Una muy buena pregunta. Para ahorrarte la molestia de una larga lectura; Será imposible que ese volumen de agua se congele por completo. ¿Por qué?
Expansión anómala; El agua se expande al congelarse (0 ° C), forma capas de hielo y flota hacia la superficie, y se contrae al bajar la temperatura.
Este comportamiento podría observarse en la luna de Júpiter, Europa, que todavía contiene agua líquida después de un largo período en el espacio.
- ¿Cuál es el sistema inglés de unidades para medir energía? ¿Es lo mismo que las unidades SI?
- ¿Es cierto que los mosquitos han matado a más humanos que todas las guerras de la historia?
- ¿Qué pasa si el mundo pierde todo su oxígeno atmosférico (O2) durante 5 segundos?
- ¿Cuáles son algunos avances que podríamos hacer si la experimentación humana fuera legal?
- ¿Realiza los Estados Unidos experimentos sobre el poder psíquico, y cree que el poder psíquico es real o falso?
Para fines de practicidad, debemos cambiar el objetivo de la congelación total a obtener solo 0 ° C
Incluso con este ajuste, las variables involucradas son numerosas y difíciles de seguir. Pero, lo intentaré.
Una búsqueda rápida de DuckDuckGo estima el volumen total de la hidrosfera en 332,500,000 millas cúbicas (mi 3) o 1,386,000,000 de kilómetros cúbicos (km 3), con un diámetro de 860 millas (aproximadamente 1,385 kilómetros).
Para el propósito de este experimento, mezclamos toda la variación del agua: hielo, sal, agua dulce, salobre y subterránea; no se incluye la humedad de plantas y animales.
El valor del contenido de salinidad para la mezcla será alto debido a la proporción de agua rica en sales / minerales con respecto al agua dulce: alcalina con un valor de PH + de ~ 12.5 o 13.
Toda el agua en la tierra es así de grande: imagen a través de Jack Cook / WHOI / USGS
El agua se congela al perder calor. Por lo tanto, podemos decir con seguridad que la tasa de pérdida de calor es la misma que la tasa de congelación, en un sistema cerrado.
Después de hacer suposiciones, tomar valores arbitrarios o mantenerlos constantes, y establecer límites, se realiza un modelado para obtener la velocidad y el tiempo de congelación.
Estas son algunas de las condiciones a considerar:
Suponiendo que cada gota de agua se elimine de la superficie de la Tierra sin atrapar cantidades significativas de vida acuática, esto podría afectar los resultados.
- Cómo almacenar el agua : Para usar un recipiente arbitrario, un súper súper cilindro, o simplemente conformarse con agua en una esfera imaginaria, la mezcla de Agua de Avatar Aang, sostenida por fuerzas cohesivas simples (como las del enlace de hidrógeno y las fuerzas de Van der Waals) )
El contenedor ‘Super-Super-arbitrario’ ( S-Sa ) se ajusta bien a este problema porque es mucho más fácil de modelar. Para construirlo, haremos un pequeño desvío a través de la mítica Grecia para encontrar a Hefesto y hacer que haga el trabajo.
- La naturaleza del contenedor : si la transferencia de calor puede ser rápida o muy reducida depende del tipo de material utilizado para el contenedor S-Sa. Si Hephaestus se queda con estaño o aluminio como material, tenemos un contenedor decente, ya que son buenos conductores térmicos con coeficientes conocidos.
- Ubicación óptima : el lugar donde se realiza este experimento determina qué tan rápido o lento llega a 0 ° C: demasiado cerca del Sol se evapora, demasiado cerca de la conducción del cinturón de asteroides (transferencia térmica entre el contenedor y los asteroides) podría influir en los resultados. Deberíamos elegir una zona de Ricitos de Oro, libre de materiales espaciales y no cerca del Sol, entre las órbitas de la Tierra y Marte.
- Movimiento : ¿Orbitará la Tierra? ¿Derivarse o viajar por un camino lineal lejos o hacia el Sol? Un cuerpo que viaja probablemente perderá calor más rápido que uno de papelería, los cometas son testimonio de esto.
- Radiación / rayos cósmicos : es abundante en el espacio, y a niveles concentrados, lo suficientemente alta como para evitar que el agua S-Sa se congele, aumentando la temperatura. La radiación es un modo de transferencia térmica.
- Transferencia de calor dentro del contenedor : al casi congelarse, las capas de hielo comienzan a formarse a lo largo de las paredes del contenedor, reduciendo así la conductividad térmica de la capa interna del contenedor. Esto reduce la capacidad del recipiente para extraer el calor del cuerpo de agua.
- Flujo trubulente: debido al gran radio del contenedor S-Sa, el transporte de calor se realizará por convección, y esto producirá un flujo turbulento. El transporte de calor de flujo turbulento es muy difícil de modelar.
- Sobreenfriamiento : cuando el agua se enfría por debajo de 0 ° C, el hielo se vuelve más resistente que el agua. A medida que se congela más agua, se libera calor (este calor necesita ser transportado) permanece y evita más congelación. Por lo tanto, la mayor parte del cuerpo de agua permanece en forma líquida incluso después de -4 ° c.
Podemos calcular el transporte de calor a través de las paredes del contenedor, y quizás, con un pequeño supuesto, obtener la conductividad térmica del agua salada, pero tan pronto como tengamos cristales en lugares aleatorios, tenemos un medio no homogéneo.
Una solución matemática para precisar una tasa exacta está más allá de nosotros, por ahora. Pero, mirando a Eruopa, tomará eones.
Gracias.
