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8.1. Formación de hielo
El agua de mar está compuesta por agua pura y
una cantidad de sales disueltas. El contenido de
sales, disueltas en el agua, afecta directamente parámetros
tales como: tensión de vapor, temperatura
de congelamiento, densidad, etc. Por esta causa
y en aras de una mayor claridad, comenzaremos
estudiando la formación de hielo en agua pura.
8.1.1 Formación de hielo en agua pura
Tomaremos como condición inicial una masa
de agua pura en estado líquido sin sal alguna disuelta
en ella, que se encuentra a una temperatura
mayor que 4°C y en cuyo seno no hay corrientes
de agua ni mareas ni otra perturbación dinámica
sino que está calma. Si comenzamos un proceso
de enfriamiento, consistente en enfriar el aire en
contacto con el agua, a medida que disminuye la
temperatura del aire se enfría el agua en contacto
con el aire, generándose así un enfriamiento desde
arriba hacia abajo (figura 1 a, b). Cuando la temperatura
de la capa superficial alcance los 4°C,
habremos alcanzado también la máxima densidad
del agua, (figura 1 c, d). Por condiciones de estabilidad,
esta capa más densa se sumergirá y será
reemplazada por agua menos densa de un nivel
inferior estableciéndose en ese momento una circulación
vertical que finalizará cuando toda la capa
de agua alcance la temperatura de 4°C (figura
1 e, f). Si el proceso de enfriamiento atmosférico
continúa, la capa superficial de agua alcanzará la
temperatura de 0°C y comenzará la congelación,
(figura 1 g, h) hasta cubrir toda la superficie.
Veamos ahora qué ocurre cuando toda la superficie
está cubierta por una fina capa de hielo y
el enfriamiento del aire continúa. El agua que se
encuentra en contacto con el hielo también alcanza
la temperatura de 0°C y congela, pero si recordamos
un poco lo que estudiamos en física, al pasar
del estado líquido al sólido se libera calor a
razón de 80 calorías por gramo. Este calor es liberado
al aire, la fuente fría, a través de la capa de
hielo que cubre el agua (figura 1 i, j) y, si tenemos
en cuenta ahora la pequeña capacidad del hielo
para conducir calor, vemos que independientemente
de la temperatura exterior, el proceso de
enfriamiento se hará más lento a medida que se
incremente el espesor del hielo.
Lo analizado hasta aquí nos permite sacar algunas
conclusiones:
(i) Una vez cubierta toda la superficie del agua
con una capa de hielo, el crecimiento de la
misma, o incremento del espesor del hielo,
se produce desde abajo.
(ii) A medida que se incrementa el espesor del
hielo disminuye la velocidad de crecimiento.
(iii) Los movimientos verticales cesan cuando
toda la capa alcanza la temperatura de máxima
densidad (en rigor, a escala molecular,
nunca cesan pero no son importantes a los
efectos de esta explicación).
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