|
Havsvatten innehåller höga halter av salt, det vill säga oorganiska joner, främst natriumjoner och kloridjoner. De lösta ämnena sänker fryspunkten så att den blir lägre än 0 °C. Oceanernas vatten fryser först vid cirka -2 °C. Detta utgör ett stort hot mot många fiskar som lever i kalla hav. Deras kroppsvätskor innehåller nämligen lägre totalkoncentrationer av lösta ämnen än vattnet och har därmed en högre fryspunkt än -2 °C. Om fiskarna inte anpassade sig på något sätt, skulle de således frysa till is.
De fiskar som har en högre fryspunkt än havsvattnet är alla benfiskar. Till denna grupp hör de flesta av havets fiskar, till exempel torsk, rödspätta och sill. Benfiskarna har utvecklat olika skyddsmekanismer, som hindrar dem att frysa till is.
En skyddsmekanism mot isbildning är underkylning. Under vissa förhållanden kan vatten och vattenlösningar kylas under sin fryspunkt, utan att frysa till is. Detta kallas underkylning. Vattenmolekyler kan ha olika energiinnehåll. Molekyler med högt energiinnehåll uppvisar intensivare molekylrörelser än de med lågt. För att is ska bildas krävs, att de isbildande vattenmolekylerna har ett högre energiinnehåll än den genomsnittliga vattenmolekylen. Det finns alltså en "energitröskel" som molekylerna måste passera över, innan de kan bilda is. Denna tröskel motverkar isbildning. Tröskeln blir mycket lägre om vattenlösningen innehåller så kallade groddar. En grodd är en molekyl eller en partikel runt vilken iskristaller kan börja bildas. Den bästa tänkbara grodden är en redan befintlig iskristall. Om is finns närvarande, kan vatten inte underkylas. Men om groddar saknas kan en vattenlösning kylas under sin fryspunkt, alltså underkylas. Underkylda regndroppar har en fryspunkt på 0 °C, men en lägre temperatur än 0 °C. När dropparna träffar marken, möter de groddar och fryser genast till is.
Det är viktigt att komma ihåg att underkylning är ett instabilt tillstånd. Det finns alltid en viss sannolikhet att underkylt vatten fryser till is. Om groddar helt saknas är denna sannolikhet lägre. Men ju mer vattnets temperatur sjunker under fryspunkten, desto större blir sannolikheten att vattnet ska frysa till is. Till slut nås underkylningspunkten, då vattnet fryser.
Vissa fiskar i nordliga och sydliga kalla hav lever underkylda hela sitt liv. Orsaken till detta är att de har eliminerat groddarna i sina kroppsvätskor. Då och då kommer en fisk att omvandlas till is, men detta är en så sällsynt händelse att den inte har någon större betydelse för artens överlevnad. Men dessa fiskar måste leva på djupt vatten. På havsytan flyter det nämligen omkring is. Om en sådan fisk skulle kollidera med eller svälja en iskristall skulle den med stor sannolikhet frysa till is! Fiskar som lever i grunda vatten eller nära havsytan måste således ha andra skyddsmekanismer än underkylning.
Många insekter övervintrar i underkylt tillstånd. Det är hos dem som de mest
extrema formerna av underkylning förekommer. Hos vissa arter kan det övervintrande stadiet ha en underkylningspunkt på -30 till -35 °C. Det finns flera exempel på insekter som i arktiskt klimat tål -50 till -65 °C utan att frysa till is! De har dock även andra frostskyddsmekanismer än underkylning. Icke desto mindre är övervintringen för dem något av ett lotteri. Minns att det alltid finns en viss sannolikhet att underkylda vätskor fryser. Varje vinter dör en viss andel av dessa insekter genom att frysa till is. Om vintern är extra lång eller extra kall blir det fler dödsfall.
I romanen "Cat's cradle" ("Vaggan") av författaren Kurt Vonnegut tillverkar den amerikanska krigsmakten "ice-nine", en kristallmodifikation av is med en fryspunkt på +45,8 °C (!). Därmed är allt vatten på jorden underkylt relativt "ice-nine". Man avsåg först att använda denna is som ett vapen, men insåg konsekvenserna av detta. Dock finns det kvar kristaller av den farliga isen. Läs boken om du vill ha reda på hur det gick. Kurt Vonnegut upplevde som amerikansk krigsfånge de allierades bombning av Dresden år 1945 och den eldstorm som förstörde staden. Antalet döda uppskattades till mellan 22 000 och 25 000. Upplevelsen satte djupa spår i hans litterära produktion, som präglas av pessimism och svart humor, men ocks av en djup humanism och en förståelse f–r människans villkor.
Läs om andra frostskyddsmekanismer och om grodor som tål att frysa till is på en annan sida.
Referenser
Texten har uppdaterats och utökats år 2013 av Anders Lundquist.
R.W. Hill, G.A. Wyse, and M. Anderson: Animal Physiology (3rd ed, Sinauer, 2012).
Till början på sidan
Till "Artiklar om djur"
|
