Jää

veden kiinteä olomuoto
(Ohjattu sivulta Vesijää)

Jää on veden kiinteä olomuoto. Jäätä esiintyy luonnonvesien jääpeitteessä (jokien ja järvien jää, merijää), lumipeitteessä, ilmakehässä ja jäätiköissä. Luonnonoloissa vesi jäätyy heksagonaaliseen eli kuusiokulmaiseen kiderakenteeseen.

Jään kiderakenne

Normaalipaineessa makea vesi jäätyy 0°C:n (273,15 K, 32 °F) lämpötilassa. Paine ja veden suolaisuus alentavat veden jäätymispistettä [1]. Meriveden, jonka suolaisuus on 32 PSU, jäätymispiste on -1.8°C. Itämeren vähäsuolainen murtoveden (Suolaisuus 6 PSU) jäätymispiste on noin -0,3°C:ssa [2][3].

Ainoastaan vesi jäätyy ja muodostaa jäätä. Muut aineet jähmettyvät ja muodostavat kiinteitä olomuotoja. Siitä huolimatta arkikielessä jäällä voidaan viitata muihin aineisiin kuin veteen. Esimerkiksi hiilidioksidi härmistyy -78.5°C lämpötilassa kiinteäksi hiilidioksidijääksi (myös hiilihappojää ja kuivajää). Hiilidioksidijäätä käytetään jäähdytykseen monenlaisissa teollisuuden sovelluksissa.

Jään tiheysMuokkaa

Jään heksagonaalisen kiderakenteen takia, jään tiheys on noin 10% nestemäisen veden tiheyttä pienempi, joten jää kelluu veden pinnalla. Puhtaan jään tiheys on noin 0,917 kg/dm³. Vesi laajenee jäätyessään, joten maaperässä olevan veden jäätyminen saattaa aiheuttaa muun muassa routimista, kivien rapautumista sekä rakenteiden routahaittoja [4][5].

Jäätiköllä lumi muuttuu jääksi, kun lumen sisältämät ilmahuokoset umpeutuvat ilmakupliksi uuden lumen painosta. Tällöin lumen tiheys on noin 0,83 kg/dm³.

Jää luonnonvesissäMuokkaa

MerijääMuokkaa

Merijää on merivedestä muodostuvaa jäätä. Merivesi jäätyy, kun se on jäähtynyt jäätymispisteeseen. Jäätymispiste riippuu meriveden suolaisuudesta [1][6]. Itämerellä esiintyy merijäätä vuosittain [7][3].

 
Merijää

Järvien jääpeiteMuokkaa

Makea järvivesi jäätyy, kun pintavesi on jäähtynyt jäätymispisteeseen. Järviveden jäätymispiste on noin 0°C. Veden lämpötila vaikuttaa sen tiheyteen ja alkaessaan jäähtyä, järvivesi saavuttaa ensin tiheysmaksimin lämpötilan (noin +4°C) (täyskierto). Jäähtymisen jatkuessa pintaveden lämpötila laskee jäätymispisteeseen ja jäätyminen alkaa [5].

Jokien jääpeiteMuokkaa

Voimakkaan virtauksen takia jokien jääolot eroavat järvi- ja merijäästä. Jokiin muodostuu suppojäätä ja jääpatoja [5]. Jääpadot voivat aiheuttaa tulvia.

Jään merkitys eläimilleMuokkaa

Koska 0-asteinen vesi on kevyempää kuin 4-asteinen, alkaa vesistöjen jäätyminen veden pinnasta. Veden pinnalla oleva jää- ja lumikerros toimii eristeenä, mikä parantaa elämän mahdollisuuksia napa-alueiden vesistöissä. Talvella eläimet voivat vaeltaa laajemmalle alueelle etsimään ravintoa kantavan jään ansiosta.

Vesieliöiden on täytynyt myös sopeutua elinympäristöönsä, joka talvisin peittyy jäällä. Jääpeite vaikuttaa eri tavoin vedenalaiseen elinympäristöön, koska jääpeite

  • vähentää veden virtauksia, sillä veden lämpötila pysyy hyvinkin muuttumattomana jään alla. Tämä vaikuttaa ravinteiden ja kaasujen, esimerkiksi hapen kulkeutumiseen vedessä.[8]
  • vähentää valon läpäisykykyä jopa yli 99 %. Tämä vähentää kasvien yhteyttämistä jään alla. Yhteyttäminen jatkuu kuitenkin läpi talven.[8]
  • vähentää kaasujen vaihtoa, mikä voi aiheuttaa hapettomia alueita etenkin lähellä pohjaa.[8] Esimerkiksi ruutana on kehittänyt erityisen kyvyn pysyä hengissä hapettomissa oloissa tuottamalla alkoholia.

Jään merkitys ihmisilleMuokkaa

Suomessa järvet ja meri jäätyvät tavallisesti talvella, mistä on sekä hyötyä että haittaa ihmisille. Laivaliikennettä varten on käytettävä jäänmurtajia laivaväylien tekemiseen. Toisaalta etenkin saaristossa jää mahdollistaa nopeamman ja vaivattomamman liikkumisen jääteillä.

