Mengapa Permukaan Danau Membeku Pada Musim Dingin ?

Berbeda dengan pemuaian zat padat, pada zat cair hanya dikenal pemuaian volume (tiga dimensi). Singkatnya, volume zat cair bertambah ketika suhunya dinaikkan atau kalornya ditambahkan ke dalam zat cair. Oleh karena molekul zat cair lebih bebas bergerak dibandingkan molekul zat padat, pemuaian zat cair tentunya lebih besar bila dibandingkan dengan zat cair. Logika yang sederhana. Sifat pemuaian zat cair inilah yang digunakan pada skala praktis untuk mengukur temperatur suatu benda dengan dalam sebuah alat yang dinamai termometer.

Danau Beku

Walaupun sebagian besar zat cair memuai ketika dipanaskan, namun air (murni) mempunyai suatu keistimewaan. Ketika didinginkan (dibuang kalornya), volume air akan menyusut sampai pada temperatur $4^\circ{}C$. Jika diturunkan lagi temperaturnya (dengan cara dibuang kalornya lagi, tentunya), air justru memuai sampai temperaturnya mencapai $0^\circ{}C$. Dan pada saat temperatur ini, air mulai membeku dengan mengeluarkan banyak sekali kalor dari seluruh volume air, yang volumenya lebih besar. Jika es ini didinginkan lagi, ia akan menyusut seperti layaknya zat-zat lain selain air. Sifat ini disebut $Anomali$ $Air$.

Anomali air merupakan fenomena yang memiliki peranan yang penting di alam. Sebagai contoh, ketika temperatur air turun, permuakaan air pada sebuah danau misalnya, menjadi lebih dingin. Akibat hal ini, air di permukaan akan tenggelam karena air yang dingin memiliki massa jenis yang lebih besar dari massa jenis air pada suhu normal.

Secara perlahan-lahan air yang turun ini mencapai suhu $4^\circ{}C$. Ketika permukaan air didinginkan lagi, air akan tetap dipermukaan karena massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis air di bawahnya. Akibatnya air di permukaan ini membeku, dan terbentuklah lapisan es di permukaan danau tersebut, sementara air di bawahnya tetap cair.

Hai ini membuat tanaman dan hewan di dalam air bisa tetap hidup oleh karena air tidak membeku di bawah permukaan. Apabila air memiliki sifat seperti zat-zat lain (tidak terdapat anomali air), maka yang pertama kali membeku adalah dasar danau, bukan permukaannya. Dan hal tersebut menutup kemungkinan bagi hewan dan tanaman air untuk bisa hidup.

Bila digambarkan secara grafik mengenai anomali volume dan massa jennis, kurang lebih seperti berikut ini: