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Lesson 1.4Weird Water Events

Phase ChangeLesson Guides

Lesson 1.4

© The Regents of the University of California

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© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved. Permission granted to photocopy for classroom use.

Phase Change—Lesson 1.4—Activities 2–3

Reading Weird Water Events

1. Select one of the four articles to read and annotate.

• “Flash Floods in Slot Canyons”

• “Glacier Caves of Iceland”

• “Frozen Niagara Falls”

• “Old Faithful Geyser”

2. Choose and mark annotations to discuss with your partner. Once you have discussed these annotations, mark them as discussed.

3. Now, choose and mark a question or connection, either one you already discussed or a different one you still want to discuss with the class.

4. Answer the reflection question below.

Rate how successful you were at using Active Reading skills by responding to the following statement:

As I read, I paid attention to my own understanding and recorded my thoughts and questions.

Never

Almost never

Sometimes

Frequently/often

All the time

Active Reading Guidelines

1. Think carefully about what you read. Pay attention to your own understanding.

2. As you read, annotate the text to make a record of your thinking. Highlight challenging words and add notes to record questions and make connections to your own experience.

3. Examine all visual representations carefully. Consider how they go together with the text.

4. After you read, discuss what you have read with others to help you better understand the text.

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Weird Water Events C1

Water is amazing stuff, and it does some amazing things: It flows, it sparkles like diamonds, and it seems to appear and disappear like magic. These are all large-scale observations of water’s appearance that we can make with the human eye. We can also think about water, and all substances, on another scale that we cannot usually see: the molecular scale. Molecules are too tiny to see, but they are very important. Water is made of molecules, and so is almost everything else on Earth. The appearance of water is determined by the way the water molecules are moving.

You might think of water as a liquid, but water can actually exist in three different phases: liquid water, solid ice, and a gas called water vapor. No matter what phase water is in, the water is still made of the same molecules; they just move differently.

In the solid phase (known as ice), water molecules are tightly packed and can move only in place. In the liquid phase, water molecules have greater freedom of movement. They’re able to move around and flow from one place to another. However, they still stick together, which is why liquid water forms little beads on a car windshield when it rains.

In the gas phase (known as water vapor), water molecules move around a lot—and they don’t stay right next to each other at all. Water vapor doesn’t stay where you put it! To learn more about some of the unusual ways water behaves in its different phases, choose one of the chapters that follow.

Weird Water EventsChapter 1Weird Water

Water can take three different forms: liquid water, a gas called water vapor, and solid ice.

molecular scale: gas

The gas form of water is called water vapor. In water vapor, water molecules are free to move around--and even fly apart.

molecular scale: solid

In solid ice, water molecules are locked together and can only move in place.

molecular scale: liquid

In liquid water, water molecules can move and flow around each other.

large-scale appearance


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Imagine hiking in Antelope Canyon, a very tall, narrow slot canyon in the Arizona desert. The walls of Antelope Canyon are steep and curving and made of deep red rock. The canyon looks as if it was carved by a flowing river, but the floor of the canyon is bone-dry. What formed Antelope Canyon? If you’re very unlucky, you might find out firsthand. The canyon was formed by flash floods.

Even in the desert, there is water vapor in the air—molecules of water in the gas phase. These molecules have a lot of freedom of movement and can move apart from each other, so water

Chapter 2Flash Floods in Slot Canyons

Slot canyons like this one are carved by flash floods.

Deserts may be dry, but certain conditions can lead them to have flash floods.


Even dry desert air contains some water vapor.


When water vapor in the air is forced high into the sky, where temperatures are cooler, it changes phase into a liquid and forms droplets that make up clouds. Those droplets may come together and form rain drops.


C4 Weird Water Events

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movement that they can flow and move together. Liquid water also flows into any cracks in the ground. As the water flows through the cracks, it washes away bits of rock, making the cracks wider and wider. Over millions of years, one flash flood after another widens the crack more and more, and digs it deeper and deeper, carving a slot canyon.

Flash floods happen quickly. Inside slot canyons, flash floods are especially dangerous: they can quickly fill the whole canyon with water, drowning anyone caught inside.

vapor is invisible. Even though you can’t see it, the water vapor is still there. When conditions are right, hot air forces this water vapor upward, high above the desert floor, where temperatures are cooler. As the water vapor cools, it changes phase and condenses into droplets of liquid water. These droplets gather to form huge storm clouds. Soon, big drops of rain fall on the dry desert. The hard, dry desert ground can’t absorb all the water, so the water flows quickly across the desert floor, becoming a flash flood.

Rainwater flows across the ground because the rainwater is liquid. In the liquid phase, water molecules have enough freedom of

During a flash flood, water rushes through a canyon.


