В Северном полушарии становится все холоднее. Идет осень, а в декабре сюда вернется зима. С этими временами года приходят свои проблемы. Например, если и есть термин, который гарантированно заставит автовладельцев потерять самообладание, то это "черный лед". Национальная метеорологическая служба определяет его как "пятнистый лед на дорогах или других транспортных поверхностях, который нелегко заметить".
Для человеческого глаза он практически невидим. Черный лед на самом деле не черный, он прозрачный. Он выглядит черным только тогда, когда покрывает слой черного дорожного асфальта. Аварии происходят, когда водители, не замечая опасности, направляют свои автомобили на лед и теряют сцепление с дорогой.
Другие виды льда легче увидеть. Вы, несомненно, замечали, что домашние кубики льда обычно выглядят мутными и непрозрачными в середине, как беловатые блоки сахарной ваты. Это контрастирует с пугающей прозрачностью черного льда. Почему черный лед прозрачен, а кубики в обычных лотках для льда - нет?
Ощущение прозрачности
Жидкая вода кажется прозрачной.
Это потому, что материал не поглощает большую часть видимого света, проходящего через него. Однако вода обладает обманчивым свойством: Какой бы свежей она ни казалась, она никогда не бывает на 100 процентов чистой. Образец H2O может содержать плавающие кусочки органических веществ - водоросли, остатки растений и т.д. - наряду с взвешенными отложениями, частицами пыли или частицами минералов, таких как кальций и известь. В ней также может быть много растворенных газов, например, кислорода. (Газы и физические примеси - это ключ к пониманию того, почему кубики льда в вашем кувшине для лимонада такие мутные.
Когда вода замерзает, внутренний мусор и пузырьки воздуха могут сконцентрироваться. Эти скопления препятствуют прохождению света, вызывая рассеивание всех различных цветных частот в спектре видимого света. Когда это происходит, лед выглядит белым и мутным. Но это происходит не всегда.
Хождение по воде
В 2014 году пользователь YouTuber Томаш Нунук снял, как он и его попутчик идут по Велке Хинково Плесо, глубокому пресноводному озеру в горах Словакии. Его видео стало вирусным, потому что на нем видно, как двое мужчин стоят на невероятно чистом льду; скалы на дне озера под ними прекрасно видны сквозь замерзшую воду. Лед на видео Нунука был настолько прозрачным, что некоторые зрители YouTube предположили, что эти кадры были подделаны. Но Вельке Хинково Плесо существует на самом деле, и когда озеро замерзает (как это часто бывает), поверхностный лед может быть кристально чистым.
Для того чтобы лед был таким прозрачным, он должен быть почти полностью очищен от пузырьков воздуха и мусора. Существуют и другие требования. Лед состоит из кристаллов, а когда H2O быстро замерзает, эти кристаллы становятся мелкими и многочисленными. Это делает лед более белым, потому что кристаллы имеют отражающую поверхность. Если кристаллов больше, то и отражение будет больше, что поможет рассеять входящий свет. С другой стороны, лед, который медленно замерзал, состоит из меньшего количества крупных кристаллов. А они способствуют прозрачности.
Напомним, что лед становится прозрачным и кристально чистым только в том случае, если он замерзает медленно и не содержит слишком много примесей и кристаллов. Ставшее знаменитым видео Томаша Нунука на YouTube - это пример того, как выглядит лед, когда все эти условия соблюдены. В день его словацкого похода Велке Хинково Плесо было покрыто ледяным одеялом толщиной около 2 сантиметров (или 0,78 дюйма). Вода, видимо, замерзала постепенно в спокойный период без сильных ветров, которые могли бы сдуть в озеро мусор или взбаламутить воду.
Черный лед и проблемы с лотками
То же самое происходит и с черным льдом на дорогах. Хотя не все эти вещества происходят из одного источника (они могут быть туманом, дымкой, моросью или талым снегом), они всегда медленно замерзают в периоды слабого ветра, они постоянно тонкие и содержат очень мало примесей. Вот почему черный лед такой прозрачный - и это досадно для автомобилистов.
Но, несмотря на раздражающие факторы, прозрачный лед встречается в природе не так часто, как мутный белый. Существует множество причин, по которым тот или иной кусок льда может быть непрозрачным. Некоторые льды состоят из выпавших снежинок, чьи угловатые формы и неправильные кристаллы рассеивают свет. А иногда вода просто быстро замерзает, в результате чего образуется лед с мелкими кристаллами.
Искусственный лед подчиняется тем же физическим законам. Большинство бытовых лотков для льда предназначены для замораживания маленьких блоков воды снаружи внутрь. Это приводит к тому, что примеси в воде направляются к центру каждого кубика. Поэтому готовые продукты выглядят белыми и мутными в центре. Чтобы получить более чистые и привлекательные кубики, некоторые рестораны используют дорогие машины, которые замораживают воду очень постепенно и только с одной стороны. Это позволяет примесям выходить наружу.
К счастью, существует множество более дешевых способов получения прозрачных кубиков льда. Один из известных приемов заключается в предварительном кипячении воды, что избавляет ее от растворенных газов до начала процесса замораживания.
