Sunnuntai

Jää on tuttu tuntematon

TS/Tuula Heinilä<br />Jäätä on osattu hyödyntää aina. Suomessa nostettiin ja varastoitiin vielä 1970-luvulla jääharkkoja kesän tarpeisiin jäähdyttämään muun muassa maitoa.
TS/Tuula Heinilä
Jäätä on osattu hyödyntää aina. Suomessa nostettiin ja varastoitiin vielä 1970-luvulla jääharkkoja kesän tarpeisiin jäähdyttämään muun muassa maitoa.

Jää on veden kiinteä olomuoto. Tuttu juttu meille kaikille. Mutta kun haluamme tietää, miksi jää on pikaluistimen ja curling-kiven alla liukasta tai miten jääpala lasissamme sulaa, liikumme vielä ratkaisemattomien mysteerien parissa.

Vesi on elämän perusta. Se on kaikille elintoiminnoille sopiva väliaine ja kaikki aineenvaihdunnan biokemialliset reaktiot tapahtuvat vesiliuoksessa. Kun yritämme saada luonnon paljastamaan jään salaisuuksia, selvitämme samalla myös veden ja elämän arvoitusta.

Maapallon 1,36 miljardin kuutiokilometrin vesimäärästä vajaat kaksi prosenttia on napajäänä ja jäätiköinä. Jäätä on Kuussa, Merkuriuksessa ja Neptunuksessa sekä joissakin Jupiterin ja Saturnuksen kuissa. Myös komeetat ovat pääosin jäätä.

Vedellä ja tavallisella jäällä on erikoisominaisuuksia, jotka mahdollistavat elämän ainakin maapallolla. Kahdesta vety- ja yhdestä happiatomista koostuva molekyyli on luonteeltaan sähköisesti kaksinapainen eli dipolinen. Lisäksi vesimolekyylien välinen vetysidos on tarkka suunnastaan. Tämän vuoksi vedellä on sekä korkea kiehumis- että jäätymispiste.

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy

Koska vedellä on erinomainen kyky varastoida lämpöä se toimii hyvänä lämpövarastona. Jään ominaislämpö on vain puolet veden ominaislämmöstä. Siksi jäätä muodostuu varsin nopeasti, kun lämpötila laskee nollan alapuolelle.

Vesi on yksi niistä harvoista aineista, jotka laajenevat kiinteytyessään. Painavimmillaan vesi on + 4 asteisena, jolloin sen tiheys on maksimissaan ja tilavuus minimissään. Tästä jäähtyessään kohti nollalämpötilaa se alkaa laajeta. Ilmiö on tuttu jokaiselle matti-myöhäiselle syksyisten sadevesitynnyrien tyhjentäjälle. Syntyvä jää saattaa laajetessaan rikkoa astioita.

Koska jään tiheys on pienempi kuin veden tiheys, jää kelluu veden päällä. Ilmiöllä on tärkeä merkitys vesistöjen jäätymiselle, Maan ilmastolle ja säätiloille. Järvet ja vesistöt jäätyvät harvoin koko syvyydeltään, sillä neliasteinen vesi painuu lämmön siirtymisen johdosta pohjalle. Suolainen vesi alkaa valtamerissä jäätyä vasta 1,9 pakkasasteessa. Niiden syvyyksissäkin vesi on neliasteista.

Jos vedelle ei löydy jäätymislämpötilassa jäätymisytimiksi sopivia pölyhiukkasia tai muita epäpuhtauksia, jää- ja lumikiteitä ei pääse syntymään. Vesi voi säilyä nesteenä nollan alapuolellakin ja pysyä alijäähtyneenä laboratoriokokeiden mukaan peräti 42 pakkasasteeseen asti. Alijäähtynyt vesi voi kondensoitua yläilmoissa jääksi lentokoneen siiville tai yllättää maankamaralle asti päästessään autoilijat ja muut tiellä liikkujat: alijäähtynyt vesi muuttuu jääksi auton tuulilasiin pudotessaan ja liukastuttaa ajoväylät ja jalkakäytävät. Kuuraantuminen esimerkiksi katoilla on puolestaan vesihöyryn tiivistymistä jääksi.

Tavallisessa vesipisarassa on 100 triljoonaa vesimolekyyliä. Vuosituhannen vaihteessa kemistit onnistuivat tekemään kaikkein pienimmän jääpalan, jossa oli ainoastaan kuusi molekyyliä. Se on myös jään teoreettinen minimikoko.