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it’s the behavior of the water molecules that makes these wonders possible. In the ice walls of the cave, the water molecules have very little freedom of movement. Since the molecules of water are held in place, the ice is rigid and

In a country named Iceland, you might expect to find glaciers—huge sheets of ice that may be thousands of feet thick and stretch for miles. Iceland does have glaciers—lots of them—but this country is also known for its fiery volcanoes. These volcanoes often erupt, sending out hot lava and ash. Hot volcanic rock lies very close to the surface in Iceland.

The combination of glaciers and hot rock creates some of Iceland’s most spectacular features: glacier caves. Iceland’s glacier caves form when ice at the bottom of a glacier comes into contact with volcanically heated rock below. The heat of the rock causes some of the ice to melt into liquid water and flow downhill, creating tunnels under the glacier.

The cave walls and the water flowing through the center are all made of water molecules, and

Streams of liquid water flow underneath glacier caves, heated by the rock below.

Iceland is known for its volcanoes as well as its glaciers.

Chapter 3 Glacier Caves of Iceland


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keeps its shape. These hard, shiny walls of ice sparkle in the light from visitors’ flashlights.

In spots where this ice meets hot rock, the ice changes phase. As the solid ice melts into liquid water, its molecules gain more freedom to move around. The molecules of liquid water become free to slide around each other. Because of what’s happening on the molecular level, the liquid water is able to flow, forming streams and cutting tunnels through the ice.


The molecules in liquid water can move around each other, allowing liquid water to form streams and flow from one place to another.


In solid ice, the molecules are locked together and can only move in place. This gives ice its rigid shape and allows it to form solid shapes, like giant ice caves.

Ice caves form when the ice in glaciers is heated by volcanic rocks underneath. Some of the ice changes phase into liquid water and flows away, leaving a cave.



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weather causes a phase change. Niagara Falls freezes—not completely, but large parts of it. The spectacle of the partially frozen falls is thanks to the behavior of water molecules. When it gets cold enough, the water changes phase from liquid to solid. The molecules lose some of their freedom of movement, becoming stuck in place. They still move back and forth a little, but they can’t move around each other. Because of what’s happening on the molecular scale, the flowing liquid freezes into solid ice. It forms huge icicles, ice columns, and a shelf of ice at the base of the falls.

The frozen falls may look like sculpted rock, but they are still made up of water molecules. As warmer weather arrives, the ice melts into liquid water and the falls flow freely again.

More than 283,900 liters (75,000 gallons) of water flow over Niagara Falls every second. A gallon of water is made up of trillions and trillions of molecules, so that’s an unimaginable number of water molecules flowing over the falls! It’s the molecules’ freedom of movement that makes this spectacle possible. The water in the falls is liquid, so the molecules are free to move around each other and flow. However, they don’t fly apart the way molecules of a gas do. Because of this, all that water stays in the river channel and falls down to fill the basin at the bottom of the falls.

Niagara Falls lies on the border between the U.S. and Canada. That far north, winters are often extremely cold. The cold

For the water in Niagara Falls to freeze, the weather must be very cold.

Chapter 4 Frozen Niagara Falls


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About 283,900 liters (75,000 gallons) of liquid water flow over Niagara Falls every second.


In liquid water, the molecules can move around each other and flow over the falls.


In solid ice, water molecules are locked together and can only move in place.

During cold winters, Niagara Falls partially freezes.



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water still trickling down from the surface. In geysers like Old Faithful, the cracks in the rock have narrow sections that partially block the gas and water from escaping, trapping them in the cracks. The expanding gas forces the liquid water up and out through the narrow spaces in the cracks, bursting to the surface and shooting into the air until the underground space is empty. Then the liquid water flows back down through the cracks, refilling the underground container and beginning to heat up, restarting the cycle. Once the water heats up enough to change phase, Old Faithful will erupt again.

Old Faithful is a famous geyser—a natural feature that shoots streams of water high into the air. In each eruption, thousands of gallons of water spray more than 100 feet high. A few minutes later, the fountain stops...only to start again, faithfully, about 90 minutes later. Why does Old Faithful do this? The answer has to do with the behavior of water molecules.

Old Faithful lies in Yellowstone National Park, an area where an ancient volcano still heats up rock close to the surface. This hot rock heats up water that trickles down through cracks. The water is able to trickle because of the behavior of its molecules. Molecules in liquid water are free to move around each other and flow down into a container—in this case, underground spaces made by cracks in the rock.

Inside its rock container, the water becomes extremely hot, causing some of the water at the bottom to change phase. The liquid water changes into a gas called water vapor. The molecules in a gas have more freedom of movement than molecules in a liquid. Molecules in gas are free to move away from each other, so gas can expand to fill its container. As the gas expands to fill the cracks, it meets liquid

Chapter 5 Old Faithful Geyser

Old Faithful erupts when liquid water is forced out of the ground by heated water vapor below.


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Old Faithful erupts out of the ground every 90 minutes.



Pushed up by the expanding gas

below, liquid water flows upward

and out of the geyser. The liquid is

able to flow because its molecules

have the freedom to move around

one another.


Deep in underground cracks,

liquid water is heated by volcanic

rock and changes phase to

become gas. Molecules in a gas

can move apart from one another.

