האנומליה של המים

האנומליה של המים היא תופעה שבה מים במצב מוצק (קרח) תופסים נפח גדול יותר מאשר במצב נוזלי.
בדרך כלל חומרים מתכווצים כשהם מתקררים והצפיפות שלהם עולה. אצל המים זה נכון רק עד בערך 4 מעלות צלזיוס. בטמפרטורות מעל כ־4 מעלות הנפח יורד עם הקירור, אבל מתחת לכ־4 מעלות הוא מתחיל לגדול שוב. במעבר לנקודת הקיפאון (0 מעלות צלזיוס) הקרח תופח בערך ב־10% מהמים שנקפו.
מולקולות המים הן בעלות צורה זוויתית וקוטביות, כלומר לכל מולקולה יש צד חיובי וצד שלילי. חום גבוה גורם לתנודות חזקות של המולקולות, והן מתנהגות כמו נוזל רגיל. כאשר הטמפרטורה יורדת עד כ־3.98 מעלות, התנודות כבר לא יכולות להתגבר על הכוחות החשמליים בין המולקולות. הכוחות האלה מסדרים את המולקולות במבנה מרחבי פתוח יותר, מה שמעלה את הנפח.
בנקודת הקיפאון אנרגיית המולקולות נמוכה מאוד ולא מאפשרת להן לנוע החוצה מהמבנה הזה. לכן נוצר מבנה קרח נפחי, והתנועה שנותרת היא רק רטט של האטומים שבתוך המולקולות.
עובדה מעשית: כשקופאים מים בכלי סגור, הנפח העולה יכול לשבור אותו. מצד שני, הקפאה בסדקים בסלעים מפרקת את הסלע ויוצרת קרקע חדשה לאורך זמן.
המשך הקירור מייצב עוד יותר את מבנה הקרח ומגדיל את נפחו עם ירידת הטמפרטורה.
הקרח צף על פני המים כי צפיפתו נמוכה יותר מזו של המים הנוזליים. זה מגן על חיים מתחת לפני המים בחורף.
תאים זקוקים למים נוזליים כדי לתפקד. כשהמים בתוך התא מתחילים לקפוא, נפחם גדל וזה עלול לקרוע את קרום התא ולפגוע באברונים (החלקים שבתא). אורגניזמים חד‑תאיים יכולים לשלוח נבגים עמידים, שיתפתחו לאחר שיתפשרו. אורגניזמים רב‑תאיים משתמשים בשתי שיטות עיקריות להתמודד עם הקפאה.

האנומליה של המים אומרת שמים תופסים יותר מקום כשהם קופאים.
רוב החומרים מתכווצים כשמתקררים. מים לא עושים את זה לגמרי. עד כ־4 מעלות הם מתכווצים. מתחת לזה הם מתחילים לגדול. כשהם קופאים (0 מעלות) הקרח גדול בכ־10% מהמים המקוריים.
מולקולות המים הן חלקיקים זוויתיים. יש להן צד חיובי וצד שלילי. כשהמים חמים, החלקיקים רוטטים חזק. כשהם מתקררים, הכוחות החשמליים מסדרים אותם בצורות פתוחות. זה יוצר יותר מקום בין המולקולות, ולכן הנפח גדל.
כשמים קופאים בכלי סגור, הם יכולים לשבור אותו. אבל כשמים קופאים בסדקים בסלעים, זה עוזר לפרק את הסלע וליצור קרקע.
הקרח צף על המים. זה שומר על חיות בתחתית האגם בחורף.
תאים צריכים מים נוזליים. אם המים שבתא קופאים, הנפח הגדל עלול לפגוע במעטפת התא. אורגניזמים חד‑תאיים שולחים נבגים שיכולים לשרוד עד שיפשרו.