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L’acqua giunge sulla Terra in tutti i suoi stati di aggregazione. Sotto gli 0 °C è ghiaccio, oltre i 100 °C diventa vapore, mentre nello stato intermedio è un liquido. L’elevata temperatura di fusione e di ebollizione è dovuta ai legami che si formano tra gli atomi di idrogeno per via della forma dipolare dell’acqua. Questi legami a idrogeno sono responsabili della tensione superficiale dell'acqua e della risalita dell'acqua lungo i tubi capillari, in opposizione alla forza di gravità.
L’acqua vanta anche altre caratteristiche speciali. Raggiunge il massimo del suo peso a 4 °C, quando le molecole sono più vicine. Quando congela, il ghiaccio diventa più leggero e quindi galleggia sulla superficie dell'acqua. Tuttavia, quando si dilata di nuovo, può causare la rottura di bottiglie, rocce e condotte dell’acqua. Il ghiaccio galleggiante è estremamente importante per la vita nei laghi e negli stagni, perché le acque di questi bacini idrici gelano dall’alto al basso, preservando gli spazi vitali che si trovano sotto la superficie ghiacciata.
L’acqua si riscalda molto più lentamente dell'aria e si raffredda anche meno velocemente. L’acqua è anche in grado di assorbire molto più calore rispetto, ad esempio, alle rocce. I laghi e mari sono quindi ottimi accumulatori termici, che contribuiscono a equilibrare le variazioni climatiche. Nelle loro vicinanze il clima è più mite rispetto alle zone comparabili e nell’acqua gli esseri viventi possono approfittare di fluttuazioni di temperatura giornaliere e stagionali meno marcate rispetto alla terraferma. Un altro esempio è rappresentato dalla corrente del golfo che, attraverso l'Atlantico, trasporta acqua calda dal Golfo del Messico fino all’Irlanda e alla Scandinavia.
Per i nostri sistemi di riscaldamento, anche noi esseri umani sfruttiamo la capacità termica dell'acqua. Dopo essere stata riscaldata nell’impianto centrale, l’acqua circola attraverso i caloriferi.