Avsmältning

[pausch]

Det är inte värmeförlust på grund av avdunstning från stöpets yta till luften jag menar. Det är en inre värmeförlust i området mellan stöpet och isytans undersida. Jag har svårt att tänka mig en nettoavdunstning från annat än ytan. Vilken process skulle transportera bort den avdunstade vattenångan från det inre till luften? Det skulle behövas en drivande kraft men det är svårt att tänka sig utan att temperaturen någonstans inne i isen är större än noll.

Jan-Erik

Om det sker avdunstning från ett ytskikt av vatten ovanpå isen måste värmen som krävs för avdunstningen tas någonstans ifrån. Och det finns väl bara dessa möjliga alternativ:

1. Från luften
2. Från eventuellt infallande solstrålning
3. Från ytvattnet - delar av kvarvarande vatten måste då frysa till is
4. Från vatten/is lite längre ner - då får vi istillväxt på undersidan av isen

Alternativ 4 kräver förstås värmetransport genom isen. Värmetransport genom värmeledning är förstås utesluten, eftersom ytvattnet knappast kan vara kallare än isen. Men värme kan även transporteras genom strålning.

 

[janerikgus]

Stabilt skiktat

Är det stabilt skilktat? Vi håller oss mellan noll och +4. Nollgradigt i botten är lättare än +0,5 på ytan.
/BK.

Du har rätt, men det är ändå stabilt upp till en viss tjocklek på vattenskiktet som beror på temperaturskillnaden mellan isytan och vattenytan. Ett minsta värde på den tjocklek som behövs för att konvektionen ska komma igång kan uppskattas genom att titta på ett extremfall. Jag kommer då fram till att det åtminstone behövs 5 mm vatten på isen, men betydligt mer om temperaturen är mycket lägre än 4 grader. I början av avsmältningen är det stabilt skiktat och värme transporteras genom ledning (om det inte är kraftig solstrålning eller vind som rör om).

Jan-Erik

 

[janerikgus]

Värmetransport

Om det sker avdunstning från ett ytskikt av vatten ovanpå isen måste värmen som krävs för avdunstningen tas någonstans ifrån. Och det finns väl bara dessa möjliga alternativ:

1. Från luften
2. Från eventuellt infallande solstrålning
3. Från ytvattnet - delar av kvarvarande vatten måste då frysa till is
4. Från vatten/is lite längre ner - då får vi istillväxt på undersidan av isen

Alternativ 4 kräver förstås värmetransport genom isen. Värmetransport genom värmeledning är förstås utesluten, eftersom ytvattnet knappast kan vara kallare än isen. Men värme kan även transporteras genom strålning.

Jag menar att alternativ 4 inte kan inträffa när temperaturen på isens båda sidor är noll. Vi är överens om att värmeledning inte är aktuellt eftersom temperaturskillnaden inte är rätt. Konvektion är inte heller aktuellt eftersom isen är ett fast material. Isen skickar ut värmestrålning i alla riktningar både från det inre och från ytan. I det inre av isen absorberas värmestrålningen efter en mycket kort sträcka. Det blir balans mellen utsänd och absorberad strålning. Det blir ingen nettotransport av värmestrålning inne i isen. Den värmestrålning som lämnar isen kommer från ett område nära ytan.

Jan-Erik

 

[pby]

... resonemang kring underkylt vatten är intressant. Hur vanliga är dessa isblad? Är de av akademiskt intresse eller är de också viktiga för hur isens bärighet ökar på grund av tillväxt? Jan-Erik

De är inte helt ovanliga, men jag tror inte de nämnvärt bidrar till isens återstabilisering. Jag tror huvudproblemet när det gäller att bedöma isutvecklingen vid temperaturer strax över noll, är att bedöma molnigheten (motstrålningen) och dess inverkan, samt eventuellt även avkylningsefekter pga. luftfuktighet och vind. Molnigheten under vintern verkar vara står att prognostisera – gäller särskilt dimmoln.

Sedan tror jag man ska vara försiktig att betrakta förloppet som ett stabilt tillstånd. Förutsättningar och värmeflöden varierar ofta stort över dygnet. Det vanligaste misstaget är troligen att bara titta på middagstemperaturen. Så här års är nätterna långa - det är då det händer saker.

 

[pausch]

Jag menar att alternativ 4 inte kan inträffa när temperaturen på isens båda sidor är noll. Vi är överens om att värmeledning inte är aktuellt eftersom temperaturskillnaden inte är rätt. Konvektion är inte heller aktuellt eftersom isen är ett fast material. Isen skickar ut värmestrålning i alla riktningar både från det inre och från ytan. I det inre av isen absorberas värmestrålningen efter en mycket kort sträcka. Det blir balans mellen utsänd och absorberad strålning. Det blir ingen nettotransport av värmestrålning inne i isen. Den värmestrålning som lämnar isen kommer från ett område nära ytan.

