Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Af hverju frýs sjórinn ekki?

Það er eðlilegt að svo sé spurt því að það gerist ekki á hverjum degi um þessar mundir að sjórinn frjósi hér hjá okkur. En sannleikurinn er samt sá að sjórinn getur frosið og gerir það ef nógu kalt er í nógu langan tíma. Þetta gerist til dæmis á hverju ári í Norður-Íshafinu fyrir norðan Ísland og annars staðar, og einnig kringum Suðurskautslandið.

Ein ástæðan fyrir því að sjórinn frýs sjaldnar en ferskt vatn er sú að saltið í sjónum lækkar frostmark sjávarins, og það því meira sem hann er saltari. Meðalselta í sjó er um 35 grömm af salti í hverju kílógrammi sjávar. Ef við kælum slíkan sjó í íláti rólega frá öllum hliðum niður fyrir 0°C frýs hann við tæplega tveggja stiga frost.

En sjór kólnar ekki þannig í náttúrunni, heldur kemur kælingin öll ofan frá, frá loftinu fyrir ofan yfirborðið. Þegar ferskvatn í stöðuvatni kólnar með þeim hætti, þá léttist það og flýtur ofan á þar til það frýs, og ísinn er líka léttari en vatnið þannig að hann situr ofan á.

Mynd 1. Þegar sjór frýs hefst ísmyndunin við yfirborðið eða rétt undir því með því að þar myndast litlar ísflögur eða ísnálar og síðan ískrap eða ísgrautur sem dregur úr öldugangi. Ljósmynd: Þór Jakobsson.

En þegar sjávarvatn kólnar verður það þyngra í sér en áður og leitar niður á við. Ef sjórinn er djúpur getur því liðið langur tími frá því að kælingin byrjar þar til sjórinn fer að frjósa við yfirborðið. Þetta er önnur ástæða fyrir því að sjór frýs yfirleitt síður en stöðuvötn.

Lítum nú nánar á af hverju frostmark saltvatns er lægra en ferskvatns.

Þegar ferskt vatn og loftið fyrir ofan það eru nálægt frostmarki (0°C) ríkir jafnvægi við yfirborðið. Sameindir í vatninu losna út í loftið og jafnmargar sameindir fara niður í vatnið. Ef bæði loft og vatn eru komin niður í frostmark er hreyfing sameindanna orðin svo lítil í vatninu að þær ná að festast saman og mynda ís.

Ef vatnið er salt breytist þetta vegna þess að saltið ryður burt hluta af sameindunum í fljótandi vatninu og jafnvægið rofnar, ís nær ekki að myndast. Til að mæta því þarf saltvatnið að kólna enn frekar svo að sameindir þess hægi enn meira á sér og líkurnar aukist á því að þær myndi ís og nýjar sameindir hlaðist síðan á hann. Við getum sagt í stuttu máli að frostmark saltvatns lækki vegna ruðningsáhrifa frá saltinu.

Mynd 2. Ef lygnt er frýs krapið saman í samfellda ísbreiðu. Ef vindur kemur til skjalanna brotnar ísbreiðan upp í svokallaðan diskaís eða íslummur. Ljósmynd: Peter Wadhams.

Svo er líka vert að geta þess að saltið tekur ekki þátt í frystingunni heldur er það áfram í upplausninni sem verður þá enn saltari, eða það sest til dæmis utan á ísinn. Flest önnur efni sem eru uppleyst í vatni haga sér svipað að þessu leyti. Ef við viljum ekki fá þau með klakanum þegar við setjum ís út í drykk, þurfum við því að skola ísmolana áður.

Þegar sjór frýs hefst ísmyndunin við yfirborðið eða rétt undir því með því að þar myndast litlar ísflögur eða ísnálar (e. frazil ice) og síðan ískrap eða ísgrautur (e. grease ice) sem dregur úr öldugangi, samanber mynd 1 að ofan. Ef lygnt er frýs krapið saman í samfellda ísbreiðu. Ef vindur kemur til skjalanna brotnar ísbreiðan upp í svokallaðan diskaís eða íslummur (e. pancake ice, sjá mynd 2 að ofan). En ef vindur er umtalsverður frá byrjun tekur ísmyndunin öll lengri tíma, rétt eins og á ósöltu stöðuvatni.

Höfundur þakkar Ágústi Kvaran eðlisefnafræðingi fróðlega umræðu um efni svarsins.

Heimild og myndir:
  • Unnsteinn Stefánsson, Haffræði I-II. Reykjavík: Háskólaútgáfan, 1991-1994.

Öll spurningin hljóðaði svona:
Af hverju frýs ekki sjórinn og af hverju er hann saltur?

Fyrri hlutanum er svarað hér og um seinni hlutann er hægt að lesa í svari Sigurðar Steinþórssonar við spurningunni Hvers vegna er sjórinn saltur?

Útgáfudagur

28.2.2019

Spyrjandi

Róbert Hugi Sævarsson

Höfundur

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Tilvísun

Þorsteinn Vilhjálmsson. „Af hverju frýs sjórinn ekki?“ Vísindavefurinn, 28. febrúar 2019. Sótt 19. mars 2019. http://visindavefur.is/svar.php?id=77184.

Þorsteinn Vilhjálmsson. (2019, 28. febrúar). Af hverju frýs sjórinn ekki? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=77184

Þorsteinn Vilhjálmsson. „Af hverju frýs sjórinn ekki?“ Vísindavefurinn. 28. feb. 2019. Vefsíða. 19. mar. 2019. <http://visindavefur.is/svar.php?id=77184>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Hrund Ólöf Andradóttir

1972

Hrund Ólöf Andradóttir er prófessor við Umhverfis- og byggingarverkfræðideild Háskóla Íslands. Rannsóknir hennar snúa að eðlisfræðilegum ferlum sem stuðla að dreifingu og örlögum efna í lofti og legi.