¿Qué tan rápido se puede congelar el agua de un lago?

Advertencia: esta pregunta contiene spoilers del primer episodio de la serie de televisión de 2018 Lost in Space de Netflix.

En la serie, la nave espacial de Robinson, Júpiter, cae sobre un planeta y se sumerge en el agua de un glaciar que se derritió. Judy entra al agua y nada hasta la nave espacial para conseguir una batería. Un minuto después, no puede salir porque el agua se congela demasiado rápido y la retiene en el hielo.

De acuerdo con lo dicho en el episodio, sabemos:

  • El entorno del planeta: "atmósfera similar a la de la Tierra, presión del aire y gravedad"
  • La profundidad del lago: "una vez que el agua se congele, el Júpiter quedará encerrado en 50 pies de hielo sólido".
  • La temperatura: "en seis horas, el sol se pondrá, y las indicaciones son que bajará a 60 grados bajo cero"

Entonces, dada esta información, me gustaría saber si es posible que el agua se congele tan rápido de esa manera.

Nota: no soy un experto en física, por lo que le agradecería que utilizara un lenguaje no tan técnico.

Comprenda que si el agua está a solo una fracción de grado del punto de congelación, puede congelarse rápidamente. El único factor limitante es que el agua emite calor a medida que se congela, por lo que la congelación adicional de una gran masa de agua se ralentiza por el hecho de congelar el agua de lo que se congela. Por esta y varias razones, pasar de agua líquida pura a sólidamente congelada varias pulgadas de profundidad en cuestión de uno o cinco minutos es inverosímil. Pero esto es Lost in Space, por gritar en voz alta: el estándar de inverosimilitud en la ciencia ficción.

Respuestas (3)

Como no sabemos nada sobre la temperatura inicial del agua, otra explicación divertida pero poco probable sería considerar lo que llamamos agua sobreenfriada.

Básicamente, a presión atmosférica, el agua por debajo de 0°C no tieneser sólido. Efectivamente, sería su estado más natural. Pero en realidad, si enfría un poco de agua muy pura y muy estable, puede obtener muy fácilmente... un líquido muy frío por debajo de 0 °C. Todo esto se debe a que para que las moléculas de agua se reorganicen en cristales de hielo, necesitan algún apoyo en el que confiar, una pequeña semilla alrededor de la cual crecer (a eso lo llamamos núcleo). Entonces, si no hay impurezas en esa agua, ¡entonces puede enfriarla sin congelarla! También debe tener cuidado de mantenerlo estable, porque la energía de un choque le daría la patada que necesita para comenzar la cristalización. Puede encontrar muchos videos de YouTube que demuestran este fenómeno. Entonces, si asumimos que su agua ya está bajo cero y en un estado sobreenfriado, entonces el nadador en ella iniciaría la cristalización, lo que sucedería muy rápidamente. Por todo lo que sé,

Tu historia me hace pensar en eso porque hay una leyenda horrible pero genial sobre un lago en Rusia llamado lago Ladoga. Supuestamente, durante el asedio de Leningrado en 1942, en una fría noche de invierno, se inició un incendio en el bosque, asustando a miles de caballos. Los que pudieron huir de las llamas se sumergieron en las frías aguas del lago. Y de repente, con un sonido de vidrios rotos, el lago se congeló mientras los caballos saltaban en él, atrapando a cientos de ellos en el hielo. Creo que fue Hubert Reeves quien sugirió por primera vez que el lago podría haber estado sobreenfriado, lo que podría explicar esta congelación repentina, con el sonido característico de los cristales rotos. Sin embargo, la mayoría de la gente sugiere que es solo una tontería, ya que el agua tendría que ser increíblemente pura y constante (lo cual no es muy natural). Además, Nunca había visto un experimento sobre agua sobreenfriada a escalas tan grandes. No sé si esto aguantaría.

En resumen, el agua sobreenfriada podría ser una forma (poco probable) de justificarlo. Pero no tan mal con respecto a los estándares de la serie :)

Su "leyenda" parece haber sido registrada en un libro de 1944 por Malaparte ; Me enteré el año pasado por RadioLab .
Genial, gracias por esta precisión. Sabía que estaba relatado en un libro, pero no tenía idea de cuál. Sin embargo, sigo creyendo que el consenso general es considerarlo como un mito, dado lo poco probable que sería que un lago natural lleno de minerales cumpliera con las condiciones adecuadas...
Wow, no sabía de esta leyenda! Muy interesante
Si ayuda en algo, el buzo está en el agua durante algún tiempo antes de que se active la congelación, y cuando lo hace, la congelación comienza en la superficie (interior) del barco completamente sumergido, luego se expande rápidamente en el próximo minuto más o menos para encerrar completamente el barco (y el buzo, justo antes de la superficie). La congelación básicamente ocurre radialmente hacia adentro y hacia arriba: el interior del barco se congela radialmente desde la superficie, la superficie del lago se congela desde los bordes exteriores y se cierra alrededor de Judy, y el barco se encierra antes de que Judy se encierre cerca de la superficie.

