Sabiendo que hay división de opiniones entre los aficionados a los estanques sobre la posible estratificación del agua a temperaturas muy bajas, he decidido a hacer un pequeño trabajo de investigación sobre el tema.
La metodología elegida es la más clásica, siguiendo las fases del método científico señaladas en todos los libros: Observación, planteamiento del problema, emisión de hipótesis, comprobación de las hipótesis (experimentación), conclusiones y, por fin, divulgación o publicación que es lo que estoy haciendo.

1.- Observación

A las 9 de la mañana del 22 de diciembre de 2005 la temperatura exterior en la zona donde tengo los estanques en Miraflores de la Sierra (Madrid) era de -7ºC. Viento en calma y todavía no había llegado el sol a la zona. Cada estanque o depósito estaba en estado distinto, unos totalmente helados, otros cubiertos o tenían una lámina muy fina de hielo o ninguna.

La observación y los datos están basados en los siguientes estanques:

Estanque 1 (el pilón).- Está resguardado por la casa, orientado al sur, cubierto por chapas de fibra de vidrio translúcido, tiene 60 cm de profundidad y se encuentra unos 40 cm sobre el nivel del suelo. Dentro tiene algunos kois pequeños, de unos 30 cm, el agua se encuentra limpia con el fondo también bastante limpio con una ligera capa de algas verdes no filamentosas recubriendo las paredes.
Durante la toma de datos, a pesar de que estaba cubierto por la lámina de fibra tenía una finísima capa de hielo de 1-2 mm.

Estanque 2 (de kois grandes).- Está cubierto por planchas de corcho blanco de 4 cm de grosor, con suficiente espacio entre ellas para que se produzca intercambio de gases (o eso creía) y con un hueco en el centro cubierto por una lámina translúcida para que ilumine el interior. Su orientación es al norte aunque la casa le protege de los vientos fríos, no recibe sol de forma significativa durante el invierno. Tiene unos 15 kois de entre 40 y 60 cm y, a pesar de que nunca están quietos, se mueven con lentitud. Comen muy poco y sólo del fondo.Consola VTT tomando datos en el estanque

Estanque 3 (en construcción).- El nuevo estanque está en construcción, es una especie de piscina de entre 1,40 y 2,00 de profundidad, elevado del nivel del suelo unos 70 cm. Tenía aproximadamente 60 cm de agua, no tiene ningún pez ya que todavía el agua no está acondicionada para ellos. Está en una zona bastante abierta, recibe tanto los rayos del sol como los vientos fríos del norte.
Tenía en el tiempo de la experimentación una media de 3-4 cm de hielo.

Estanque 4 (prefabricado).- es un pequeño estanque de PVC negro, con forma arriñonada de los que venden en los grandes viveros. Tiene aproximadamente 1 m2 de superficie y una profundidad máxima de 60 cm. Se encuentra totalmente bajo el nivel del suelo, enterrado en él. En el interior hay bastantes plantas, restos de hojas del otoño, quizá algún pequeño pez (medada) en el fondo y anfibios escondidos entre el fango del fondo. No tiene ningún tipo de cubierta y se encuentra orientado al sur.
Presentaba una capa de hielo de algo mas de 1cm.

Estanque 5 (vortex).- En realidad es el filtro mecánico del estanque de los kois grandes. Es un recipiente de fibra de vidrio de forma cilíndrica apuntada en la base, de 1m de diámetro y 1m de altura total. Aproximadamente tiene unos 600 l de agua. A pesar de estar bajo rasante el exterior del recipiente está en contacto con el aire y, momentáneamente estaba sin tapar. Durante el invierno no recibe sol en todo el día. Tenía una capa de hielo de unos 4cm

2.- ¿Planteamiento del problema?

¿Será verdad lo que dice la física referente al hecho de que la densidad máxima del agua es a 4ºC y que el hielo se funde o congela a 0ºC?.
¿Habrá estratificación en las temperaturas del agua en estas pequeñas profundidades?
¿Influirá la presencia de kois en la posible estratificación de la temperatura del agua?