Jos kohta veden käyttäytyminen eri lämpötiloissa on outoa ja muista aineista poikkeavaa, niin vesi käyttäytyy omalla tavallaan myös paineessa. Ulkoinen paine alentaa veden jäätymispistettä nolla-asteen alapuolelle. Tätä hyödynnetään luisteluareenoilla pitämällä jää mahdollisimman lähellä nolla-astetta. Silloin luistelijan paino sekä terän ja jään välinen kitka yhdessä synnyttävät paineen ja lämpenemisen johdosta ohuen, liikettä helpottavan vesikalvon jään pinnan ja luistimen terän välille.

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy

Koska lumi koostuu jääkiteistä, suksen, reen ja kelkan jalaksen allekin muodostuu vastaava ohut vesikalvo. On myös havaittu, että jää jo itsessään on hieman märkää ja liukasta. Ainakin jääkiekon liike jäällä puoltaa tällaista jään luonnollista vetisyyttä.

Jään sulaminen selitetään tavallisesti atomien ja molekyylien lämpöliikkeen lisääntymisen avulla. Niin onkin, mutta miten sulaminen käynnistyy? Atomimikroskooppi on paljastanut, että sulamisen alkaminen edellyttää jään perusrakenteen rikkoutumista. Jään kiderakenteeseen alkaa lämmön vaikutuksesta syntyä pintavirheitä, niin sanottuja raerajoja, jotka leviävät jään sisälle niin kuin grogilasin jääkuutiosta tiedämme.

Vaikka emme vielä täysin ymmärrä veden ja jään atomi- ja molekyylitason anatomiaa ja kvanttimekaanista käyttäytymistä, on jäätä osattu hyödyntää ja ihastella jo vuosituhansia.

Tiedetään, että jo 400 vuotta ennen ajanlaskumme alkua persialaiset insinöörit osasivat rakentaa erämaan keskelle jäävarastoja, missä vuorilta tuotu jää säilyi sulamatta kesäkuumallakin. Näitä suuria maanalaisia varastoja on vieläkin nähtävissä Iranissa.

Maan sisään kaivetun jäävaraston vesitiivis eristysaine koostui hiekasta, savesta, munan valkuaisesta, kalkista, vuohenkarvasta ja tuhkasta. Tällaisia jäävarastoja käytettiin aikanaan eräänlaisina antisaunoina, ilmastoituina ja viilentävinä kesähuoneina.

Suomessa jään säilömisessä on ollut ennen kaikkea kyse ruuan ja maidon säilyttämisestä pilaantumattomana kesäkauden ajan. Sitä varten jäätä alettiin kerätä varastoon jo helmikuussa, jolloin talvinen ns. rautajää oli teräksisen vahvaa. Se kesti sulamista paremmin kuin vasta maaliskuussa sahattu jää. Rautajäästä oli hyvä muokata säännöllisiä kappaleita.

Isot jääkuutiot kerättiin maakuoppiin, kasattiin pinta-alan vähentämiseksi pyramidin muotoisiksi, säännöllisiksi rakennelmiksi ja peitettiin sahanpurulla.

Kelvollisissa jääkellareissa jää säilyi näin varastoituna pitkälle syksyyn asti. Sahanpuru oli eristeaineena erinomaista, koska siinä oli mukana myös puun omia homeen ja bakteerintorjunta-aineksia.

Jään nostaminen ja kerääminen järvistä, lammista ja meristä alkoi Suomessa hiipua 1960-luvulla, kun maitotilojen tilatankit ja jääkaapit yleistyivät. Vielä 1970-luvulla tapa kuitenkin vielä tunnettiin. Silloin käytössä olivat jo moottorisaha ja traktorin lisävarusteeksi suunniteltu lohkareiden nostolaite.

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy

Vielä 100 vuotta sitten Uudella mantereella harrastettiin talvisin myös jäänviljelyä. Puhuttiin jopa jääkuninkaista, jotka 1800-luvulla laivasivat eristettyjä jäätuotteita aina tropiikkiin asti.

Oman aikamme jäisinä erikoisuuksina voidaan pitää Skandinavian kalottialueilla sijaitsevia jäähotelleja ja eteläisessä Suomessakin lumisina talvina hyvin valmistuvia ja soivia jääsoittimia. Turussakin vieraillut norjalaisrumpali Terje Isungset on erilaisten jääsoitinten tunnetuin taitaja.

JARMO WALLENIUS

TS/Marttiina Sairanen
TS/Marttiina Sairanen
TS/Timo Jerkku<br />Suula jäämurtaja Sisun peesissä.
TS/Timo Jerkku
Suula jäämurtaja Sisun peesissä.