Jään paksuus ei välttämättä kerro jään kantavuutta. Keväällä jää on erilaista kuin syksyllä, ja virtauspaikoissa on jää usein ohuempaa kuin lähellä olevassa vähemmän virtaavassa paikassa. Veden suolapitoisuus vaikuttaa myös jään kantavuuteenlähde?.

Koska veden jäätymispiste riippuu sen suolaisuudesta, voidaan hyvin kylmässä (alle 0 °C) avomeressä ajelehtivilla jäävuorilla havaita ilmiö, jossa jäävuori jättää taakseen ohuen "jäävanan", pintaan juuri muodostuneen jääkerroksen. Tämä johtuu siitä, että jäävuori on muodostunut makeasta vedestä, joka jäätyy lähempänä nollaa astetta kuin merivesi. Näin ollen mereen joutunut jäävuoren massa pysyy jäänä eikä sula veteen kuten normaalisti.

On yleinenlähde?harhaluulo, että luistimien ja suksien luistavuus perustuu siihen, että niiden paine sulattaa niiden alla olevan jään muodostaen sen pinnalle liukkaan vesikalvon. Paineen sulattava vaikutus on kuitenkin pieni, joten uskottavampi teoria on, että jään pintakerroksen molekyylit eivät sitoudu kunnolla sisäosien kanssa vaan jäävät osittain nestemäiseen tilaan.[9]

Jäät ovat erityisen heikkoja syksyllä ja kevättalvella. Syksyllä jää voi olla vaarallisen heikkoa keskellä järveä, vaikka se olisi turvallista lähellä rantaa. Keväällä aurinko sulattaa jäätä nopeasti, ja aamulla kantava jää voi pettää illalla. Keskitalvella vaarallisia ovat esimerkiksi salmissa, jokien suistoissa ja niemenkärjissä olevat virtauspaikat, joissa on avantoja.

Jää- ja lumipeite vähentävät ilmaston lämpenemistä, sillä ne heijastavat auringonsäteitä takaisin avaruuteen. Tämä on yksi syy, miksi tutkijat ovat huolestuneita ilmaston lämpenemisen seurauksena häviävistä jääpeitteistä.

Jää hyötykäytössäMuokkaa

 
Komojäätä Oulujoen rannalla varhain keväällä.

Etelämantereella ja Grönlannissa olevista vanhoista jääkerroksista voidaan tutkia maapallon ilmaston muutoksia jopa kymmenien tuhansien vuosien takaa, koska lumi sulkee sisäänsä ilmakuplia puristuessaan jäätikköjääksi.

Jääkuutioita käytetään yleisesti virvoitus- tai alkoholijuomien seassa pitämään juoman nautiskeluajan kylmänä. Jäätä käytetään myös apuna urheiluvammojen ensihoidossa. Tekojää on luistinratojen pinnoitus, jonka päällä voidaan harjoittaa luistelulajeja.

Jään nimityksiäMuokkaa

  • Riite: ohut jää
  • Roukko: jääröykkiö rannalla
  • Komojää: "ontto" jääpeite, jonka alta vesi on laskenut
  • Teräsjää. tiivistä, hyvin nopeasti jäätynyttä kiinteää jäätä, tiheys 0.95 luokkaa. Jäässä vähän ilmakuplia, hyvä kantavuus
  • Kohvajää: Osittain sulaneen lumen kanssa jäätynyttä, kantavuus heikkoa

Katso myösMuokkaa

LähteetMuokkaa

  1. a b Salinity and Brine | National Snow and Ice Data Center nsidc.org. Viitattu 16.1.2020.
  2. Jäätyminen Tieteen termipankki. 6.11.2016. Viitattu 7.11.2016.
  3. a b Kai Myrberg, Harri Kuosa, Matti Leppäranta: Itämeren fysiikka, tila ja tulevaisuus. Yliopistopaino, 2006. ISBN 978-951-570-654-6. Teoksen verkkoversio (viitattu 16.1.2020). fi
  4. Miten routa rikkoo tien? Tiede. 11.3.2014. Viitattu 16.1.2020.
  5. a b c Matti Leppäranta, Juhani Virta ja Timo Huttula: Hydrologian perusteet. Helsingin yliopisto, 2017. Teoksen verkkoversio.
  6. Sea Ice. Wiley Online Library, 28.2.2017. doi:10.1002/9781118778371. Artikkelin verkkoversio. en
  7. Jäätalvi Itämerellä - Ilmatieteen laitos ilmatieteenlaitos.fi. Viitattu 16.1.2020.
  8. a b c Wetzel, Robert G.: Limnology: Lake and River Ecosystems, s. 63–64, 122, 156. California: Academic Press, 2001. ISBN 0-12-744760-1. (englanniksi)
  9. Chang, Kenneth: Explaining Ice: The Answers Are Slippery The New York Times. 21.2.2006. (englanniksi)

Aiheesta muuallaMuokkaa

 
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Jää.