miniatyr|En bit is på stranden miniatyr|Ett isblock på Vasagatan i Göteborg, 2012
Is är vatten i sitt fasta aggregationstillstånd. Ordet is används i överförd betydelse om den fasta formen av ämnen som i rumstemperatur är gaser, då de ofta ser ut som vattenis. För att undvika missförstånd brukar man kalla fast koldioxid för torris. Vatten kan med metan bilda en isliknande förening kallad metanhydrat eller metanklatrat. Denna fasta fas är stabil vid högt tryck och temperatur från 0°C och några grader högre. Metanhydrat förekommer på Jorden i permafrost och på stora havsdjup, samt i de kallare yttre delarna av solsystemet.
Bildande Vatten blir till is när temperaturen understiger 0 °C vid normalt atmosfärstryck. När vatten omvandlas till is frigörs värme, vilket gör att temperaturen i en blandning av is och vatten alltid kommer att vara 0 °C, till dess att den består av enbart vatten eller enbart is. Vatten har en högre densitet i flytande form än fryst, vilket är en mycket ovanlig fysikalisk egenskap. Det gör att is bildas endast på ytan av vattenmassor, något som har en fundamental påverkan på klimatet på jorden.
Egenskaper Is nära fryspunkten har en hexagonal struktur och vattenmolekylerna är tetraedriskt bundna med vätebindningar. Detta gör att snöflingor får ett hexagonalt mönster. Ett stycke av is där strukturen är obruten kallas för iskristall. Strängare kyla får isen att övergå till kubiska, och sedan till en ortorombiska kristaller.
Isens struktur gör att dess densitet är cirka 917 kg/m³, förutsatt att isen inte är förorenad. Det kan jämföras med cirka 1 000 kg/m³ för flytande vatten. På grund av vätebindningarna i vatten är smältpunkten för is mycket hög. Hade det inte funnits några vätebindningar för vatten skulle smältpunkten legat omkring −100 °C.
Is har en värmekapacitet på 2,1 kJ/kg°C medan flytande vatten har 4,2 kJ/kg°C. Den flytande formen behöver alltså dubbelt så mycket energi för att bli en grad varmare. Vid själva fasövergången krävs det 334 kJ för att få 1 kg 0-gradig is att smälta till 0-gradigt vatten.
Frostsprängning Vatten som fryser till is upptar större volym än vattnet i smält form. Får inte isen plats kan frostsprängning ske, vilket innebär att isen spränger hål på sin behållare. Exempelvis kan detta medföra att vattenledningar som fryser sprängs sönder. Till en början kanske det inte märks att frostsprängning har ägt rum, men kan orsaka stort läckage när isen senare smälter.
I naturen kallas fenomenet för vittring när vatten i fickor i berg spränger sönder berget så att grus och sand bildas.
Förekomst Is förekommer i en mängd olika former på jorden. I atmosfären kan man se is som iskristaller eller snöflingor och på sjöar, bäckar, floder eller hav som tjäle och is. Dock förekommer över 99 % av allt fruset vatten i glaciärerna.
I solsystemet finns is rikligt och förekommer naturligt från så nära solen som Merkurius till så långt borta som Oort-moln. Bortom solsystemet förekommer det som interstellär is. Det finns rikligt på jordens yta, särskilt i de polära regionerna och ovanför snölinjen, och, som en vanlig form av nederbörd spelar den en nyckelroll i jordens vattencykel och klimat. Det faller som snöflingor och hagel eller förekommer som frost, istappar eller ispikar.
Naturlig bildning
Kryosfären är det samlingsnamn som beskriver alla delar av jordens yta där vatten är i frusen form. Is är en viktig komponent i det globala klimatet, särskilt när det gäller vattencykeln. Glaciärer och permanenta snötäcken är en viktig lagringsmekanism för färskt vatten; över tid kan de sublimera eller smälta. Snösmältning är en viktig källa till säsongens färskt vatten. Meteorologiska världsorganisationen definierar flera typer av is beroende på ursprung, storlek, form, inflytande och så vidare.) Meteorologiska världsorganisationen / Arctic and Antarctic Research Institute. Läst 4 december 2019. Clathrate-hydrater är former av is som innehåller gasmolekyler fångade i dess kristallgitter.
