Luonnossa esiintyviä jääpiikkejä, jotka ovat usein pyöreitä jääkynttilöitä tai moniulotteisia jäätorneja (yleensä kolmiomaisia), esiintyy toisinaan jäätyneen sade- tai vesijohtoveden astioissa. Vesi laajenee 9 % jäätyessään jääksi, ja jääkiteen yksinkertaisin muoto, joka kuvastaa sen sisäistä rakennetta, on kuusikulmainen prisma. Kiteen ylä- ja alapinnat ovat kuusikulmaisia tasoja, joita kutsutaan perustasoiksi, ja suuntaa, joka on kohtisuorassa perustasoihin nähden, kutsutaan c-akseliksi.

Leikkivälineet

Kolme jääpiikkiä, jotka kasvavat kotitalouskäyttöön tarkoitetun jääkaapin pakastinlokerossa

Prosessi käynnistyy silloin, kun pintana oleva vesi alkaa ytimellistyä epäsäännöllisyyksien ympärille kohdissa, joissa se törmää astian seinämään, ja jäätyy sisäänpäin. Jos ensimmäisenä muodostuvan kiteen c-akseli ei ole pystysuora, pohjataso leikkaa pinnan c-akselia vastaan kohtisuorassa olevaa linjaa pitkin, ja jääneuloilla on taipumus levitä pinnan poikki tätä linjaa pitkin. Samalla jääverho kasvaa alaspäin alijäähtyneeseen veteen pohjatasoa pitkin. Kun jääkalvo kasvaa niin, että se peittää suurimman osan pinnasta, kiteet sulautuvat yhteen ja kiinnittyvät jäykästi paikoilleen, ja jääkerros jatkaa jäätymistään kohti keskiosaa, kunnes vain pieni reikä jää jäätymättä. Kiteiden verhot yhdistyvät yleensä 60 asteen kulmassa, joten reikä on usein kolmion muotoinen, vaikka muutkin geometriset muodot ovat mahdollisia. Jään jatkuva laajeneminen alaspäin veteen puristaa jäljelle jääneen veden reiän läpi ylöspäin, jolloin muodostuu kupera meniski, joka pullistuu hieman jään pintaa korkeammalle. Kun meniskin reunat jäätyvät, ne muodostavat pienen padon, joka saa veden nousemaan korkeammalle, ja kun vesi laajenee jääpadon yläpuolella, reunat jäätyvät uudelleen muodostaen toisen padon ensimmäisen padon päälle. Jos veden laajenemisnopeus on sama kuin jäätymisnopeus reiän huulella, tämä prosessi toistuu jatkuvasti, ja peräkkäiset kerrokset muodostavat jääputken. Putken kasvu jatkuu tällä tavoin, kunnes kärki sulkeutuu tai kunnes kaikki vesi on jäätynyt. Jääpiikkien muodostuminen liittyy vesistön muotoon, liuenneiden epäpuhtauksien pitoisuuteen, ilman lämpötilaan ja veden yläpuolella tapahtuvaan kiertoon. Piikit, jotka kasvavat veden pinnan alapuolella muodostuneesta kiteestä, voivat työntyä jääpeitteestä jyrkässä kulmassa eikä kohtisuorassa siihen nähden.

Haarautuva jääpiikki

Pieniä jääpiikkejä voidaan muodostaa keinotekoisesti kotitalouksien jääkaapeissa tuotettuihin jääpalakuutioihin; käyttämällä tislattua vettä muovisissa jääpalakuutioalustoissa. Piikin muodostuminen on samankaltaista kuin luonnossa esiintyvän piikin muodostuminen siinä mielessä, että sisätiloissa olevan veden laajeneminen ja kuution sisätilojen tilavuuden pieneneminen lisäävät veden painetta ja työntävät sitä reiän läpi ylöspäin. Piikin kasvu lakkaa, kun putken yläosassa oleva pisara jäätyy kokonaan, mikä tapahtuu huomattavasti ennen kuin muu kuutiossa oleva vesi on jäätynyt. Tällä menetelmällä saadaan aikaan pieniä piikkejä, jotka ovat yleensä poikkileikkaukseltaan pyöreitä tai kolmion muotoisia ja teräväkärkisiä. Menetelmää on kokeiltu laboratorio-olosuhteissa, mutta on havaittu, että piikkejä muodostuu vähemmän todennäköisesti jääpaloista, jotka on valmistettu tislaamattomasta vedestä, koska veden epäpuhtaudet estävät piikkien muodostumisen. Tämä herättää kysymyksen siitä, miten luonnossa esiintyvät jääpiikit muodostuvat vesijohtovedessä tai sadevedessä, ja Libbrecht ja Lui ovat ehdottaneet, että jääkaapissa kasvatettujen pienten piikkien tapauksessa epäpuhtaudet konsentroituvat yhä enemmän putken yläosassa olevaan pieneen jäätymättömään pisaraan, mikä vähentää jäätymisnopeutta ja siten putken kasvua. He kuitenkin uskovat, että niissä harvoissa tapauksissa, joissa poikkeuksellisen suuret piikit kasvavat luonnollisissa, ulkona olevissa jäämuodostelmissa, jonkin muun mekanismin on poistettava kasvavan putken yläosaan kertyvät epäpuhtaudet. Joko epäpuhtaudet pakotetaan taskuihin, jotka jäätyvät hitaammin, tai ehkä konvektiivinen virtaus, joka olisi merkityksetön pienemmissä, keinotekoisesti kasvaneissa piikeissä, korvaa putken yläosassa olevan veden alhaalta tulevalla raikkaalla vedellä.

Caltechissa tehdyn työn tulosten perusteella on ehdotettu kokeita, joiden avulla tätä ilmiötä voitaisiin selvittää tarkemmin.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.