminyum topu katı bir nesnenin içine sıkıştırmak gibidir. İçi boş alüminyum
top kendi başına olsa yüzer ancak aynı alüminyum bir başka alüminyum topağının
içine sıkıştırıldığında batar. Su donduğunda özeldir. Buzun içinde suya oranla
daha fazla boş alan vardır. Sonuç olarak donmuş su, sıvı suda yüzer. Bu
özelliği de buzu yüzeyde tutar ki, bahar geldiğinde güneş onu eritebilsin. Eğer
su da diğer sıvılar gibi donsaydı, tüm buz dibe çökecek ve bir daha
erimeyecekti. Böyle olsaydı birkaç yıl içinde okyanuslar kaskatı donar kalırdı.
ü Bunun iki değişik nedeni var. Birincisi, deniz ve
göllerin sadece üstten soğuyabilmesidir. Havanın sıcaklığı mevsimlerle sürekli
değişir. Buna karşın, suyun altındaki yer uzun yıllar boyu aynı sıcaklıkta
kalır. Gerçi ara sıra volkanik aktiviteler nedeniyle su alttan ısınabilir, ama
alttan soğuması hiç bir zaman söz konusu değil. Bu nedenle, havanın soğuk
olduğu durumlarda, su üstten ısı kaybettiği için, suyun içindeki sıcaklık
aşağıdan yukarıya doğru azalıyor. En soğuk yer en üstte olduğu için de donma
buradan başlıyor.
ü İkinci nedense biraz daha önemlidir. Buzun yoğunluğu
suyunkinden daha az. Bundan dolayı, suyun içinde
bulunan herhangi bir buz kütlesi, kaldırma kuvvetinin etkisi altında su yüzüne çıkma eğilimindedir. Buna, bir de suyun yoğunluğunun 4°C’de en yüksek değerine ulaştığını ekleyelim. Yoğunluk farkı nedeniyle kaldırma kuvveti etkisini hissettirir. Eğer suyun sıcaklığı her yerde 4°C’nin üzerindeyse, sıcak su yukarı çıkar, soğuk su da aşağı iner (çaydanlıkta kaynayan su gibi).
Ama eğer sıcaklık her yerde 4°C’nin altındaysa, bu defa soğuk su yukarı çıkar, sıcak su da aşağı iner. Bu da donmanın en soğuk olan yerden, yani yukarıdan başlaması anlamına geliyor.
İşte bu nedenden dolayı, buzluğa bir bardak su koyduğunuzda da donma ilk önce tepeden başlar. Bardağın yanlardan ve alttan ısı kaybetmesi bu gerçeği değiştirmiyor. Fakat donma başlayıp suyun üstünde bir buz tabakası oluştuktan sonra işin rengi biraz değişebilir. Çünkü buz, ısıyı daha zayıf iletir. Bu nedenle, yanlardan ve alttan olan ısı kaybı, üstten olan kayıptan daha fazla olabilir (bu bardağın ısıyı ne kadar iyi ilettiğine bağlı). Eğer bardak kanalıyla gerçekleşen ısı kaybı çok fazlaysa ve soğuk suyun yukarı yükselmesi için yeteri kadar zaman yoksa bardağın yan ve alt yüzeylerinde de donma başlayabilir. Bu da ilginç bir duruma yol açar: Buzdan bir kabukla paketlenmiş su.
Her durumda suyun ortası en son donar.
bulunan herhangi bir buz kütlesi, kaldırma kuvvetinin etkisi altında su yüzüne çıkma eğilimindedir. Buna, bir de suyun yoğunluğunun 4°C’de en yüksek değerine ulaştığını ekleyelim. Yoğunluk farkı nedeniyle kaldırma kuvveti etkisini hissettirir. Eğer suyun sıcaklığı her yerde 4°C’nin üzerindeyse, sıcak su yukarı çıkar, soğuk su da aşağı iner (çaydanlıkta kaynayan su gibi).
Ama eğer sıcaklık her yerde 4°C’nin altındaysa, bu defa soğuk su yukarı çıkar, sıcak su da aşağı iner. Bu da donmanın en soğuk olan yerden, yani yukarıdan başlaması anlamına geliyor.
İşte bu nedenden dolayı, buzluğa bir bardak su koyduğunuzda da donma ilk önce tepeden başlar. Bardağın yanlardan ve alttan ısı kaybetmesi bu gerçeği değiştirmiyor. Fakat donma başlayıp suyun üstünde bir buz tabakası oluştuktan sonra işin rengi biraz değişebilir. Çünkü buz, ısıyı daha zayıf iletir. Bu nedenle, yanlardan ve alttan olan ısı kaybı, üstten olan kayıptan daha fazla olabilir (bu bardağın ısıyı ne kadar iyi ilettiğine bağlı). Eğer bardak kanalıyla gerçekleşen ısı kaybı çok fazlaysa ve soğuk suyun yukarı yükselmesi için yeteri kadar zaman yoksa bardağın yan ve alt yüzeylerinde de donma başlayabilir. Bu da ilginç bir duruma yol açar: Buzdan bir kabukla paketlenmiş su.
Her durumda suyun ortası en son donar.
