E-mail | SIS | Moodle | Helpdesk | Knihovny | cuni.cz | CIS Více

česky | english Přihlášení



Led jako mladý “fosilní záznam”

Voda je natolik všudypřítomnou a základní sloučeninou, že si laik stěží představí, že by mohla z vědeckého hlediska vůbec představovat nějakou záhadu. Opak je však pravdou. Řada fyzikálních vlastností vody je stále obestřena tajemstvím. Jeden z dříve nevysvětlených jevů nedávno objasnili geologové Jolana Hrubá a Günther Kletetschka z Přírodovědecké fakulty University Karlovy.

 

Na počátku výzkumu bylo prosté pozorování bublinek v rybničním ledu. Když se vyřeže kra z ledu na rybníku, uvidíme většinou krásné horizontální vrstvičky bublinek, která se v podstatě táhne po cele vodní ploše. V zimě je vodní plocha vystavena oscilujícím teplotám - ve dne jsou nahoru, v noci dolů. Kromě výkyvů teploty jsou také důležité výkyvy v radiaci. Díky tomu roste led nerovnoměrně - kromě růstu může také utávat.  Z pohledu geologa tedy představuje led a vrstvy bublinek v něm v jistém smyslu jakýsi “fosilní záznam”, byť jde o záznam velmi mladý.

 

Kousek ledu 27 cm x10cm x 1cm, vyříznutý z ledového pokryvu rozsáhlejší ledové plochy
položený na povrch ledu. Foto: archiv  Günthera Kletetschky. 

 

Hlavní otázka však zní - jak se bublinky do ledu  dostaly? Je to organický plyn ze dna, který se akumuloval v ledu? Nebo má jiný původ? Ačkoliv jde o jev poměrně dobře známý, jeho vysvětlení v dostupné literatuře má spíše charakter ad hoc hypotéz a nikoliv systematické teorie.   “Výzkumy na téma vzniku bublinek byly v minulosti již prováděny, ale vetsinou v laboratoři za kontrolovaných podmínek. Používala se většinou destilovaná voda a namísto vzduchu např. dusík či oxid uhličitý. Byly to experimenty spíše fyzikání než geologické,” vysvětluje geofyzik Günther Kletetschka, který pracuje částečně také v Geologickém ústavu AV ČR.

V reálném prostředí však bývá vývoj  systému o poznání jiný, než jak jej naznačují výsledky laboratorních experimentů. Geologové proto zkoumání jevu v reálných podmínkách využili dnes již snadno dostupné technologie drobných programovatelných teploměrů (termachronů) zhruba o rozměrech baterie do hodinek. Tyto teploměry mají dnes velké využití např. v potravinářství, kde se s nimi sleduje teplotní historie výrobku. V přírodních podmínkách vydrží tento přístroj naprogramovaný i řadu let. Tyto přístroje byly  fixovány do tepelně nevodivého předmětu. Tak se vytváří  soubor dat o tom, při jakých podmínkách se bublinky v ledu tvořily.

 

Detail bublinek v ledu. Bublinky jsou asi 0,2 - 0,5 mm v průměru. Foto: archiv  Günthera Kletetschky.

 

Na laboratorní výzkum však geologové také nezanevřeli. “V laboratoři, kde jsme měli kousky odebraného ledu z rybnika v lednici, jsme zjistili, že v ledu se v principu nacházejí tři typy bublinek. První nejvíce odpovídá představě bublinky - má tvar koule. Další typ vypadá spíše jako kapka, která míří vzhůru (např. jako stratosférický balón). V dolních partiích ledu mají pak některé bublinky takřka cylindrickou formu,” popisuje Kletetschka. 

Podle nás nejsou bublinky důsledkem vzniku plynů u dna rybníku, ale mají původ v nasycení vody plynem (podobně, jako je plynem nasycená např. minerální voda). Voda má velkou schopnost rozpouštět v sobě plyn. Když vystavíme vodu s rozpuštěným plynem změnám teploty směrem pod bod mrazu, stane se důležitá věc. Led nemá stejnou schopnost uchovávat v sobě plyn, jako má kapalná voda. Plyn se do ledu “nevejde” a začne vytvářet jádro pro bublinku, která v ledu zamrzne. Vrstva bublinek je de facto záznamem poklesu teploty, díky níž se vytvořila pevná fáze ledu.

Tento proces má vliv i na tvar bublinek - největší množství plynu se vyloučí z pevné fáze na počátku, další drobnější bublinky pod ní přibývají postupně. Tento proces vlastně kopíruje pokles teploty a s ním i rychlost vytváření nové vrstvy ledu.

 

Obrázky ledu v polarizovaném světle znázorňující kromě rozmanitých barev způsobených interferencí polarizovaného světla také přítomnost bublinek. Foto: archiv  Günthera Kletetschky.

 

Rychlost tvorby hranice voda/led je v přírodě podstatně rychlejší, než jak jej naznačovala data z laboratorních experimentů. Proč? Rybník zkrátka není destilovaná voda, ale obsahuje obrovské množství drobných center, které umožňují tvorbu bublinek. “Tento proces má docela zajímavé praktické důsledky. Led, který vzniká různým způsobem, tedy různou rychlostí zamrzání, má ve svém důsledku různé fyzikální strukturální vlastnosti, např. nosnost,” zakončuje svůj výklad Kletetschka.

 

Michal Andrle


Environmental record of layers of bubbles in natural pond iceJOLANA HRUBA  and GUNTHER KLETETSCHKA 


  •  
    •  
Publikováno: Úterý 25.09.2018 13:45

Akce dokumentů

Kategorie: