Globální oteplování, tání ledu a fyzika (1)

Pojmem „globální oteplování“ rozumíme pozvolný nárůst průměrné teploty zemského povrchu, oceánů a atmosféry. Zatímco na samotné existenci oteplování se většina odborníků shoduje, příčina tohoto jevu jednoznačně objasněna není. Podle části vědců je globální oteplování způsobeno stále rostoucí koncentrací tzv. skleníkových plynů v atmosféře, které vznikají především lidskou činností. Odpůrci tohoto názoru považují rostoucí průměrnou teplotu za přirozený proces, vyvolaný například změnou sluneční aktivity.

K nejvýraznějším důsledkům globálního oteplování přitom patří vzestup hladiny moří (za posledních 100 let se zvýšila až o 20 cm), úbytek mořského ledu v polárních oblastech a celosvětový ústup pevninských ledovců. Ze sdělovacích prostředků se občas dozvíme, že zvýšení hladiny a nebezpečí rozsáhlých záplav v přímořských oblastech je způsobeno táním mořských ledovců. Podle jiných zdrojů však tání mořských ledovců na vzestup mořské hladiny žádný vliv nemá. Tak má, nebo nemá?

Místo planého mudrování rozhodneme toto dilema na základě jednoduchého pokusu. Nejprve si připomeňme příčinu plování ledu na vodě.

Proč led plave

Led má asi o 10 % větší objem než voda, ze které vznikl. Proto má oproti vodě o něco menší hustotu: kusy ledu sice plují na vodě, ale 90 % jejich objemu zůstává pod hladinou. Při experimentování nejprve použijeme „sladkou“ vodu z vodovodu a zjistíme, jak se změní výška vodní hladiny, když v této vodě roztaje kus ledu, vzniklého zmrznutím „sladké“ vody. Pak stejný pokus zopakujeme se slanou (tj. „mořskou“) vodou a tajícím slaným ledem.

Co budeme potřebovat
Připravíme si dvě nádoby na vodu, dvě vysoké sklenice z čirého skla, dvě plastové nádobky na přípravu ledu (my jsme použili tuby od šumivých tablet), potravinářské barvivo a větší injekční stříkačku. Asi půl centimetru od horního okraje sklenic uděláme permanentním fixem vodorovnou čáru. Do jedné nádoby nalijeme půl litru obyčejné vody a obarvíme ji červeným potravinářským barvivem. Ve druhé nádobě si připravíme půl litru „mořské“ vody – rozpustíme v ní asi 30 g kuchyňské soli a obarvíme ji namodro. Plastové tuby z větší části naplníme červenou (tj. „sladkou“) a modrou (tj. „mořskou“) vodou. Vodu v tubách necháme přes noc zmrznout v mrazáku a druhý den se můžeme pustit do práce. (Obr. 2)

Jak na to

Sladká voda:
Z mrazáku vyjmeme tubu s červeným ledem a na chvíli ji ponoříme do horké vody, aby se led uvolnil od stěny. Uvolněný ledový váleček vyklopíme do sklenice a až po horní značku zalejeme sladkou (červenou) vodou pokojové teploty. Přesnou výšku hladiny „doladíme“ pomocí injekční stříkačky. Led ve vodě postupně taje, ale hladina vody ve sklenici zůstává až do úplného roztátí stále ve stejné výšce.

Mořská voda
Stejným způsobem si ověříme, že výška hladiny se nezmění ani při tání mořského ledu v mořské vodě. (Obr. 3, obr. 4)

Závěr

V obou případech jsme zjistili, že při tání ledových ker, plujících na hladině vody (ať sladké, či mořské), ke zvyšování ani ke snižování vodní hladiny nedochází. Jak se dá vysvětlit tento zdravému selskému rozumu zdánlivě odporující výsledek? Třeba takto:

Představme si, že v nádobě je 1 litr vody a její hladina je v určité výšce h. Z nádoby odebereme 0,1 litru vody a necháme ji zmrznout. Vzniklou kostku ledu pak vložíme zpět do vody a necháme ji v ní úplně roztát. V nádobě je nyní opět 1 litr vody – na začátku jsme sice odebrali 0,1 litru na vytvoření ledu, ale rozpuštěním tohoto ledu vzniklo opět 0,1 litru vody. Objem vody v nádobě na začátku i na konci experimentu je stejný a proto je stejná i počáteční a koncová výška hladiny h. (Obr. 5)

Popsanými experimenty jsme se přesvědčili, že přímořské oblasti neohrožuje případnými záplavami tání plovoucích mořských ledovců. K znatelnému zvýšení hladin moří a oceánů by však mohlo dojít z jiného důvodu. Nastalo by v případě výrazného tání pevninských ledovců, ze kterých by voda stékala do moří. Týká se to zejména ledovců pokrývajících území Antarktidy a Grónska, jejichž tání se začíná projevovat už v současnosti. Například v roce 2006 se zmenšil antarktický a grónský pevninský ledovec celkem o 475 miliard tun ledu a toto množství se každoročně zvyšuje o dalších 37 miliard tun.

Vyzkoušejte sami

• V popisovaných pokusech jsme zkoumali případy, kdy tál led ve vodě, ze které vznikl. Prozkoumejte změnu výšky hladiny i ve zbývajících dvou variantách: led ze sladké vody nechejte roztát ve slané vodě a led ze slané vody ve vodě sladké. K jakým výsledkům jste došli?


• Znáte-li dobře Archimedův zákon, můžete se pokusit matematicky dokázat, že roztaje-li celá ledová kra, má vzniklá voda stejnou hmotnost (a tedy i stejný objem), jako voda, vytlačená ponořenou částí kry. Výška hladiny se proto nezmění. Jako nápovědu připomínáme, že velikost vztlakové síly, působící na kru, se rovná tíze kry…

V příštím pokračování si ukážeme, že popisované jednoduché pokusy s táním ledu v sobě skrývají i několik dalších fyzikálních „záhad“ a zajímavostí.