Acabo de terminar de ver el episodio piloto y la forma en que trataron la física del agua congelada es suficiente para que no quiera ver el segundo episodio.

Primero diré que no soy físico de ninguna manera, aunque me interesó la física desde muy joven. Mi experiencia proviene del hecho de que he vivido la mayor parte de mis 42 años en Minnesota y puedo decir que he aprendido un par de cosas sobre cómo se comporta el agua en temperaturas bajo cero.

Otros han señalado que el agua podría haberse sobreenfriado y solo necesitaba un punto de nucleación para congelarse. Sostengo que Judy no fue la primera agitadora del agua sobreenfriada. ¿Hemos olvidado todos que un barco acaba de estrellarse contra el lago glacial? Eso debería haber sido un punto de nucleación suficiente para desencadenar la cristalización.

A menos que haya una fuente de frío proveniente de debajo de la superficie del planeta (que no parece existir porque a varias millas del paisaje ártico hay un bosque templado de coníferas), entonces el agua, como han señalado otros, se congelaría. desde la parte superior. Si fuera lo suficientemente frío como para congelar el agua a una profundidad de incluso unas pocas pulgadas en ese corto período de tiempo, las personas en la superficie se habrían congelado mucho más rápido y no podrían hacer nada con la piel expuesta. Además, ¿cómo podría llover cuando la temperatura ambiente es de -60 grados? No creo que digan si es Fahrenheit o Celsius, pero diría que no importa. -60F y -60C son temperaturas extremadamente frías y suficientes para congelar la piel expuesta en cuestión de minutos. Mientras la lluvia continúa cayendo como un líquido, se congela cuando golpea el lago. ¿Por qué la lluvia no se congela en la cara de las personas o en la pantalla de la computadora portátil (¿impermeable?)?

Está claro que los escritores no han pasado mucho tiempo en lugares fríos y usan el agua y el hielo como dispositivos de trama convenientes sin tener en cuenta la física.

Es posible que el agua se haya calentado originalmente por encima de un estado superenfriado por el calor de la nave (que acaba de entrar en la atmósfera y se estrelló). Aunque conseguir que se enfríe mucho después de eso sin congelarse cuando ahora tiene un barco completo y los contaminantes que lo acompañan...

Se necesitaría más información para hacer lo que quieres. Para calcular el tiempo que tardaría en congelarse el lago, primero tendríamos que encontrar la energía que debe perder el lago para congelarlo por completo, lo cual no podemos hacer a menos que conozcamos el área superficial de El lago. (Debemos saber cuanta agua estamos congelando). ¡Tampoco sabemos cuál es la temperatura inicial del lago! Por lo tanto, ni siquiera podemos saber cuánta energía se debe gastar para congelar incluso una unidad de volumen. Si logra estimar esas cantidades faltantes, entonces debe enfrentar la desafiante tarea de encontrar la velocidad a la que la superficie pierde calor. Para esta última parte deberías buscar en internet, ya que la velocidad a la que se pierde energía en la superficie de un lago probablemente haya sido modelada por alguien, dado que existen aplicaciones prácticas para este problema. Pero, de nuevo, esto no resolverá su problema sin la información que falta.

Editar: dado que la situación solo tomó un minuto, tal vez podría suponer que ella entró al agua cuando ya estaba muy cerca de la temperatura de fusión, a menos que haya una razón para que la temperatura en ese planeta cambie mucho en cuestión de segundos. . De esta manera, podría eliminar la temperatura inicial (que de otro modo sería imposible de obtener) y asumir que la energía total es la necesaria para congelar el agua a su temperatura de congelación. También hace que quien lo intentó sea muy incompetente por no darse cuenta de esto, pero estoy divagando.

¡Sí! También lo pensé. Pero otro problema es que en el programa vemos que el agua se congela de abajo hacia arriba. En un escenario realista, sería al revés, ¿no?
También me interesó si esto era posible y encontré este enlace: livescience.com/6105-scientists-freeze-water-heat.html
Sí, el agua ciertamente se congelaría de arriba a abajo allí, como es el caso de los lagos en la Tierra.