Jedným z dôsledkov globálneho otepľovania je postupné stúpanie hladiny oceánov údajne spôsobené topením sa ľadovcov. Môže však ich topenie sa skutočne za stúpanie vodnej hladiny?
Videonávod tohto experimentu, ako aj všetkých predchádzajúcich, nájdete na stránke video.matfyzjein.sk/experimenty.
Pomôcky
Priehľadný sklený pohár, kocky ľadu (stredné až veľké kusy), voda, miska (podložka pod pohár)
Postup
Pohár položíme na misku a naplníme ho ľadom úplne doplna, pričom ľad musí prečnievať ponad jeho okraj. Pritom je potrebné, aby bol prečnievajúci ľad umiestnený v strede a nedotýkal sa okraja pohára – pri jeho topení sa totiž môže stať, že začne stekať cez okraj. Do pohára následne začneme liať vodu až do momentu, keď bude jej hladina tesne nad okrajom pohára.
Pozorovanie
Pozorujeme topenie sa ľadu. Napriek tomu, že sa kocky ľadu vrátane tých nad povrchom vody roztápajú, jej hladina nestúpa a do podloženej misky nepreteká. To sa nezmení ani po roztopení sa všetkého ľadu.
Vysvetlenie
Pokiaľ chceme vysvetliť pozorovaný jav, musíme sa bližšie pozrieť na to, čo sa stalo so samotnou látkou, z ktorej je kocka vytvorená. Kocka ľadu je voda v tuhom skupenstve. Keď sa začne kocka topiť, mení sa voda postupne z tuhého skupenstva na kvapalné. Hmotnosť látky sa však pri zmene skupenstva nemení, pretože molekuly vody naďalej ostávajú v pohári. Hmotnosť akéhokoľvek homogénneho telesa (vytvoreného z rovnakej látky) je možno vyjadriť vzťahom m = V . ρ, kde V je objem telesa a ρ je hustota látky, z ktorej je teleso vyrobené. Pohár sme naplnili ľadom tak, že prečnieval nad hladinu vody. Keďže sa všetok ľad roztopil a na misku nepretiekla nijaká voda, všetky jej molekuly (ľad a pôvodná voda) museli zostať v pohári. Ako je to možné?
Hoci hmotnosť telesa sa pri zmene skupenstva nemení, jednotlivé veličiny v súčine, teda objem a hustota, sa meniť môžu. Voda má špecifickú vlastnosť, ktorú nazývame anomália vody. Tá spôsobuje, že hustota vody sa mení špeciálnym spôsobom – počas topenia sa v určitom intervale teplôt sa zväčšuje. Keďže však súčin hustoty a objemu musí byť zachovaný, musí sa zmenšovať objem roztopenej vody. Inak povedané, 1 kg ľadu zaberá viac priestoru ako 1 kg kvapalnej vody, čiže aj prečnievajúci ľad sa po roztopení dokázal zmestiť do pohára.

Ľadovce a globálne otepľovanie
Ako je to teda s tými ľadovcami? Spôsobuje ich topenie sa zvyšovanie hladiny oceánov? Áno aj nie. Závisí to od toho, na aký typ ľadovcov sa pýtame. Ak uvažujeme o ľadovcoch, ktoré sa nachádzajú v mori, tie sa počas topenia správajú rovnako ako náš model, čiže neprispievajú k zvýšeniu hladiny vody. Problémom sú tzv. pevninské ľadovce. Tie sa po roztopení vlejú do oceánov, pričom zvýšia ich objem a teda aj hladinu.
Ryba vo vode
Anomália vody spôsobuje, že tá má najväčšiu hustotu pri približne 4 °C. Vďaka tejto skutočnosti majú ryby šancu prežiť v mrazivom zimnom období. Voda, ktorá zamrzne napríklad na povrchu jazera, totiž neklesá ku dnu, keďže má menšiu hustotu ako tá pod ňou. Na hladine sa vytvorí súvislá vrstva ľadu, ktorá sa správa ako izolačná vrstva, vďaka čomu voda pod ňou zamŕza výrazne pomalšie a ryby tak môžu prežiť zimu bez ujmy na zdraví. Keby sme však hovorili o dlhotrvajúcej a výrazne chladnej zime, ani takáto izolačná pokrývka by nemusela stačiť na ochranu života v riekach, jazerách či iných vodných plochách.
Mgr. Patrik Rezák
Foto, video a graf Stanislav Griguš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.