В Северном полушарии стало холоднее. Осень снова наступила, и зима вернется сюда 21 декабря 2018 года. С этими сезонами приходят свои проблемы. Например, если есть один термин, который гарантированно выведет автовладельцев из себя, так это «черный лед». Национальная метеорологическая служба определяет это как «пятнистый лед на дорогах или других транспортных поверхностях, которые трудно увидеть».
Для человеческого глаза это практически невидимо. Черный лед на самом деле не черный; он прозрачный. Материал выглядит черным только тогда, когда он покрывает слой угольно-черного асфальта. Аварии случаются, когда водители, не замечая опасности, ведут свои машины по льду и теряют сцепление с дорогой.
Другие виды льда легче увидеть. Вы наверняка замечали, что кубики льда домашнего приготовления обычно выглядят мутными и непрозрачными посередине, как беловатые кусочки сахарной ваты. Это контрастирует с пугающей прозрачностью черного льда. Почему черный лед прозрачен, а кубики в ваших типичных формочках для льда - нет?
Ощущение прозрачности
Жидкая вода выглядит прозрачной. Это потому, что материал не поглощает большую часть видимого света, проходящего через него. Однако у воды есть обманчивое качество: какой бы свежей она ни казалась, она никогда не бывает чистой на 100 процентов. Образец H2O может содержать плавающие кусочки органического вещества - водоросли, растительные остатки и т. д. - вместе с взвешенными отложениями, частицами пыли или частицами минералов, таких как кальций и известь. Он также может содержать много растворенных газов, таких как кислород. (Без упомянутого кислорода рыба не смогла бы дышать.) Газы и физические примеси являются ключом к пониманию того, почему эти кубики льда в вашем кувшине для лимонада такие чертовски мутные.
Посмотрите, когда вода замерзает, внутренний мусор и пузырьки воздуха могут концентрироваться. Кластеры препятствуют свету, заставляя рассеиваться все разноцветные частоты в спектре видимого света. Когда это происходит, лед выглядит белым и затуманенным. Но так бывает не всегда.
Хождение по воде
В 2014 году ютубер Томас Нунук заснял себя и своего попутчика, идущего по Вельке Хинково Плесо, глубокому пресноводному озеру в словацких горах. Его видео стало вирусным, потому что на нем двое мужчин стоят на невероятно чистом льду; скалы на дне озера под ними идеально видны сквозь замерзшую воду. Лед в видео Нунука был настолько прозрачным, что некоторые зрители YouTube предположили, что кадры были фальшивыми. Но Велке Хинково Плесо очень реален, и когда озеро замерзает (как это часто бывает), поверхность льда может быть кристально чистой.
Ледяной щит должен быть почти полностью свободен от пузырьков воздуха и мусора, чтобы иметь такую степень прозрачности. Есть и другие требования. Лед состоит из кристаллов, и когда H2O быстро замерзает, эти кристаллы имеют тенденцию быть маленькими и многочисленными. Это делает лед более белым, потому что кристаллы имеют отражающую поверхность. Таким образом, чем больше кристаллов, тем больше будет отражение, что поможет рассеять падающий свет. С другой стороны, медленно замерзший лед состоит из меньшего количества более крупных кристаллов. И они способствуют прозрачности.
Подытожим: лед станет прозрачным и кристально чистым только в том случае, если он замерзнет медленно и не будет содержать слишком много примесей или кристаллов. Теперь известное видео Томаса Нунука на YouTube представляет собой пример того, как это выглядит при соблюдении всех этих условий. В день его похода по Словакии Велке Хинцово Плесо было покрыто ледяным одеялом толщиной около 2 сантиметров (или 0,78 дюйма). Вода, должно быть, постепенно замерзала в спокойный период без сильных ветров, которые могли бы сдуть мусор в озеро или взбить воду.
Проблемы с черным льдом и подносом
Мы видим то же самое, что и на гололедице на проезжей части. Хотя не все эти вещества происходят из одного и того же источника (они могут начинаться как туман, дымка, изморось или растаявший снег), они всегда медленно замерзают в периоды слабого ветра, они неизменно тонкие и содержат очень мало примесей. Вот почему гололед настолько прозрачен, что раздражает автомобилистов.
Но, несмотря на неприятности на дорогах, прозрачный лед встречается в природе не так часто, как белый, дымчатый. Есть много причин, по которым данный кусок льда может быть непрозрачным. Некоторый лед состоит из упавших снежинок, угловатые формы и кристаллы неправильной формы рассеивают свет. А иногда вода просто быстро замерзает, в результате чего образуется лед с более мелкими кристаллами.
Искусственный лед подчиняется тем же физическим законам. Большинство бытовых лотков для льда предназначены для замораживания небольших блоков воды снаружи внутрь. Это имеет побочный эффект: примеси в воде перемещаются к центру каждого кубика. Таким образом, готовые изделия выглядят белыми и мутными в середине. Чтобы получить более четкие, привлекательные кубики, в некоторых ресторанах используются дорогие машины, которые очень постепенно замораживают воду и исключительно с одной стороны. Это позволяет загрязнениям выходить наружу.
К счастью, есть много более дешевых способов сделать прозрачные кубики льда. Один известный трюк заключается в предварительном кипячении воды, что избавляет ее от растворенных газов до того, как начнется процесс замораживания.
Вот это круто
Технически вода не бесцветна (хотя часто так кажется). Хотите верьте, хотите нет, но жидкость имеет естественный голубоватый оттенок из-за того, что она легче поглощает красный, желтый и оранжевый свет, чем синий свет. Но наши человеческие глаза могут наблюдать это лазурное качество только в глубоких водоемах. Это помогает объяснить, почему океан кажется нам голубым, а стаканы питьевой воды - прозрачными. Именно поэтому большие толстые ледники приобретают королевский оттенок.