Jan-Erik

I så fall måste värmen som tas från isen nära utan gå åt till att frytsa vattnet ovanpå isen. Då avdunstar 1/8 av vattnet ovanpå isen och avdunstningsvärmet tas från de återstående 7/8 av vattnet som fryser - sedan är isen torr på ytan.

Det stämmer att långvågig strålning från isens undersida inte når särskilt långt - i det infraröda våglängdsområde där jordiska föremål värmestrålar som mest är de flesta kroppar i stort sett svarta - inklusive (i synligt ljus) kritvita nysnöytor och vita moln, och definitivt även is.

 

[bdmk]

Hur snabbt isen växer vid olika typer av väder känns det som vi har ganska bra koll. Det finns tabeller att följa med hygglig träffsäkerhet.
......
Finns det några bra tumregler för avsmältning?
Så man slipper bli så överraskad nästa gång...

/Anders

Hur de olika faktorerna strålning, avdunstning/kondensation och sensibelt värme/ledning påverkar isen kan man få en uppfattning om genom att leka med "Isprediktorn" http://www.llk.se/iskunskap/dok/isprediktor_intro.htm . Vet man inte hur stor relativa fuktigheten är men känner till temperatur och daggpunkt, så kan man få den genom att använda http://weather.alk.edu.stockholm.se/svn2/elev/fakta/matematik.htm .
Naturligtvis får man inga exakta svar; men likväl en god uppfattning om hur de olika faktorerna påverkar.
/Berit.

 

[thureb]

Re: alternativ 4

Om det sker avdunstning från ett ytskikt av vatten ovanpå isen måste värmen som krävs för avdunstningen tas någonstans ifrån. Och det finns väl bara dessa möjliga alternativ:

1. Från luften
2. Från eventuellt infallande solstrålning
3. Från ytvattnet - delar av kvarvarande vatten måste då frysa till is
4. Från vatten/is lite längre ner - då får vi istillväxt på undersidan av isen

Alternativ 4 kräver förstås värmetransport genom isen. Värmetransport genom värmeledning är förstås utesluten, eftersom ytvattnet knappast kan vara kallare än isen. Men värme kan även transporteras genom strålning.

Ett specialfall av alternativ 4 via alternativ 3 skulle vara att ytvattnet avkyls och får en temperatur av några minusgrader varpå isen flyter upp/ dvs vattnet dräneras ned via sprickor slukhål etc speciellt effektivt med vindens hjälp och det kalla vattnet fryser sedan på undersidan av isen när flödet går ned mot 0.

Nån som tror på teorin?

Thure

 

[pausch]

Det är inte värmeförlust på grund av avdunstning från stöpets yta till luften jag menar. Det är en inre värmeförlust i området mellan stöpet och isytans undersida. Jag har svårt att tänka mig en nettoavdunstning från annat än ytan. Vilken process skulle transportera bort den avdunstade vattenångan från det inre till luften? Det skulle behövas en drivande kraft men det är svårt att tänka sig utan att temperaturen någonstans inne i isen är större än noll.
Jan-Erik

Avdunstningen sker givetvis bara från vattenytan, inte från vattnets inre. Men om det mot förmodan skulle bildas vattenånga mitt i vattnet skulle denna vattenånga inte ha några problem alls att transportera sig upp till vattenytan och sedan vidare ut i luften: ångan skulle bara bilda små bubblor som snabbt skulle flyta upp till ytan. Jämför med vad som händer i en kastrull med sjudande vatten som värms underifrån.

Sedan behöver temperaturen inte vara högre än noll grader för att en avdunstning ska ske. Avdunstning kan även ske direkt från en fast isyta, vid temperaturer långt under noll grader(*). Det är t.ex. så som polarkalotterna på Mars växer och krymper med årstiderna: det är vatten som direkt sublimerar till is/snö på hösten/vintern, och sedan avdunstar direkt till vattenånga på våren/sommaren. Vatten i flytande form finns inte på Mars (lufttrycket är för lågt där), men vattenisen kan avdunsta och sublimera (kondensera direkt till is).

Du skrev "Det är en inre värmeförlust i området mellan stöpet och isytans undersida" utan att gå närmare in på vad som orsakar denna värmeförlust och vart värmen tar vägen. Hur skulle denna värmeförlust fungera?

(*) och det är därför som lägre luftfuktighet ger snabbare istillväxt även vid en torr isyta - kolla LLK's isprediktor!

 

[janerikgus]

...Du skrev "Det är en inre värmeförlust i området mellan stöpet och isytans undersida" utan att gå närmare in på vad som orsakar denna värmeförlust och vart värmen tar vägen. Hur skulle denna värmeförlust fungera?

(*) och det är därför som lägre luftfuktighet ger snabbare istillväxt även vid en torr isyta - kolla LLK's isprediktor!

Kort repetition

Förutsättningar:
A. Vatten, stabilt skiktat, ingen ström, djupt.
B. Skridskois ovanpå vattnet, inte extremt tjock is.
C Stöp eller slask på isen.
D. Istillväxt på isens undersida.

Vad jag påstår är att A-D tillsammans inte går ihop med känd isfysik.

