Waarom is warm water minder dicht dan koud water?

Warm en koud water zijn beide vloeibare vormen van H2O, maar ze hebben verschillende dichtheden vanwege het effect van warmte op watermoleculen. Hoewel het dichtheidsverschil klein is, heeft het een aanzienlijke invloed op natuurlijke fenomenen zoals oceaanstromingen, waar warme stromingen de neiging hebben om boven koude uit te stijgen.

Koud water is altijd dichter dan warm water; de verandering in dichtheid bedraagt ​​ongeveer 4 tienden van een procent tussen bijna vriespunt en 30 graden Celsius (86 graden Fahrenheit). Hoewel klein, zorgt het verschil ervoor dat warm water op koud water kan "drijven", een fenomeen dat elke dag voorkomt in de oceanen van de wereld.

De reden waarom warm water minder dicht is dan koud water, is de warmte zelf. Wanneer warmte in water wordt geïntroduceerd (van een bron zoals de zon), worden de moleculen ervan geëxciteerd door de energie. Ze beginnen sneller te bewegen, dus als ze tegen elkaar botsen, stuiteren ze verder weg. De grotere ruimte tussen de snel bewegende moleculen vermindert de dichtheid.

Koud water heeft een grotere dichtheid dan heet omdat de watermoleculen trager zijn; trillingen en bewegingen zijn langzamer en minder energiek. De moleculen stuiteren en verdringen elkaar minder, zodat er meer bij elkaar passen in een kleinere ruimte. Omdat ze steviger op elkaar zijn gepakt, is de dichtheid van het water groter.

Omdat warm water minder dicht is, stijgt warm water naar de top wanneer warm en koud elkaar ontmoeten; wetenschappers noemen dit 'convectie'. Dit proces creëert soms een cyclus waarin water aan het oppervlak van een meer wordt verwarmd overdag, koelt dan af en zakt 's nachts, waardoor een langzame, continue circulatie van de diepte naar de oppervlakte en terug ontstaat opnieuw.

Massa's warm water stijgen boven koud water uit in de oceanen van de wereld. Bij stroming wordt warm, tropisch water naar de polen geslingerd in een beweging als een transportband, met koud water eronder. De temperatuurverdeling wordt het thermoklimaat genoemd. De Golfstroom is een voorbeeld van dit fenomeen, en deze cyclus van het omhoog brengen van warm tropisch water heeft ook invloed op het klimaat in grote geografische gebieden. Londen is bijvoorbeeld niet zo koud als Calgary, ook al ligt het op dezelfde breedtegraad, omdat het profiteert van de Golfstroom. Oceaanwater beweegt dit echter niet altijd vreedzaam. Soms, wanneer warm en koud water (en luchtmassa's) elkaar ontmoeten, is het resultaat een storm of zelfs een orkaan.