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Introduzione

Ghiaccio Forma solida dell’acqua. Il ghiaccio ha un aspetto incolore e trasparente e si presenta in cristalli appartenenti al sistema esagonale. La sua temperatura di fusione è di 0 °C. Il termine ghiaccio sta anche a indicare la forma solida di altre sostanze, come l’anidride carbonica.

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Proprietà

Un’importante proprietà fisica del ghiaccio consiste nel fatto che, contrariamente a tutte le altre sostanze, più dense allo stato solido che a quello liquido, è meno denso dell’acqua: alla temperatura di 0 °C, infatti, vale a dire al punto di fusione, il ghiaccio ha una densità relativa di 0,9168, inferiore quindi a quella di 0,9998 dell’acqua. Questo spiega il motivo per cui il ghiaccio galleggia sull'acqua.

Poiché l’acqua cresce di volume quando solidifica, un aumento di pressione tende a trasformare il ghiaccio in acqua e quindi ad abbassare il punto di fusione. Il fenomeno è in genere trascurabile per variazioni di pressione di piccola entità: ad esempio, a 100 atm il punto di fusione del ghiaccio si abbassa solamente di 1 °C; a pressioni più elevate si formano invece allotropi del ghiaccio (forme cristalline differenti della stessa specie chimica) denominati rispettivamente ghiaccio II, III, V, VI e VII (il ghiaccio comune è la forma I; il ghiaccio IV è in realtà ghiaccio II che persiste nel dominio del ghiaccio V). Le forme allotropiche sono caratterizzate da un valore di densità maggiore di quello dell'acqua e da una particolare relazione tra punto di fusione e pressione.

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Conseguenze delle proprietà del ghiaccio

La proprietà dell'acqua di espandersi congelando ha ripercussioni geologiche ed ecologiche notevoli. In primo luogo, l'acqua che penetra nelle fessure delle rocce solidificando e aumentando di volume esercita una pressione in grado di frantumarle: questo processo contribuisce quindi al fenomeno dell'erosione.

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Ghiaccio ed ecosistemi acquatici

Il singolare andamento della densità dell’acqua in funzione della temperatura ha importanti conseguenze anche nell’ambito dell’ecologia delle acque dolci. In un corpo d’acqua, quando la temperatura esterna scende al di sotto del punto di congelamento, l'acqua superficiale si raffredda, quindi si appesantisce e scende in profondità, mentre quella più calda, più leggera, sale in superficie. Il processo continua fino a quando l'intera massa d’acqua raggiunge la temperatura di 4 °C, alla quale l'acqua possiede la massima densità. Se la temperatura si abbassa ulteriormente, la densità dell’acqua comincia a diminuire: lo strato più superficiale a contatto con l’aria fredda gela e, essendo più leggero, rimane in superficie, proteggendo gli strati sottostanti da un ulteriore abbassamento della temperatura. Al di sotto dello strato ghiacciato, quindi, la temperatura rimane superiore allo zero, consentendo la vita dei pesci e di tutti gli altri organismi della comunità acquatica.

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Il ghiaccio nei fiumi

Nei fiumi, in condizioni particolari si verifica una situazione diversa: nelle notti fredde la superficie dell'acqua che scorre velocemente, rimanendo a lungo a contatto con l'aria, può raggiungere temperature inferiori a 0 °C e, mescolandosi con l'acqua calda sottostante, può produrre una massa spugnosa di cristalli di ghiaccio, detta frazil, che viene trasportata dalla corrente. Talvolta questi cristalli si fermano al di sotto di strati di ghiaccio formatisi in acque tranquille, ispessendoli lentamente e creando vere e proprie dighe che possono bloccare il flusso della corrente.

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La neve

Nelle precipitazioni nevose il ghiaccio si trova sotto forma di minutissimi cristalli. Questi si creano quando la temperatura dell’aria all’interno delle nubi è minore di 0 °C: il vapore acqueo, anziché condensare formando goccioline di pioggia, cristallizza dando origine a cristalli di neve, di forma variabile a seconda della temperatura a cui avviene il processo. Cadendo verso il suolo, i cristalli, riuniti in fiocchi, attraversano strati d’aria a temperature maggiori (circa 0 °C) e vanno incontro a una fusione parziale, che li rende più o meno umidi e compatti.