Proses terbentuknya es di permukaan air

Es di permukaan laut hanya terbentuk pada wilayah lintang tinggi. Di daerah lintang rendah/khatulistiwa pasti tidak pernah terbentuk es di muka laut, karena suhu di wilayah khatulistiwa relatif lebih tinggi.

Bagaimana proses terbentuknya es di permukaan perairan, akan di bahas pada artikel berikut :

Terbentuknya lapisan es di lintang tinggi saat musim dingin, terjadi saat bertiup angin kering dan dingin.

Di lintang tinggi saat angin kering dan dingin bertiup di daerah danau, hal ini biasanya terjadi pada saat mendekati musim gugur dimana penurunan suhu terjadi. Pada saat pergantian musim ini terjadi, biasanya lapisan epilimnion pada danau akan menghilang karena proses mixing yang kuat. Saat musim gugur, kekuatan angin dapat mengaduk kolom danau sehingga air danau memiliki suhu yang umunya seragam. Permukaan air yang terkena kontak langsung dengan udara yang dingin, akan lebih cepat dingin dibandingkan air yang ada di lapisan bawah. Air yang dingin bersifat lebih padat dan kemudian tenggelam menggantikan air yang lebih hangat dan bersifat lebih ringan pada lapisan di bawahnya, sehingga air di lapisan bawah akan naik ke atas. Pada akhir musim gugur biasanya suhu air hampir seragam yaitu mendekati 4°C.

Mixing sempurna pada kolom air danau,
 seluruh suhu kolom danau hampir seragam.
Udara yang dingin mendinginkan permukaan air.
Air yang dingin tenggelam ke bawah.
(faculty.gvsu.edu)

Pada umumnya, suatu zat akan memuai jika dipanaskan dan akan menyusut jika didinginkan, tetapi air mempunyai sifat khas. Dimana densitas air yang lebih tinggi berada pada suhu 4°C

Anomali Air, pada saat suhu mencapai 4°C, 

Densitas air menjadi maksimum. 

(Shakhashiri, 2011)

Air membeku mulai pada suhu 0-4°C, dalam keadaan ini air akan mengembang (volume membesar). Sifat termal air ini dikenal sebagai anomali air. Jika air dipanaskan antara suhu 0°C-4°C, volumnya akan menyusut. Hal ini karena es memiliki struktur kisi terbuka (berongga), dimana molekul-molekul air lebih jarang dibandingkan cairan. Akibatnya es memiliki kerapatan yang lebih rendah dari pada air dan mengapung di air (gambar 7). Dengan demikian, pada saat dipanaskan, molekul H2O (es) akan merapat lebih dahulu, akibatnya volumnya menyusut

Molekul air dalam yang terbentuk 

pada saat membeku, 

suhu hangat dan dingin

(worldoceanreview.com)

Oleh karena itu, es juga terapung di air. Peristiwa anomali air dapat dijelaskan, sebagai berikut: Pada suhu menurun maka perubahan volum menurun namun pada titik tertentu tatkala kecepatan dan sistem phonon mengecil maka akibatnya volume justru bertambah, hal interjadi pada ‘reverse point’ 4 derajat celcius.

Hal ini juga terjadi pada pembentukan es di lintang utara. Ada dua faktor yang menentukan perilaku es dan air saat membeku, yaitu densitas relatif es dan air serta variasi densitas air dekat titik beku. Pada musim dingin, air permukaan didinginkan dengan suhu di bawah 4°C. Pada titik ini air tidak lagi tenggelam. Molekul-molekul air mulai menyesuaikan diri (membentuk lebih banyak ikatan hidrogen) untuk membeku. Ketika suhu air mencapai 0°C, es mulai menutupi permukaan danau. Kemudian stratifikasi terjadi. Lapisan dimana suhu berada di bawah 4°C dan diatas 0°C terbentuk di bawah lapisan es. Sedangkan di bawah lapisan tersebut, suhu air biasanya mendekati 4°C. Pada titik ini, danau berada dalam stagnasi musim dingin

Stratifikasi danau pada musim dingin

selama stagnasi musim dingin

(faculty.gvsu.edu)

Kebanyakan zat memiliki fase padat yang lebih padat dari fase cair sehingga struktur kisi terbuka pada es serta densitasnya yang rendah merupakan anomali. Jika es tidak mengapung, maka es akan tenggelam di dasar selama proses terbentuk, sehingga pada lautan maupun pada danau memiliki lapisan es padat sepanjang kedalamannya dengan hanya lapisan perairan dangkal pada bagian atas.