Para os caminhantes que davam a volta ao lago nessa tarde gélida de janeiro, a cena parecia quase contraditória: margens congeladas, coração líquido. No entanto, este padrão estranho obedece a uma lógica rigorosa inscrita na física da água, do ar frio e de enormes quantidades de energia.
Quando os lagos congelam de cima, não de baixo
À primeira vista, a água parece simples: a 0°C transforma-se em gelo. A reviravolta está no que acontece à sua densidade. A maioria das substâncias torna-se mais densa ao solidificar. A água faz o contrário.
A água líquida é mais densa por volta dos 4°C. Acima ou abaixo disso, torna-se ligeiramente menos densa. O gelo é cerca de 10% menos denso do que a água líquida, razão pela qual os cubos de gelo flutuam e os icebergs não afundam.
Como o gelo flutua, os lagos congelam da superfície para baixo, deixando água líquida por baixo que pode abrigar a vida aquática.
No lago de Créteil, como em qualquer lago temperado, esta particularidade física prepara o cenário para a forma como a água se organiza em camadas com a mudança das estações e para onde surgem as primeiras manchas de gelo.
A dança invisível das camadas de água
Verão: pele quente, profundezas mais frescas
Durante o verão, o sol aquece a superfície. A água mais quente é mais leve e mantém-se em cima. Mais abaixo, a água permanece mais perto dos 4°C, onde é mais pesada.
- Superfície: quente, menos densa, agradável para nadar.
- Meias-profundidades: camada de transição mais fresca.
- Fundo: água mais densa por volta dos 4°C.
Quem já mergulhou um pé a partir de uma prancha de paddle sabe bem este gradiente: ameno à superfície, um arrepio rápido quando os dedos chegam mais fundo.
Inverno: a estratificação inverte-se
À medida que o inverno se instala e as temperaturas do ar descem abaixo dos 4°C, o processo inverte-se. A água à superfície arrefece, passa pelos 4°C e volta a ficar menos densa. Deixa de afundar e permanece no topo.
A cada noite fria, a água superficial aproxima-se dos 0°C. Entretanto, a água mais profunda estabiliza por volta dos 4°C, armazenando calor no fundo. O lago acaba por ficar com uma película fina de água muito fria à superfície e uma reserva relativamente amena por baixo.
Esta “correia transportadora térmica” mantém o fundo do lago perto dos 4°C, mesmo quando a superfície pode descer até ao ponto de congelação e formar gelo.
Onde nasce o gelo: na fronteira ar–água
Para o gelo se formar, a superfície tem de chegar aos 0°C e depois libertar ainda mais energia para mudar de estado, de líquido para sólido. Essa mudança de fase exige imensa energia.
Arrefecer 1 grama de água em 1°C requer cerca de 4,18 joules. Transformar essa mesma grama a 0°C em gelo consome cerca de 334 joules. A mudança de estado custa muito mais do que o próprio arrefecimento.
Assim que surge uma placa de gelo, ela flutua à superfície e funciona como uma tampa. Abranda a perda de calor da água por baixo, isolando peixes, plantas e microrganismos do frio mais severo acima.
Se o gelo afundasse, todo o lago congelaria gradualmente por completo, de baixo para cima. Muitas espécies não sobreviveriam a invernos regulares. A ecologia de inverno dos ambientes de água doce seria totalmente diferente.
Porque é que as poças congelam mais depressa do que os grandes lagos
Poças, pequenos charcos e valas pouco profundas costumam congelar de um dia para o outro, enquanto grandes lagos como o de Créteil exigem dias ou semanas de frio sustentado. A explicação está numa razão simples: área de superfície comparada com volume.
Uma poça fina tem uma grande superfície relativamente à quantidade de água que contém. Isso significa muito contacto com o ar frio e pouco calor a perder. Um lago profundo guarda um volume enorme de água sob uma superfície relativamente modesta. Há muito mais calor para evacuar.
Uma lâmina rasa de água pode congelar numa única geada intensa; um lago profundo precisa de um longo cerco de dias e noites frios.
Números de energia difíceis de imaginar
Considere um grande lago temperado que começa o outono por volta dos 20°C. Baixar a massa principal da sua água até aos 4°C representa uma quantidade astronómica de energia libertada para a atmosfera.