Fysikaliska konskevenser av A-D:

1. D kräver att det värme som frigörs vid isbildningen transporteras bort.
2. Värmet kan inte transporteras bort genom vattnet. Temperaturskillnaden går at fel håll.
3. 1 och 2 gör att värmet måste transporteras uppåt genom isen.
4. Av 3 följer att temperaturen någonstans i isen är under noll.
5. Av C och 4 följer att värme leds från slasket till det inre av isen.
6. Av 3 och 5 följer att i någon punkt inne i isen möts de två värmeströmmarna
7. Från den punkten måste värme transporteras bort på något annat sätt än genom ledning
8. De alternativ som finns är konvektion eller strålning
9. Konvektion kan uteslutas eftersom isen är ett fast material
10. Strålning kan transportera värme men nettotransporten går från varmt till kallt och den kan därför inte transportera bort värme från punkten. Dessutom är nettotransporten försumbar i en kropp med hög absorbtion av värmestrålning.
11. Varken strålning eller konvektion kan transportera bort värmet från punkten, alltså kan 7 inte stämma och då kan inte heller A-D stämma om vi inte ska ändra på fysiken

Är mitt resonemang riktigt? Om inte, vad är det för fel?

Jan-Erik

 

[janerikgus]

Ett specialfall av alternativ 4 via alternativ 3 skulle vara att ytvattnet avkyls och får en temperatur av några minusgrader varpå isen flyter upp/ dvs vattnet dräneras ned via sprickor slukhål etc speciellt effektivt med vindens hjälp och det kalla vattnet fryser sedan på undersidan av isen när flödet går ned mot 0.

Nån som tror på teorin?

Thure

Det finns ett problem med den teorin. Underkylt vatten är instabilt och fryser lätt vid kontakt med något annat än vatten. Jämför med underkylt regn. Det underkylda vattnet skulle frysa redan i sprickorna vid isytan. Det är knappast troligt att underkylt vatten skulle kunna rinna ner genom slukhål och sedan sprida sig under isen.

Jan-Erik

 

[pausch]

Det finns ett problem med den teorin. Underkylt vatten är instabilt och fryser lätt vid kontakt med något annat än vatten. Jämför med underkylt regn. Det underkylda vattnet skulle frysa redan i sprickorna vid isytan. Det är knappast troligt att underkylt vatten skulle kunna rinna ner genom slukhål och sedan sprida sig under isen.

Jan-Erik

Det underkylda vattnet skulle inte behöva issprickor för att frysa - det skulle frysa vid kontakt även med en slät isyta.

Alnedningen till att underkylt regn är så förrädiskt i trafiken är att det fryser omedelbart vid kontakt med marken, och så får man en hal ishinna på körbanan.

Underkylt vatten måste vara oerhört rent för att inte frysa. Små molndroppar och regndroppar kan vara underkylda, men att kyla ner en större mängd vatten under noll utan att vattnet fryser kräver en mycket ren laboratoriemiljö.

 

[pausch]

Kort repetition

Förutsättningar:
A. Vatten, stabilt skiktat, ingen ström, djupt.
B. Skridskois ovanpå vattnet, inte extremt tjock is.
C Stöp eller slask på isen.
D. Istillväxt på isens undersida.

Vad jag påstår är att A-D tillsammans inte går ihop med känd isfysik.

Fysikaliska konskevenser av A-D:

1. D kräver att det värme som frigörs vid isbildningen transporteras bort.
2. Värmet kan inte transporteras bort genom vattnet. Temperaturskillnaden går at fel håll.
3. 1 och 2 gör att värmet måste transporteras uppåt genom isen.
4. Av 3 följer att temperaturen någonstans i isen är under noll.
5. Av C och 4 följer att värme leds från slasket till det inre av isen.
6. Av 3 och 5 följer att i någon punkt inne i isen möts de två värmeströmmarna
7. Från den punkten måste värme transporteras bort på något annat sätt än genom ledning
8. De alternativ som finns är konvektion eller strålning
9. Konvektion kan uteslutas eftersom isen är ett fast material
10. Strålning kan transportera värme men nettotransporten går från varmt till kallt och den kan därför inte transportera bort värme från punkten. Dessutom är nettotransporten försumbar i en kropp med hög absorbtion av värmestrålning.
11. Varken strålning eller konvektion kan transportera bort värmet från punkten, alltså kan 7 inte stämma och då kan inte heller A-D stämma om vi inte ska ändra på fysiken

Är mitt resonemang riktigt? Om inte, vad är det för fel?

Jan-Erik

Det där måste stämma.

Så om det finns vatten, eller snöslask, ovanpå en isyta och vattnet avdunstar så är det i första hand vattnet/snöslasket ovanpå isen som fryser till. Är det vatten överst får vi överis, och senare fryser allt vattnet till. Först när allt vatten ovanpå isen har frusit till kan fortsatt avdunstning (som kan ske från en isyta likaväl som en vattenyta) ge upphov till istillväxt på isens undersida.