El hielo flota en el agua porque es menos denso.
Eso nos lleva a otras preguntas: ¿por qué el agua líquida es más densa que el agua sólida? ¿qué implicaciones tiene este hecho?
El estado de un cuerpo (sólido, líquido o gaseoso) viene determinado por la fuerza de atracción que las moléculas que lo componen experimentan entre sí.
Si esta atracción mantiene a las moléculas firmemente unidas en una posición fija, decimos que se trata de un cuerpo sólido. Pero no hay que olvidar que esas moléculas contienen cierta energía cinética o de movimiento que les permite vibrar en sus posiciones.
Si se suministra energía, por medio de calor por ejemplo, las moléculas ganan esa energía y vibran cada vez con más violencia, hasta que la atracción de las demás moléculas no basta para limitar ese movimiento. De manera que se rompen las ligaduras y las moléculas comienzan a moverse por su cuenta, deslizándose unas contra otras, chocando y empujándose. Se produce el cambio de estado y el cuerpo pasa de ser sólido a ser líquido.
Si se continúa aplicando calor, la velocidad de vibración aumenta y se produce un nuevo cambio de estado hacia el estado gaseoso.
De manera general, las moléculas de un cuerpo sólido están ordenadas de manera compacta. En una disposición que apiña las moléculas unas contra otras con muy poco espacio intermolecular. Así, cuando el sólido se funde y las moléculas se separan aumentando el espacio intermolecular, la sustancia se expande y su densidad disminuye.
Entonces, podemos decir que, de manera general, que los sólidos se expanden al fundirse y se contraen al congelarse.
Pero el agua no se comporta así. ¿Por qué?
Las moléculas del hielo están dispuestas en una formación especialmente laxa, en una formación tridimensional que tiene muchos huecos merced a los puentes de hidrógeno. En su caso, al calentarse y empezar a deslizarse las moléculas de agua, en vez de expandirse pasan a rellenar esos huecos o espacios intermoleculares, pasando a ocupar menos espacio en estado líquido que en sólido. Siendo, pues, menos denso el hielo que el agua.
Puede parecer un hecho baladí, pero no lo es en absoluto. Esta circunstancia resulta ser muy afortunada para la vida en la Tierra.
Cualquier hielo que se forme en una masa de agua flota en la superficie, aislando las capas más profundas del frío exterior y preservando el calor bajo la superficie. Esa capa aislante permite la vida bajo el hielo.
Además, al concentrarse en la superficie está más expuesto a los rayos solares, siendo mayor la posibilidad de que se funda por efecto del Sol.
Su fuera al contrario y el hielo fuese más denso, se hundiría y dejaría expuesta al frío al agua de la superficie, que se congelaría y se depositaría en el fondo a su vez, lejos de los rayos solares que la podrían fundir. Si el hielo fuese másn denso que el agua, las reservas acuáticas del planeta estarían casi todas congeladas sin permitir gran parte de la vida que conocemos.
Así pues, esta característica del agua la hace especialmente útil para la vida.
Nota sabionda: Al fundirse un centímetro cúbico de hielo se forman 0,9 centímetro cúbicos de agua.
Nota sabionda: Cualquier trozo de hielo flota en el agua, con una décima parte por encima de la superficie y nueve décimas partes por debajo. Ver iceberg.
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Estos días se ha hablado mucho del Eyjafjalla, volcán islandés oculto bajo el glaciar Eyjafjallajökull, situado al sur de Islandia a unos 120 km al sureste de su capital, Reikiavik. Se ha hablado por la espectacularidad de su erupción, por la magnitud de la columna de humo y cenizas expulsadas y, sobre todo, por el efecto que la inmensa nube de cenizas ha tenido sobre la vida cotidiana del centro y norte de Europa: la cancelación de numerosos vuelos que han supuesto la total suspensión del tráfico aéreo durante unos días.
