Jää

Jää on veden kiinteä olomuoto. Veden kiinteitä kidemuodon perusteella eroteltavia faaseja tunnetaan 17 erilaista, mutta yleensä jäällä tarkoitetaan luonnossa esiintyvää kiderakenteeltaan kuusikulmaista vettä. Myös lumi ja rakeet ovat jäätä. Normaalipaineessa vesi jäätyy 0 °C:n (273,15 K, 32 °F) lämpötilassa.  Suolaisuus alentaa veden jäätymispistettä: oikein suolainen merivesi saattaa jäätyä vasta −4 °C:ssa. Itämeren vähäsuolainen vesi jäätyy noin −0,3 °C:ssa. Sataessa vesi saattaa olla alijäähtynyttä eli alle 0 °C, mutta silti nestemäistä.
Valtaosa maapallon jäästä on jäätiköissä. Jääkaudella jäätiköt levittäytyvät laajoille alueille ja jättävät vetäydyttyään jälkeensä monenlaisia luonnonmuodostumia. Jäätiköt muodostuvat, kun lumi puristuu jääksi päälle satavan lumen painon vuoksi. Lumi muuttuu jääksi, kun sen sisältämät ilmahuokoset umpeutuvat ilmakupliksi: tällöin lumen tiheys on noin 0,83 kg/dm³. Jäätä on myös muilla taivaankappaleilla, kuten komeetoilla.
Ainoastaan vesi jäätyy ja muodostaa jäätä. Muut aineet jähmettyvät ja muodostavat kiinteitä olomuotoja. Siitä huolimatta arkikielessä jäällä voidaan viitata muihin aineisiin kuin veteen. Esimerkiksi hiilihappojäällä tehdään teatterinäytösten savuefektejä tai jäähdytetään ylikellotettavia tietokoneita.

Jään tiheys

Tavallisen heksagonaalisen jään tiheys on jään tilaa vievän kuusikulmaisen kiderakenteen vuoksi veden tiheyttä pienempi, joten se kelluu tiheämmän veden pinnalla. Samasta syystä veden tiheysmaksimi on makeassa vedessä poikkeuksellisesti jäätymispisteen yläpuolella +4 °C:ssa. Kun lämpötila laskee tämän alapuolelle, vesimolekyylit alkavat jo hakeutua kuusikulmaiseen muotoon, jolloin tiheys pienenee. Puhtaan jään tiheys on noin 0,9 kg/dm³. Koska vesi laajenee jäätyessään, jäätyminen aiheuttaa muun muassa kivien rapautumista. Veden jäätyessä jäälinsseiksi maaperässä tapahtuu routimista yleensä keväisin, kun jäälinssiä ympäröivä maaperä sulaa nopeammin.

Jään merkitys ihmisille

Suomessa järvet ja meri jäätyvät tavallisesti talvella, mistä on sekä hyötyä että haittaa ihmisille. Laivaliikennettä varten on käytettävä jäänmurtajia laivaväylien tekemiseen. Toisaalta etenkin saaristossa jää mahdollistaa nopeamman ja vaivattomamman liikkumisen jääteillä.
Jään paksuus ei välttämättä kerro jään kantavuutta. Keväällä jää on erilaista kuin syksyllä, ja virtauspaikoissa on jää usein ohuempaa kuin lähellä olevassa vähemmän virtaavassa paikassa. Veden suolapitoisuus vaikuttaa myös jään kantavuuteen.
Koska veden jäätymispiste riippuu sen suolaisuudesta, voidaan hyvin kylmässä (alle 0 °C) avomeressä ajelehtivilla jäävuorilla havaita ilmiö, jossa jäävuori jättää taakseen ohuen "jäävanan", pintaan juuri muodostuneen jääkerroksen. Tämä johtuu siitä, että jäävuori on muodostunut makeasta vedestä, joka jäätyy lähempänä nollaa astetta kuin merivesi. Näin ollen mereen joutunut jäävuoren massa pysyy jäänä eikä sula veteen kuten normaalisti.
On yleinenharhaluulo, että luistimien ja suksien luistavuus perustuu siihen, että niiden paine sulattaa niiden alla olevan jään muodostaen sen pinnalle liukkaan vesikalvon. Paineen sulattava vaikutus on kuitenkin pieni, joten uskottavampi teoria on, että jään pintakerroksen molekyylit eivät sitoudu kunnolla sisäosien kanssa vaan jäävät osittain nestemäiseen tilaan.
Jäät ovat erityisen heikkoja syksyllä ja kevättalvella. Syksyllä jää voi olla vaarallisen heikkoa keskellä järveä, vaikka se olisi turvallista lähellä rantaa. Keväällä aurinko sulattaa jäätä nopeasti, ja aamulla kantava jää voi pettää illalla. Keskitalvella vaarallisia ovat esimerkiksi salmissa, jokien suistoissa ja niemenkärjissä olevat virtauspaikat, joissa on avantoja.
Jää- ja lumipeite vähentävät ilmaston lämpenemistä, sillä ne heijastavat auringonsäteitä takaisin avaruuteen. Tämä on yksi syy, miksi tutkijat ovat huolestuneita ilmaston lämpenemisen seurauksena häviävistä jääpeitteistä.

Jää hyötykäytössä

Etelämantereella ja Grönlannissa olevista vanhoista jääkerroksista voidaan tutkia maapallon ilmaston muutoksia jopa kymmenien tuhansien vuosien takaa, koska lumi sulkee sisäänsä ilmakuplia puristuessaan jäätikköjääksi.
Jääkuutioita käytetään yleisesti virvoitus- tai alkoholijuomien seassa pitämään juoman nautiskeluajan kylmänä. Jäätä käytetään myös apuna urheiluvammojen ensihoidossa. Tekojää on luistinratojen pinnoitus, jonka päällä voidaan harjoittaa luistelulajeja.