Vi siete mai chiesti come mai in inverno stagni, laghi e specchi d’acqua rimangono congelati solamente in superficie?
A differenza degli altri liquidi, tra 0 e 4 °C l’acqua assume un comportamento del tutto particolare. Al punto di congelamento (intorno agli 0 °C), infatti, le molecole dell’acqua ghiacciata sono più distanti tra loro, rendendo così il ghiaccio più leggero e voluminoso. Se la temperatura aumenta, spostandosi dunque dal punto di congelamento, il reticolo cristallino dell’acqua ghiacciata si rompe, dando origine a una miriade di molecole unite a coppie tra loro. Questi frammenti del reticolo non costituiscono dei cristalli di ghiaccio veri e propri, ma sono comunque più leggeri delle molecole d’acqua più calda.
A 4 °C circa, le molecole d’acqua si ritrovano strette al massimo tra loro (maggiore densità) e si muovono ormai a caso, senza una struttura fissa. Infine, a temperature superiori dei 4 °C l’acqua assume un comportamento paragonabile ad altri liquidi e dunque le sue molecole si muovono molto rapidamente, accelerando e scontrandosi tra loro. Questo fenomeno aumenta la loro distanza reciproca e porta dunque l’acqua a espandersi.
Quando uno stagno si congela, inizia una sorta di danza tra i diversi strati di acqua che lo costituiscono. Trovandosi a contatto con l’aria fredda, la superficie dello stagno si raffredda per prima ed essendo più densa e pesante (ovvero intorno ai 4 °C) tende a inabissarsi. Tale fenomeno lascia spazio a un nuovo strato d’acqua che, venendo a contatto con l’aria si raffredda a sua volta e si inabissa. Il processo prosegue fino a quando l’intero stagno raggiunge la temperatura di circa 4 °C e l’acqua raggiunge uno stadio di densità massima.
A questo punto, l’aria gelata raffredda ulteriormente la superficie dello stagno portandola, per esempio, a 3 °C. In questo caso l’acqua inizia a congelare e le sue molecole si espandono rendendo lo strato ghiacciato in superficie più leggero dell’acqua sottostante. Tale fenomeno rallenta ora il processo di congelamento: il ghiaccio formatosi in superficie isola l’acqua sottostante dall’aria gelida. Lo stagno rimane così congelato solamente nello strato superficiale, mantenendosi liquido negli strati più profondi. Un vero sollievo per i pesci… e per chi li va a pescare.