# Почему кубики льда в морозилке прорастают шипами?

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=5RLQ9WMP2Es
Канал: Veritasium
Опубликовано: 28.05.2015

---

Иногда при замораживании кубиков льда в обычном домашнем холодильнике можно обнаружить странные тонкие шипы, устремленные вверх. Этот удивительный феномен часто вызывает любопытство и даже беспокойство у людей, но за ним стоит вполне понятный физический процесс. В видеоролике на канале Veritasium его ведущий Дерек Мюллер (Derek Muller) подробно разбирает механизм этого явления и объясняет, почему от этой уникальной особенности воды зависит существование жизни на нашей планете.

## 🧊 Загадка ледяных игл: как физика выращивает шипы в морозилке
[[JUMP:0:00]]

Когда мы достаем форму для льда из морозильной камеры, то порой замечаем необычные ледяные наросты. Этот феномен регулярно порождает множество вопросов и некоторое беспокойство среди пользователей интернета. Однако истина заключается в том, что за появление этих пиков отвечает относительно простой физический процесс.

Замерзание кубика льда в ячейке всегда начинается с его верхней поверхности. Именно эта часть напрямую контактирует с холодным воздухом внутри морозильной камеры, к тому же здесь происходит интенсивное испарительное охлаждение. Вследствие этого первые ледяные кристаллы формируются на поверхности и вдоль краев будущих кубиков.

В процессе кристаллизации лед расширяется примерно на 8%. Данное свойство обусловлено образованием водородных связей между молекулами воды, из-за чего в твердом состоянии они располагаются в среднем немного дальше друг от друга, чем в жидком. По мере того как лед разрастается со всех сторон внутрь ячейки, жидкая вода в самом центре оказывается зажатой в замкнутом пространстве. Внутреннее давление неизбежно возрастает, заставляя воду выдавливаться наружу через оставшееся отверстие в поверхностной ледяной корке.

## 📐 Геометрия и динамика роста ледяного пика
[[JUMP:0:52]]

Отверстия в ледяной корке часто приобретают характерную треугольную форму. Это объясняется тем, что кристаллы льда имеют тенденцию соединяться друг с другом под углами в 60°. Когда внутренняя вода выходит наружу через такой треугольный зазор, она моментально замерзает по его краям, формируя вокруг жидкой струи полую ледяную трубочку.

Процесс продолжается следующим образом:

* Вода под давлением продолжает подниматься по внутренней полости трубки.
* Выходя из кончика, она намерзает на его краях, тем самым удлиняя шип.
* Этот рост продолжается до тех пор, пока вся вода внутри кубика окончательно не замерзнет или пока кончик самого шипа не заблокируется льдом.

При идеальном стечении обстоятельств в природе могут формироваться по-настоящему гигантские структуры. Прекрасным примером служат садовые поилки для птиц, замерзающие на открытом воздухе. В таких случаях образующиеся выросты из-за их характерных размеров и очертаний называют «ледяными вазами».

## 🧪 Инструкция экспериментатора: как вырастить шип дома
[[JUMP:1:04]]

По словам Дерека Мюллера, вырастить подобные ледяные иглы можно в большинстве обычных бытовых холодильников. Чтобы существенно повысить вероятность успеха, необходимо предпринять три простых шага:

1.  **Соблюдать температурный режим.** Идеальной для эксперимента считается температура в диапазоне от -5 до -8 °C. Она достаточно низкая, чтобы вода замерзала, но при этом процесс идет не слишком стремительно, что позволяет кончику шипа оставаться открытым.
2.  **Использовать дистиллированную воду.** Очищенная дистиллированная вода справляется с задачей гораздо лучше водопроводной. Как утверждает ведущий, даже минимальная концентрация солей и минеральных примесей в обычной воде способна полностью заблокировать процесс формирования шипов.
3.  **Обеспечить циркуляцию воздуха.** Наличие работающего вентилятора в морозильнике заметно стимулирует рост ледяных пиков. Движение воздуха усиливает испарительное охлаждение и ускоряет начальное схватывание краев отверстия.

## 🌍 Спасительная аномалия: почему плавающий лед сохранил жизнь на Земле
[[JUMP:1:57]]

Наблюдая за столь хрупкими структурами, ученые неизбежно приходят к масштабным выводам. Дерек Мюллер предлагает задуматься: появление шипов возможно только благодаря уникальному свойству воды расширяться при замерзании. Если бы вода вела себя как большинство других жидкостей на планете, облик Земли изменился бы до неузнаваемости.

Поскольку лед менее плотный, чем жидкая вода, он плавает на поверхности водоемов, выполняя роль надежного теплоизолятора для лежащих ниже слоев. Это позволяет воде под ледяным панцирем оставаться жидкой даже в самые суровые зимы, сохраняя жизнь водным организмам.

Дерек Мюллер описывает два альтернативных сценария, которые могли бы реализоваться, если бы лед обладал большей плотностью и тонул:

### Сценарий с глобальным обледенением
Если бы лед тонул, он опускался бы на дно озер и океанов. Это открывало бы верхние слои воды для дальнейшего охлаждения и формирования новых ледяных масс. Лед накапливался бы со дна вверх, вытесняя живые организмы. При затяжных холодах все земные водоемы промерзли бы до самого дна, полностью уничтожив жизнь. В этот момент планета окрасилась бы в белый цвет и стала бы отражать максимум солнечной энергии обратно в космос, превратившись в безжизненный ледяной ком.

### Сценарий с экстремальным перегревом
Существует и другой вариант развития событий, зависящий от стартовых условий. По мнению ведущего, если бы изначально на планете было не так много льда, тонущие массивы (включая арктические ледники) уходили бы на дно, обнажая темную гладь океана. Поверхность Земли стала бы менее отражающей и поглощала бы колоссальное количество солнечного тепла, что привело бы к катастрофическому перегреву всей планеты.

В обоих гипотетических случаях условия на Земле стали бы непригодными для существования сложной биосферы. Жизнь в ее нынешнем виде вряд ли смогла бы развиться, а если бы это и произошло, человечество точно было бы лишено возможности любоваться ледяными иглами в своих морозилках.