Proč je horká voda méně hustá než studená voda?

Horká a studená voda jsou obě kapalné formy H2O, ale mají různé hustoty v důsledku působení tepla na molekuly vody. Přestože je rozdíl hustoty malý, má významný dopad na přírodní jevy, jako jsou oceánské proudy, kde teplé proudy mají tendenci stoupat nad studené.

Studená voda je vždy hustší než teplá voda; změna hustoty činí přibližně 4 desetiny jednoho procenta mezi bodem mrazu a 30 stupňů Celsia (86 stupňů Fahrenheita). Rozdíl, i když je malý, umožňuje, aby teplá voda „plavala“ nad studenou vodou, což je jev, který se ve světových oceánech vyskytuje každý den.

Důvodem, proč je teplá voda méně hustá než studená, je samotné teplo. Když se do vody přivádí teplo (ze zdroje, jako je Slunce), jeho molekuly jsou energií buzeny. Začnou se pohybovat rychleji, takže když do sebe narazí, odrazí se dále. Větší prostor mezi rychle se pohybujícími molekulami snižuje hustotu.

Studená voda má větší hustotu než horká, protože její molekuly vody jsou pomalejší; vibrace a pohyby jsou pomalejší a méně energické. Molekuly se navzájem méně odrážejí a navzájem se pohybují, takže se jich více vejde do menšího prostoru. Protože jsou těsněji zabaleny, je hustota vody větší.

Protože teplá voda je méně hustá, když se setkává teplá a studená, stoupá teplá voda nahoru; vědci tomu říkají „konvekce“. Tento proces někdy vytváří cyklus, ve kterém se voda na povrchu jezera zahřívá během dne se pak v noci ochladí a potopí, čímž vytvoří pomalý nepřetržitý oběh z hlubin na povrch a zpět znovu.

Masy teplé vody stoupají nad studenou vodu ve světových oceánech. Vzhledem k proudům je teplá tropická voda dopravována k pólům pohybem jako dopravní pás, pod kterým jsou studené vody. Rozdíl v teplotách se nazývá termoklima. Golfský proud je příkladem tohoto jevu a tento cyklus přivádění teplé tropické vody také ovlivňuje klima ve velkých zeměpisných oblastech. Například Londýn není tak chladný jako Calgary, přestože má stejnou šířku, protože těží z Golfského proudu. Oceánská voda to však nehýbe vždy pokojně. Někdy, když se setká horká a studená voda (a vzduchové masy), je výsledkem bouře nebo dokonce hurikán.