Pero no ha sido ésta la primera erupción del citado volcán, pues hay noticia de otras tres anteriores. La primera se produjo supuestamente alrededor del año 550, la segunda ocurrió en 1612 y la tercera tuvo lugar entre el 19 de diciembre de 1821 y el 1 de enero de 1823. Esta cuarta comenzó el 20 de marzo de 2010 y a día de hoy todavía está en curso.
Otras muchas erupciones volcánicas han acontecido con anterioridad, con mayor poder destructor y con efectos mucho más devastadores. Sin pretender una lista exhaustiva, se citan a continuación algunas de las más famosas:
VESUBIO
Hay otros volcanes italianos, incluso activos en la actualidad, pero ninguno tan famoso como el Vesubio. En el año 79 d.C. parte de la Campania romana se vio asolada por una tragedia volcánica. El Vesubio, cerca de la actual Nápoles, cubría de cenizas en pocas horas la ciudad de Pompeya y anegaba en fango las de Herculano y Stabias. La lluvia de cenizas húmedas que acompañó a la erupción formó un sello hermético sobre la ciudad, conservando muchas estructuras públicas, templos, teatros, termas, tiendas, casas particulares y cadáveres; lo que permitió a los historiadores y arqueólogos conocer muchísimos detalles de la vida romana.
KRAKATOA
El 27 de agosto de 1883 la isla volcánica de Krakatoa se hundía en el estrecho de Java y Sumatra, debido a una erupción explosiva del volcán del mismo nombre. El ruido provocado por la explosión volcánica se pudo oir a unos 4.800 km de distancia. Su saldo de víctimas fue de 40.000 muertos, la mayoría de habitantes de islas colindantes, que fueron literalmente barridas por tsunamis de hasta 35 m de altura.
NEVADO DEL RUIZ
Este volcán es tristemente famoso por la erupción que en noviembre de 1985 causó 23.000 víctimas mortales y la desaparación total de la población de Armero, arrastrada por una avalancha de lahar (fango volcánico) que, a su vez, desbordó las cuencas del río Lagunillas.
KILAUEA
El Kilauea, que se asienta en la parte sur de la isla hawaiana de Mauna Loa, es uno de los más activos del planeta. Se caracteriza por su lenta y casi ininterrumpida emisión, causando así que la isla aumente paulatinamente su tamaño. Su más famosa erupción se produjo desde 1969 hasta 1974 y comenzó con unas grandes fuentes de lava que alcanzaron los 540 m de altura.
Nota sabionda: El cráter del Eyjafjalla tiene un diámetro de entre 3 y 4 km y el glaciar cubre un área de unos 100 km².
Nota sabionda: La potencia destructiva de la explosión del volcán Krakatoa, medida en megatones, superaría cuatro veces la de la bomba nuclear más mortífera creada por el hombre.
Nota sabionda: El Kilauea es considerado por los nativos hawaianos como el hogar de Pele, la diosa del fuego.
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Ese humo que burbujea a los pies de los músicos por el escenario, esa densa humareda que desciende de las probetas del laboratorio de un científico loco, esa espesa niebla que surge del hirviente caldero de una bruja, desciende por sus costados y repta por el suelo… todos estos efectos los provee el hielo seco.
Y, ¿qué es el hielo seco? ¿y por qué se llama así?
El hielo seco es dióxido de carbono puro en estado sólido, de la misma manera que el hielo convencional es agua en estado sólido. Pero si bien el agua se congela a 0 ºC, el dióxido de carbono lo hace a -78,5 ºC. Así pues, el hielo seco está mucho más frío que el hielo de agua.
A temperatura ambiente el hielo convencional comienza a derretirse y, al transformarse en líquido, se moja. En cambio, el hielo seco está seco porque no se derrite. Como el dióxido de carbono no puede existir en estado líquido a la presión atmosférica normal, cambia de estado directamente de sólido a gaseoso: se sublima.
Pero no es el dióxido de carbono en forma gaseosa lo que vemos, la nube que rodea el hielo seco es agua pura. Agua que se ha condensado de la humedad natural del aire gracias a la baja temperatura del hielo seco. Y que en virtud a esa fría temperatura desciende y se mantiene a ras de suelo como si fuera un manto.