3.- Hipótesis:Gráfica de temperatura en la consola VTT

  • A la pregunta: Será verdad lo que dice la física referente al hecho de que la densidad máxima del agua es a 4ºC y que el hielo se funde a 0ºC?.
    1.- Si
    2.- No
  • A la pregunta: ¿Habrá estratificación en las temperaturas del agua en estas pequeñas profundidades?1.- No hay estratificación. Todo el estanque está a la misma temperatura
    2.- Si hay estratificación.
  • A la pregunta: ¿Influirá la presencia de kois en la temperatura del agua?
    1.- Si, los kois hacen que no haya estratificación
    2.- No, da igual que haya kois o no.

4.- Comprobación de las hipótesis, experimentación:

Evidentemente la experimentación consiste en tomar datos de la temperatura del agua en los diferentes estanques observados y a diferentes profundidades. Para que los datos tomados no tengan un error en el aparato de medida hemos dispuesto de los siguientes aparatos:

Consola VTT de la casa francesa JEULIN http://www.jeulin.fr/sites/jeulin/produits/4/471001.aspx
Sensor de temperatura con sonda de 1m.
http://www.jeulin.fr/sites/jeulin/catalogue/mesures/phmetres/703408.aspx está en la página 5.
Sofware necesario para conexión a ordenador (no se necesitó por el bajo número de datos)
Dos termómetros de mercurio de gran calidad de ENOSA. Tienen gran exactitud y se usan normalmente en estaciones meteorológicas para medir la diferencia de temperatura entre un bulbo seco y uno húmedo (determinación de la humedad relativa del aire).
Al comprobar que los datos en los tres eran absolutamente iguales usé por su comodidad la sonda tanto, sobre todo en profundidades superiores a 20cm.

Los datos fueron recogidos entre las 9 y las 11 de la mañana, después de romper el hielo en los lugares en que fue preciso. Se repitieron las mediciones varias veces hasta estar absolutamente seguro de que el dato era fiable.

 

Estanque 1
Pilón
1mm hielo

Estanque 2
Kois grandes
Sin hielo

Estanque 3
Construcción
4 cm hielo

Estanque 4
Prefabricado
1,5 cm hielo

Estanque 5
Vortex
4cm hielo

Superficie

0,2

2,8

0,0

0,0

0,0

A 10 cm

2,9

2,8

2,5

2,8

0,0

A 20 cm

3,2

2,9

3,1

4,0

1,0

A 60 cm

3,5

2,9

4,0

4,0

1,5

Discusión de los datos:Curva de densidad del agua

1.- En el estanque 1 (pilón) al ser la capa de hielo finísima se rompía con la propia sonda termométrica. Se observa que la temperatura en la superficie no bajaba a 0ºC aunque se quedaba cerca. A pocos cm debajo ya era de 2,9. pero no llegó en el fondo a 4ºC

2.- Curiosa e inesperadamente en el estanque de kois casi no había diferencia entre la superficie y el fondo. En algunas mediciones daba exactamente igual, 2,8 ºC. Esta toma de datos la he repetido tres días consecutivos y ocurría lo mismo.

3.- En el estanque en construcción, con el agua totalmente parada una semana se cumple exactamente lo que dice en los libros, siendo la estratificación muy rápida. A poco mas de 20 cm ya había una temperatura de 4ºC

4.- En el estanque prefabricado ocurre prácticamente lo mismo, hay una estratificación clara cuando la superficie está helada, con el fondo está a 4ºC

5.- Por fin en el vortex, a pesar de su gran profundidad, en ningún momento la temperatura del agua supera 1,5 ºC. Parece claro que el agua pierde calor por los laterales del recipiente.

5.- Conclusiones:

1.- Si el agua está a diferentes temperaturas, la temperatura mayor (hasta 4ºC) se sitúa en la parte inferior, estando a 0ºC el agua en la que se está fundiendo el hielo en la superficie.
2.- Hay estratificación clara en pequeñas profundidades, en unos 20 cm hay una diferencia de casi cuatro grados.
3.- Parece ser que la presencia de kois en movimiento, removiendo el agua con sus aletas hace que la temperatura del agua se homogenice y rompan ellos mismos la estratificación. Podríamos pensar que "si se estuvieran quietos estarían mas calentitos". No obstante se impone repetir la experiencia dejando que se hiele la superficie del estanque de kois …seguiremos