Vår naturkrönikör Dan Damberg har tittat närmare på is.

Isfigurer likt vackra kristaller i Österåns
mörka vatten

Isfigurer likt vackra kristaller i Österåns mörka vatten, en naturkrönika
i 8 bilder om naturens och vattnets skulpturala förmåga.
Text och foto Dan Damberg, Skillingaryd i januari månads sista dagar
2012.

Is är vatten i fast fas eller fast form som bildas då vattenånga eller
flytande vatten fryser. Elva olika modifikationer, det vill säga
strukturer, av is är kända vilka jag inte tänker gå in närmre på här mer
än att nämna den hexagonala isstrukturen som är den enda stabila
formen vid atmosfärstryck samt att den även är den enda form som
normalt förekommer i naturen, möjligen kan kubisk is förekomma på
hög höjd i atmosfären.

Den vanliga isen har alltså en hexagonal struktur, där varje
vattenmolekyl är tetraedriskt bunden till fyra andra vattenmolekyler
med vätebindningar. Denna uppbyggnad medför i många fall unika
egenskaper hos is. Den mycket öppna strukturen leder till låg densitet,
bara 0,917 g/cm³, för ren is vid 0 °C samt för naturis bara
0,89–0,95 g/cm³. När isen smälter vid 0 °C bryts en del av
bindningarna i det tetraedriska nätverket och vattenmolekylerna kan
packas något tätare. Densiteten för flytande vatten vid 0 °C är
1,0 g/cm³ och är därför högre än för is vilket är ett anmärkningsvärt
förhållande eftersom ett fast ämne i de flesta fall har en högre densitet
än motsvarande vätska. Is flyter därför på vatten, vilket har stor
betydelse i naturen då isskiktet på vattenytan verkar isolerande och
motverkar bottenfrysning av sjöarna. När vatten fryser till is ökar dess
volym med cirka 9 % och i slutna system leder detta till en kraftig
sprängverkan, så kallad frostsprängning. Av samma skäl sänks
smältpunkten för is när den utsätts för tryck motsvarande
0,0074 °C/bar, vilket har betydelse till exempel i glaciärer.

Ser ni fingrarna, händerna och armarna av is? Eller är det kanske tår,
fötter och underben?

Isens smältpunkt är hög tack vare dess vätebindningar och om
sådana rent hypotetiskt hade saknats borde smältpunkten ha legat på
omkring -100 °C. För att smälta 1 kg is åtgår 334 kilojoule och
motsvarande värmemängd frigörs enligt samma princip när vatten
fryser. På grund av detta inträffar vid snöbildning ofta en kraftig
temperaturstegring. Avdunstningen av vattenånga kan därför bli
märkbar även från is, exempelvis torkar även frusen tvätt. Ren is är
genomskinlig men i tjockare skikt får den en blå genomlysningsfärg,
men i naturis finns det ofta luftbubblor som gör den mindre
transparent, genomskinlig.

Ser ni högerprofilen av gubben med det kraftiga överbettet, de
utstående övre framtänderna och den rinniga näsan. Den gulvita
pupillen lyser under de något arga ögonbrynen.

När is bildas ur salthaltigt vatten kvarstannar till en början huvuddelen
av salterna i lösning, och isen blir då praktiskt taget saltfri. Detta kan
utnyttjas för framställning av dricksvatten ur havsvatten. Ju snabbare
isbildningen äger rum desto mera salter kommer emellertid att
medfölja iskristallerna som förorening.

Fruset vatten förekommer i många former och omgivningar när
temperaturen är tillräckligt låg. I atmosfären förekommer is i form av
iskristaller och snöflingor, på sjöar, floder och hav som ytis, i mark
som tjäle samt som is i glaciärer. Den övervägande delen av allt fruset
vatten vilket är nära 99 %, förekommer i glaciärerna medan 85 % av
den årliga nybildningen av is sker uppe i atmosfären.

Isens bärighet, det vill säga den last som isen kan bära innan den går
sönder, är störst för kärnis på sötvatten och avtar sedan med ökad
salthalt, inblandning av luftblåsor och andra föroreningar. Man kan
matematiskt räkna på isens bärighet med formeln: P = k·h², där
P är bärigheten i kg, h är isens tjocklek i cm och k är en
proportionalitetskonstant som beror av flera faktorer, bland annat av
lastens hastighet och anliggningsyta mot isen samt av isens temperatur
och sprickighet.

Bärigheten för ren sprickfri kärnis är cirka 10 kg/cm² om lasten
förflyttas långsamt och enligt matematikens lagar kan is som är
4 centimeter tjock då bära en last av 160 kg, medan 3 centimeter is
enligt samma matematiska lagar endast bär 90 kg. Vid förflyttning av
lasten orsakar dock isens nedböjning en våg i vattnet, som om
hastigheten är stor hinns upp av lasten. Isens nedböjning ökar då kraftigt
och proportionalitetskonstanten minskas till cirka 40 % av sitt
ursprungliga värde.

Eftersom sötvattnets densitet avtar med sjunkande temperatur under
+4 °C erhålls så småningom en stabil skiktning med det kallaste
vattnet i ytan, medan vattnet på bottnen håller konstant +4 °C.
Isbildningen startar ofta en kall, vindstilla och klar natt med hög
utstrålning och liten omblandning av vattnet. Först bildas ett nätverk av
horisontella isnålar på vattenytan och från dessa byggs tunna isskivor
ut tills ytan är täckt, därefter växer iskristallerna nedåt och isens
tjocklek tilltar.

Is vars kristaller är färre och större i dess underdel än i dess överdel är
genomskinlig och kallas kärnis. Men om isens översida avkyls i
sprickor kan uppstå. Vatten kan tränga upp i sprickorna och frysa till is
eller sugas upp i snön på isen och tillsammans med denna bilda så
kallad stöpis, som innehåller en mängd luftblåsor och därför är
ogenomskinligt vit eller gråvit.

Likt en isflundra vräker sig isen över stenarna i Österån vid Stensfors,
dock ingen strömstare.

På våren, när solstrålningen ökar, absorberas en del av strålningen av
isen, varvid i första hand kristallfogarna smälter. Isens bärighet kan då
mycket snabbt sjunka. En del av strålningen tränger genom isen och
värmer upp det nollgradiga ytvattnet, vars densitet ökar, och
konvektiva rörelser bildas varvid isen även smälter från undersidan.
Islossningen sker sedan när istäcket blivit så svagt att vindar eller
strömmar kan riva sönder det.

Ytterligare en isflundra, denna gång har den lagt sig att vila med öppen
mun på en av stenarna uppströms bron vid Stensfors.

Kraftfullt snott och snurrat kring den luftburna elkabeln vid dammen i
Stensö sitter sedan många år tillbaka mitt favoritdrag sedan
ungdomsåren, ett silverfärgat 25 grams Atom från ABU i Svängsta. På
detta drag har jag bland annat tagit min största gädda på 5,4 kilo i sjön
Hären tidigt 70-tal. Håven hade jag inte med mig så far fick komma ut
med denna i en annan båt och assistera mig. Härliga barndomsminnen!

Vem som förlorat just detta drag vet jag dock inte men att plocka ner
det är definitivt enklare sagt än gjort, likt en tulipanaros.