Nota sabionda: El CO2 no puede existir en estado líquido a la presión atmosférica normal porque sus moléculas no poseen el suficiente grado de adherencia para adoptar el estado líquido. Así solamente obtendremos CO2 en estado líquido (y sólido) si lo sometemeos a una elevada presión de forma artificial. Así se ha de hacer para rellenar los extintores de CO2.
Nota sabionda: El uso del hielo seco es una práctica muy extendida en los estudios de cine y televisión. Y su efecto es sorprendente porque asemeja vapor que, merced a su alta temperatura, debería elevarse. En vez de eso desciende, formando una falsa niebla.
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La temperatura del polo, sí… pero… ¿de cuál?
Porque en contra de lo que podría pensarse, las temperaturas del Polo Norte y del Polo Sur difieren notablemente entre sí.
El Polo Sur es el más frío de los dos. En la estación rusa Vostok se ha llegado a registrar la temperatura más baja medida alguna vez en la Tierra: -89,2 ºC el 21 de julio de 1983. Y en la base norteamericana Amundsen-Scott, es común registrar temperaturas por debajo de los -50 ºC, que es la temperatura promedio anual para el continente.
En cambio, en el Polo Norte, si bien las temperaturas descienden por debajo de los -40ºC, no llegan a los extremos del Polo Sur, manteniéndose la media anual alrededor de los -30 ºC.
Esta diferencia climática se debe a que la Antártida es un continente helado y el Polo Norte un mar congelado en el centro del Océano Ártico, en la llamada cuenca de Nansen.
La Antártida es un continente donde el hielo y la nieve cubren una enorme masa de tierra hasta una altitud media de 2.835 m sobre el nivel del mar y una altitud puntual de hasta 4.000 m. Como se estima que el espesor de la capa de hielo es de unos 2.700 m, la tierra estaría prácticamente a nivel del mar.
Entonces… ¿cuáles son los mecanismos que causan esta diferencia térmica?
El agua posee un alto calor específico, lo que significa que para calentar una determinada cantidad de agua se necesita un aporte de energía mayor que el que requieren otros elementos. Tarda más tiempo en calentarse y también más en enfriarse.
Así, los océanos se calientan muy lentamente y también tardan más tiempo en desprenderse del calor que han acumulado, dando como resultado un clima más suave. Y eso es lo que ocurre en el Polo Norte.
En cambio, en el Polo Sur existe un clima continental sin que se sienta la acción reguladora del océano, por lo que el frío es más extremo, al desprenderse más rápidamente del calor acumulado durante el día. La altitud también contribuye, ya que a mayor altura la temperatura desciende. Y es allí precisamente, en los puntos más altos, donde se registran las temperaturas más extremas.
Nota sabionda: La Antártida es el único continente que no tiene una población humana permanente.
Nota sabionda: No hay una razón a priori para posicionar el Polo Sur en un huso horario, pero por una razón de conveniencia práctica, la Base Amundsen-Scott mantiene el tiempo de Nueva Zelanda.
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Se dice que la fotografía fue tomada por un trabajador de una plataforma petrolífera, en las aguas del extremo oriental de la península del Labrador (Canadá).
Quizá las condiciones de luz hicieron posible la instantánea o quizá la foto esté retocada. En cualquier caso, es hermosa.
Nota sabionda: Un iceberg es una gran masa de hielo flotante arrastrada hacia latitudes más bajas por las corrientes marinas, como es el caso de la Corriente del Labrador o de Groenlandia.
Nota sabionda: De un iceberg sobresale del agua sólo una octava parte de su volumen total, por lo que estas masas gélidas constituyen un peligro para la navegación, ya que pueden alcanzar dimensiones enormes. Un famoso iceberg fue el causante del hundimiento del Titanic el 14 de abril de 1912.
Nota sabionda: El hielo que forma los icebergs está formado en los glaciares continentales, es hielo de agua dulce.
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