Depois, formar uma camada de gelo de apenas 10 centímetros em toda a superfície drena ainda outra enorme quantidade de energia. Para meteorologistas e limnólogos (especialistas em lagos), este orçamento energético gigantesco explica porque a reação de um lago a uma vaga de frio é sempre lenta e gradual.
Porque as margens do lago de Créteil permaneceram congeladas
Bordos rasos, centro profundo
Nas margens do lago de Créteil, a água é muito mais rasa do que no centro. O mesmo ar frio atua sobre toda a superfície, mas o volume de água por baixo dessa superfície não é o mesmo.
- Perto da margem: pouca água, portanto arrefece e congela rapidamente.
- No meio: muito mais água por cada metro quadrado, portanto demora mais a atingir o ponto de congelação.
Quando as margens congelam, podem manter-se geladas mesmo quando a parte central começa a degelar. A água mais profunda sob o centro liberta lentamente o calor armazenado para cima, minando o gelo a partir de baixo.
Ao mesmo tempo, a luz solar incide mais diretamente no meio. Uma ligeira agitação das ondas pode partir gelo fino e misturar a camada superficial, tornando ainda mais difícil a sobrevivência do gelo ali, quando as temperaturas são marginais.
A combinação de pouca profundidade nas margens e reservas de calor no centro mais profundo explica porque o lago de Créteil parecia um olho líquido rodeado de geada.
Porque o lago muitas vezes degela primeiro no centro
Durante um período mais ameno, o processo funciona ao contrário. A bacia central, mais profunda, mantém essa água a 4°C. À medida que o ar aquece, este núcleo relativamente quente alimenta a superfície através de pequenas correntes e mistura. O gelo torna-se frágil e acaba por se partir no meio.
Junto à margem, a água continua mais rasa, mais fria e com menos capacidade de recorrer a esse calor profundo. Aí, o gelo pode aguentar-se por mais tempo, mesmo quando os patos já começam a nadar pelo novo corredor aberto no centro.
| Zona do lago | Profundidade | Comportamento ao congelar | Comportamento ao degelar |
|---|---|---|---|
| Margens | Rasa | Congela primeiro | Degela por último |
| Meio | Profunda | Congela por último (se congelar) | Degela primeiro |
O que isto significa para a vida selvagem e para quem passeia no inverno
Para as aves, este padrão cria uma paisagem em mosaico. Gaivotas e patos podem ficar de pé na orla congelada para descansar e depois nadar no centro líquido para se alimentarem. Os peixes tendem a permanecer nas camadas mais profundas, a 4°C, onde a temperatura se mantém estável e o oxigénio ainda pode circular.
Para as pessoas que passeiam em torno do lago de Créteil, as superfícies contrastantes trazem uma mensagem de segurança. Uma margem congelada não garante um centro sólido. Em muitos lagos urbanos, o meio nunca forma gelo espesso e fiável. Pisar gelo aparentemente uniforme pode reservar uma surpresa perigosa a poucos metros da margem.
Termos-chave por detrás deste espetáculo gelado
Duas expressões científicas captam a maior parte do que aconteceu em Créteil:
- Anomalia da densidade da água: a água é mais densa a 4°C, ao contrário da maioria dos líquidos. Isto molda a sua circulação e onde o gelo se forma.
- Estratificação térmica: a formação de camadas de temperatura num corpo de água, com diferentes densidades empilhadas de cima para baixo.
No papel, estas frases soam abstratas. Numa tarde gelada em Créteil, traduzem-se em detalhes muito reais: uma gaivota a caminhar sobre gelo liso perto da margem, enquanto a poucos metros ondulações suaves marcam uma poça de água ainda não congelada.
Da próxima vez que uma vaga de frio chegar e os lagos próximos começarem a formar gelo irregular, um modelo mental simples ajuda. A água rasa reage depressa; a água profunda reage devagar. O lago tenta constantemente reorganizar as suas camadas mais densas e mais leves em equilíbrio, enquanto a atmosfera, silenciosamente, vai sugando calor por cima. Esse braço-de-ferro foi o que esculpiu o padrão estranho e belo que chamou a atenção de tantos nas margens do lago de Créteil.
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