Лед

Ледът е твърдото агрегатно състояние на водата. Промяната към това състояние настъпва когато течната вода се охлади до температура под 0 °C при стандартно атмосферно налягане. За стандартно се счита атмосферното налягане на нивото на морското равнище. Лед може да се формира и при по-високи температури при по-високо налягане, а също така водата може да се запази течна до -30 °C при ниско налягане. Ледът, образуван при високо налягане, се отличава с различна кристална структура от нормалния лед.

Необичайно свойство на леда, замръзнал при налягане една атмосфера, е че е с около 8 % по-ниска плътност от течната вода. Ледът има плътност 0.917 грама на кубичен сантиметър, докато плътността на водата е 0.9998 г/см³ при същата температура. Водата е най-плътна (около 1.00 грам на кубичен сантиметър) при температура 4 °C, като плътността ѝ намалява със започването на образуване на шестоъгълните кристали лед при спадане на температурата под 0°C. Водата е единственото вещество, което при преминаване от течно към твърдо агрегатно състояние не увеличава, а намалява своята плътност. Това се дължи на водородните връзки между водните молекули, като последните са по-слаби, когато водата е замръзнала. Всичко това резултира във факта, че ледът плава над нивото на течната вода – свойство с изключителна важност за земния климат. Като твърдо вещество с кристална решетка ледът се счита за минерал.

Ледът, който ни е познат от ежедневието, както и снегът, се определя като лед с шестоъгълна структура - Ih-лед. Подложен на високи налягания и различни температури ледът може да формира около дванадесет различни фазови състояния. Съвсем малко по-нестабилен от Ih е ледът с кубична структура - Ic-лед. В основата на снега стои снежинката – миниатюрен леден кристал, образуван от замръзнала вода върху микроскопична прашинка. С едновременното понижаване на температурата и повишаване на налягането се формират останалите видове лед. Те са, както следва, II, III, V, VI, VII, VIII, IX, и X. Тези видове се различават по кристална структура, подредба на молекулите и наситеност. В допълнение към истинските видове лед, в романа на Кърт Вонегът „Котешка люлка“ се появява измисления вид IX. Истинският лед IX няма характеристиките на описания от Вонегът вид.

Сланата е вид лед, образуван върху студените обекти от мъгла. Това образувание съдържа голямо количество въздух, което го кара да изглежда бяло, вместо прозрачно, и има плътност около 1/4 от обикновения чист лед. Ледът също може да образува ледени висулки, подобни по външен вид на сталактитите, тъй като водата замръзва докато се стича надолу. Някои други вещества (в повечето случаи течности) също биват наричани лед, когато са в твърдо агрегатно състояние; сух лед например е популярното название на твърдото агрегатно състояние на въглеродния двуокис.

Когато ледът се топи, той абсорбира толкова топлинна енергия, колкото би била необходима да се затопли същото количество вода с 80 °C, като температурата му остава постоянно 0 °C. Поради това ледът от дълги години е използван като средство за охлаждане - топлинният капацитет на веществото вода е доста висок и съответно способностите за охлаждане или загряване са добри. До неотдавна сградата на унгарския парламент използваше през зимата лед, набавян от езерото Балатон, като основен елемент в климатичната инсталация. Ледохранилища се използват за съхранение на лед през зимата, както и за складове за нетрайни продукти. Първите хладилници са били наричани ледени кутии (iceboxes), защото са представлявали точно това – някакъв съд с парче лед в него. Лед на кубчета, както и натрошен лед се произвеждат предимно за напитки и коктейли.

Около 400 пр.н.е. в Иран един неизвестен персийски инженер вече е владеел техниката за складиране на лед през лятото в пустинята. Ледът е бил носен през зимата от планините в големи количества, след това складиран в специални, охлаждани по естествен начин складове (хладилници), наричани яхчал (yakh-chal). Били са огромни подземни помещения (с обем от около 5000 кубични метра) с дебели стени - поне 2 метра в основата. Тези сгради са построени от специален хоросан, съставен от пясък, глина, белтъци на яйца, вар, козя вълна и пепел в точни пропорции, като цялата смес е топлоизолационна. Считала се и за абсолютно непромокаема. Помещенията са имали достъп до водохранилище, и често са имали ветрокапани, чрез които е било възможно през летните дни температурата да се поддържа ниска. Ледът от тези хранилища се е използвал от благородниците за разхлаждане по време на събирания през горещите летни дни.

Ледът играе важна роля за някои зимни спортове, като фигурното пързаляне, хокей на лед, кърлинг и други. Понякога се строят конструкции от големи късове лед. Те обаче са предимно декоративни и не са подходящи за продължително обитаване. Въпреки това, в някои особено студени части на света съществуват ледени хотели, издържащи сравнително дълго. Ледът присъства и в изкуството под формата на ледени скулптури.

Ледът може да бъде сериозен проблем за пристанищата. Затова пристанища, които са чисти от лед през цялата година, са особено важни. Такива са Мурманск (Русия), Петсамо (Русия, по-рано във Финландия) и Вардо (Северна Норвегия). Пристанища, които са обхванати от ледове, могат да бъдат достигани само с помощта на ледоразбивачи.

Ледът, който се образува по пътищата, може да бъде изключително опасен. Черният лед е трудно да бъде разпознат, защото му липсва характерната лъскава повърхност. По време на суграшица или при валеж на сняг при температура близка до тази на топене, е възможно образуването на плътен слой лед по прозорците или по цялата повърхност на автомобила. В този случай ледът трябва да бъде премахнат поне от стъклата за да бъде възможно безопасно пътуване.

При летищата образуването на лед е още по-голям проблем, отколкото при пристанищата и автомобилните пътища. Излитането на самолет от ледена повърхност е рисково, но възможно. При кацането, което е най-опасната маневра при един полет, дори и наличието на минимално количество лед върху пистата може да има катастрофални последици. Самолетът бързо се занася встрани или се преобръща, или се изправя на носа си. Принципно е възможно кацане дори и на много голям самолет върху лед, но е необходима много дълга писта - от порядъка на 6 или дори 10 километра. За спирането на самолета се разчита единствено на действието на спирачните плоскости върху крилата, на спирачен парашут и в никакъв случай на спирачките на колелата. При активирането им целият летателен апарат се завърта в непридвидима посока и бързо излиза извън пистата - отново с катастрофални последици.

Когато температурите на открито се задържат ниски за дълъг период от време, е възможно образуването на дебел слой лед върху езера и други неподвижни водните площи. Така например през някои студени зими Гребната база в град Пловдив замръзва и пловдивчани от всякакви възрасти ходят да се пързалят там - става изключително весело. За замръзване на подвижните води като реките са необходими много по-ниски температури - река Дунав при град Видин е замръзвала последно през 2017 година, а река Марица в Пловдив не е замръзвала от няколко десетилетия.

Ледът може да стане достатъчно дебел, за да е възможно преминаването му с автомобил или камион. За да е безопасно преминаването, ледът трябва да е с дебелина поне 30 см. Човешката ненаситност за силни усещания дори води до възникването на автомобилни или мотоциклетни състезания върху лед, при които състезателят трябва да кара бързо, като едновременно с това да успява да контролира машината. За жалост често се случва хора да пропадат през тънкия лед, образуван върху водни площи. Изследователи и различни организации продължават да търсят начин за оказване на помощ на хора, изпаднали в подобно положение, както и да предпазят тялото от шока, съпътстващ рязката промяна в температурата при подобни ситуации.

Лед в Пирин планина - по пътя за хижа Дамяница над Банско