ทําไมน้ําแข็งถึงลอยน้ําได้ทั้งที่เป็นของแข็ง

เคยสังเกตไหมเวลากินน้ําเย็นหรือดื่มเครื่องดื่มใส่น้ําแข็ง ทําไมก้อนน้ําแข็งถึงลอยอยู่เหนือน้ําได้ ทั้งที่ตามปกติแล้วของแข็งส่วนใหญ่เมื่อเปลี่ยนสถานะจากของเหลวลงไปในของเหลวชนิดเดียวกัน มักจะเริ่มจมตัว

ลงไปที่ก้นภาชนะ

แต่สําหรับน้ําและน้ําแข็งกลับมีพฤติกรรมที่น่าสนใจและแตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง ความลับของการที่น้ําแข็งลอยน้ําได้นั้นเป็นเรื่องของโครงสร้างโมเลกุลที่อธิบายได้ทางวิทยาศาสตร์แบบเข้าใจง่ายที่สุดคือเรื่อง

ความหนาแน่น

สสารส่วนใหญ่ในโลกนี้เมื่อได้รับความเย็นจนกลายเป็นของแข็ง โมเลกุลจะขยับเข้ามาอยู่ชิดติดกันมากขึ้น ทําให้มีความหนาแน่นเพิ่มขึ้น ส่งผลให้มันมีน้ําหนักมากกว่าของเหลวและจมลงไปได้ง่าย

แต่สําหรับโมเลกุลของน้ําเมื่ออุณหภูมิลดลงจนใกล้จุดเยือกแข็ง พฤติกรรมของมันจะเปลี่ยนไปอย่างแปลกประหลาด โมเลกุลของน้ําจะมีรูปร่างคล้ายตัววี เมื่อมันเย็นตัวลงจนกลายเป็นน้ําแข็ง

โมเลกุลเหล่านี้จะจัดเรียงตัวกันเองเป็นโครงสร้างรูปทรงหกเหลี่ยมที่ค่อนข้างโปร่งและมีระเบียบ การจัดเรียงตัวในรูปแบบนี้ส่งผลให้โมเลกุลของน้ําแต่ละตัวห่างออกจากกันมากกว่าตอนที่เป็นของเหลว

ทําให้เกิดช่องว่างระหว่างโมเลกุลมากขึ้น ส่งผลให้ปริมาตรของน้ําแข็งที่ได้มีขนาดใหญ่ขึ้นกว่าน้ําในปริมาณเท่าเดิม เมื่อปริมาตรมากขึ้นแต่มีมวลเท่าเดิม ความหนาแน่นของน้ําแข็งจึงน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ํา

เหลว

เมื่อปริมาณความหนาแน่นน้อยกว่าน้ํารอบๆ มันก็เลยลอยขึ้นไปบนผิวน้ําได้ นี่คือเหตุผลทางกายภาพที่เรียบง่ายแต่สําคัญมากต่อโลกของเรา เพราะถ้าหากน้ําแข็งจมน้ําแทนที่จะลอยขึ้นมา

ระบบนิเวศในแหล่งน้ําทั่วโลกจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมหาศาล ลองนึกภาพตามว่าถ้าในฤดูหนาวน้ําแข็งที่เกิดขึ้นในมหาสมุทรหรือทะเลสาบจมลงสู่ก้นบึ้งแทนที่จะลอยจับตัวแข็งที่ผิวน้ํา

มันจะทําให้น้ําในแหล่งน้ํานั้นแข็งตัวตั้งแต่ก้นขึ้นมาจนเต็ม ปรากฏการณ์นี้จะทําลายสิ่งมีชีวิตใต้ผิวน้ําทั้งหมด เพราะน้ําจะไม่สามารถคงสภาพเป็นของเหลวเพื่อหล่อเลี้ยงสัตว์น้ําได้อีกต่อไป

แต่โชคดีที่ธรรมชาติออกแบบมาให้ชั้นน้ําแข็งที่ลอยอยู่ที่ผิวหน้านี้ ทําหน้าที่เปรียบเสมือนฉนวนกันความร้อนคอยปกป้องอุณหภูมิของน้ําที่อยู่ด้านล่างไม่ให้เย็นจนเกินไปจนเป็นน้ําแข็งทั้งหมด

สิ่งมีชีวิตใต้น้ําจึงยังพอมีพื้นที่และอุณหภูมิที่เหมาะสมในการดํารงชีวิตอยู่ได้ต่อไปในช่วงฤดูหนาวที่ทารุณ การเรียนรู้เรื่องนี้จึงไม่ใช่แค่เรื่องของฟิสิกส์ในแก้วน้ํา

แต่เป็นกลไกที่ธรรมชาติสร้างไว้เพื่อให้สิ่งมีชีวิตอยู่รอดมาได้จนถึงทุกวันนี้ และนี่คือความพิเศษเล็กๆ ที่ซ่อนอยู่ในก้อนน้ําแข็งที่เราเห็นกันอยู่ทุกวัน