På hav
Is som finns till sjöss kan vara i form av drivis som flyter i vattnet, fastis fixerad till en strandlinje eller förankringsis om den är fäst vid havsbotten. Is som bryts av från en ishylla eller glaciär kan bli ett isberg. Havsis kan tvingas samman av strömmar och vindar för att bilda isvallar upp till 12 meter höga. Navigering genom områden med havsis sker i öppningar som kallas "polynia" eller "leder" eller kräver användning av speciella isbrytande fartyg.
På land och strukturer
Is på land sträcker sig från den största typen som kallas inlandsis till mindre iskappar och isfält till glaciärer och isströmmar till snölinjen och snöfält.
Aufeis är skiktad is som bildas i arktiska och subarktiska strömdalar. Is som fryst i bäcken blockerar normalt flöde till grundvattnet och får den lokala vattennivån att stiga, vilket resulterar i att vattnet strömmar ovanpå det frysta lagret. Även detta vatten kommer att frysa, vilket får vattennivån att stiga ytterligare och upprepa cykeln. Resultatet är en stratifierad isavlagring, ofta flera meter tjock.
Frysande regn är en typ av vinterstorm som kallas isstorm där regn faller och sedan fryser och formar en glasyr av is. Is kan också bilda istappar, liknande stalaktiter i utseende, eller stalagmitliknande former från droppande vatten som fryser.
I floder
Is som bildas på rörligt vatten tenderar att vara mindre enhetlig och stabil än is som bildas på lugnt vatten. Isstopp är den största isfaran vid trasiga isbitar i floderna. Isstopp kan orsaka översvämningar, skada strukturer i eller i närheten av floden och skada fartyg i floden. Isstopp kan leda till att vissa vattenkraftsindustriella anläggningar stängs helt av. En isstopp är en blockering från en glaciärs rörelse som kan ge en proglacial sjö. Tunga isflöden i floder kan också skada fartyg och kräva användning av en isbrytare för att hålla navigering möjlig.
Isskivor är cirkulära isformationer omgiven av vatten i en flod.
Pannkaksis är en isbildning som generellt skapas i områden med mindre lugna förhållanden.
På sjöar
Is bildas på lugnt vatten från stränderna, ett tunt lager sprider sig över ytan och sedan nedåt. Is på sjöar är vanligtvis fyra typer: Primär, sekundär, överlagrad och agglomerat.Petrenko, Victor F. and Whitworth, Robert W. (1999) Physics of ice. Oxford: Oxford University Press, pp. 27–29, Eranti, E. and Lee, George C. (1986) Cold region structural engineering. New York: McGraw-Hill, p. 51, . Primäris bildas först. Sekundäris bildas under den primära isen i en riktning parallell med värmeflödesriktningen. Överlagrad is bildas ovanpå isytan från regn eller vatten som sipprar upp genom sprickor i isen som ofta slår sig ner när det belastas med snö.
Shelfis uppstår när flytande isstycken drivs av vinden som hopar sig på den vindriktade stranden.
Ljusis är en form av rutten is som utvecklas i kolumner vinkelrätt mot ytan av en sjö.
I luften
Rimfrost
Rimfrost är en typ av is som bildas på kalla föremål när vattendroppar kristalliserar på dem. Detta kan observeras i dimmigt väder, när temperaturen sjunker under natten. Mjuk rimfrost innehåller en hög andel fångad luft, vilket gör att den verkar vit snarare än genomskinlig och ger en densitet ungefär en fjärdedel av ren is. Hård rimfrost är relativt tät.
Ispellets
Ispellets är en form av nederbörd som består av små, genomskinliga isbollar. Denna form av nederbörd kallas också "sleet" av USA:s National Weather Service. (på brittisk engelska avser "sleet" en blandning av regn och snö.) Ispellets är vanligtvis mindre än hagelstenar. De studsar ofta när de träffar marken och fryser i allmänhet inte till en fast massa om de inte blandas med frysande regn. METAR-koden för ispellets är PL.
Det bildas ispellets när ett lager med frysluft är beläget mellan 1 500 och 3 000 meter över marken, med undfrysande luft både ovanför och under den. Detta orsakar partiell eller fullständig smältning av snöflingor som faller genom det varma skiktet. När de faller tillbaka i det frysande lagret närmare ytan fryser de till ispellets. Men om frysskiktet under det varma skiktet är för litet kommer nederbörden inte att ha tid att frysa igen, och frysregn kommer att bli resultatet vid ytan. En temperaturprofil som visar ett varmt lager ovanför marken finns troligtvis före en varm front under den kalla säsongen, men kan ibland hittas bakom en kall front.
Hagel
Liksom annan nederbörd bildas hagel i stormmoln när underkylda vattendroppar fryser vid kontakt med kondensationskärnor, som damm eller smuts. Stormens uppdatering blåser haglarna till den övre delen av molnet. Uppdateringen försvinner och haglarna faller ner, tillbaka till uppdateringen och lyfts upp igen. Hagel har en diameter på 5 millimeter eller mer.
Inom METAR-kod används GR för att indikera större hagel, med en diameter på minst 6,4 millimeter och GS för mindre. Stenar större än golfbollar är en av de mest rapporterade hagelstorlekarna. Hagelstenar kan bli upp till 15 centimeter och väga mer än 0,5 kg. Vid större hagel kan latent värme som frigörs genom ytterligare frysning smälta det yttre skalet på hagelstenen. Hagelstenen kan då genomgå "våt tillväxt", där det flytande yttre skalet samlar andra mindre hagelstenar. Hagelstenen får ett islager och blir allt större med varje stigning. När en hagelsten blir för tung för att stöds av stormens uppdatering, faller den från molnet.
Hagel bildas i starkt åskväder, särskilt de med intensiva uppdateringar, hög flytande vattenhalt, stor vertikal utsträckning, stora vattendroppar, och där en bra del av molnskiktet är under frysning med 0 °C.
Hagelproducerande moln kan ofta identifieras av deras gröna färg. Tillväxthastigheten maximeras vid ungefär -13 °C och blir försvinnande liten långt under -30 °C när underkylda vattendroppar blir sällsynta. Av detta skäl är hagel vanligast inom kontinentala interiörer på mellanlängderna, eftersom hagelbildningen är betydligt mer trolig när frysningsnivån är under höjden 3 400 m. Inhämtning av torr luft i starka åskväder över kontinenter kan öka hyllfrekvensen genom att främja avdunstningskylning som sänker frysningsnivån för åskväder moln ger hagel en större volym att växa i. Följaktligen är hagel faktiskt mindre vanligt i tropikerna trots en mycket högre frekvensen av åskväder än på mellanlängdgraderna eftersom atmosfären över tropikerna tenderar att vara varmare över ett mycket större djup. Hagel i tropikerna förekommer huvudsakligen vid högre höjder.
Snö
Snökristaller bildas när små underkylda molndroppar (cirka 10 mikrometer i diameter) fryser. Dessa droppar kan förbli flytande vid temperaturer lägre än −18 °C. För att frysa, behöver ett par molekyler i droppen samlas av en slump och bilda ett arrangemang som liknar det i en is gitter; då fryser droppen runt denna kärna. Experiment visar att denna homogena kärnbildning av molndroppar endast sker vid temperaturer lägre än –35 °C. I varmare moln måste en aerosolpartikel eller "iskärna" finnas i (eller i kontakt med) droppen för att fungera som en kärna. Förståelsen för vilka partiklar som gör effektiva iskärnor är dålig - vad man vet är att de är mycket sällsynta jämfört med de molnkondensationskärnor som vätskedroppar bildas på. Leror, ökendamm och biologiska partiklar kan vara effektiva, även om i vilken utsträckning är oklart. Konstgjorda kärnor används i molnsådd.
Diamantstoft
Så kallad "diamantstoft", även känt som isnålar eller iskristaller, bildas vid temperaturer som närmar sig −40 °C på grund av luft med något högre fukt från hög blandning med kallare, ytbaserad luft. METAR-identifieraren för diamantstoft inom internationella väderrapporter per timme är IC.
Friktion