Because of this, the gas can

expand to fill the space. It pushes

up on the liquid water above it.

Geysers erupt when water vapor (a gas) pushes liquid water up and out of the ground.

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Cambio de fase—Lección 1.4—Actividades 2–3

Leer Extraños eventos del agua

1. Selecciona uno de los cuatro artículos para leer y tomar apuntes.

• “Inundaciones repentinas en cañones de ranura”

• “Cuevas glaciares de Islandia”

• “Cataratas congeladas del Niágara”

• “Géiser Old Faithful”

2. Escoge y marca apuntes para discutir con tu compañero/a. Una vez que hayas discutido estos apuntes, marca que los discutieron.

3. Ahora, escoge y marca una pregunta o conexión, ya sea una que ya discutiste o una diferente que todavía quieres discutir con la clase.

4. Contesta la pregunta de reflexión debajo.

Evalúa qué tan exitoso/a fuiste en usar las habilidades de Lectura Activa respondiendo a la siguiente declaración:

Al leer, yo presté atención a mi propia comprensión y apunté mis pensamientos y preguntas.

Nunca

Casi nunca

A veces

Frecuentemente/a menudo

Todo el tiempo

Pautas de la Lectura Activa

1. Piensa cuidadosamente sobre lo que lees. Presta atención a tu propia comprensión.

2. Mientras lees, añade apuntes al texto para tener un registro de tus ideas. Destaca las palabras difíciles, y agrega notas para apuntar tus preguntas y hacer conexiones con tu propia experiencia.

3. Examina cuidadosamente todas las representaciones visuales. Considera cómo se relacionan con el texto.

4. Después de leer, discute lo que leíste con otros/as estudiantes para ayudarte a comprender mejor el texto.

© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved.

Extraños eventos del agua C1

El agua es algo increíble, y hace algunas cosas increíbles: Corre, resplandece como diamantes y parece aparecer y desaparecer como por acto de magia. Estas son todas observaciones a escala grande que podemos hacer a simple vista acerca de la apariencia del agua. También podemos pensar acerca del agua, y de todas las sustancias, a otra escala que usualmente no podemos ver: la escala molecular. Las moléculas son demasiado pequeñas como para ver, pero son muy importantes. El agua está hecha de moléculas, así como casi todo lo demás en la Tierra. La apariencia del agua es determinada por la manera en que las moléculas de agua se mueven.

Tal vez pienses que el agua es un líquido, pero en realidad el agua puede existir en tres fases diferentes: agua líquida, hielo sólido y un gas llamado vapor de agua. Independiente de la fase en la que se encuentre el agua, las moléculas de agua permanecen iguales; solo se mueven de manera diferente.

En la fase sólida (conocida como hielo), las moléculas de agua se encuentran comprimidas y pueden solo moverse en su sitio. En la fase líquida, las moléculas de agua tienen mayor libertad de movimiento. Pueden moverse de un lado para otro y fluir de un lugar a otro. Sin embargo, igual se mantienen juntas. Es por esto que el agua líquida forma pequeñas gotas en el parabrisas de un auto cuando llueve.

En la fase de gas (conocida como vapor de agua), las moléculas de agua se mueven bastante de un lado a otro, y no permanecen una al lado de otra en absoluto.

¡El vapor de agua no se queda donde lo pusiste! Para aprender más acerca de algunas inusuales maneras en las que se comporta el agua en sus diferentes fases, escoge uno de los siguientes capítulos.

Extraños eventos del aguaCapítulo 1Agua extraña

El agua puede adoptar tres formas diferentes: agua líquida, un gas llamado vapor de agua, y hielo sólido.

escala molecular: gas

El agua en forma de gas se llama vapor de agua. En el vapor de agua, las moléculas de agua están libres para moverse de un lado a otro, e incluso para separarse volando.

escala molecular: sólido

En el hielo sólido, las moléculas de agua están entrelazadas y pueden moverse solo en su sitio.

escala molecular: líquido

En agua líquida, las moléculas de agua pueden moverse y fluir unas alrededor de otras.

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Imagina que estás caminando en el cañón del Antílope, un cañón de ranura muy alto y estrecho en el desierto de Arizona. Las paredes del cañón del Antílope son escarpadas y ondeadas y hechas de roca de un color rojo profundo. El cañón pareciera haber sido esculpido por el caudal de un río, pero el suelo del cañón está totalmente seco. ¿Qué formó el cañón del Antílope? Si tienes muy mala suerte, puede que lo averigues en carne propia. El cañón fue formado por inundaciones repentinas.

Capítulo 2Inundaciones repentinas en cañones de ranura

Los cañones de ranura como este son esculpidos por inundaciones repentinas.

Los desiertos pueden ser secos, pero ciertas condiciones pueden llevarlos a tener inundaciones repentinas.


Incluso el aire seco del desierto contiene un poco de vapor de agua.


Cuando el vapor de agua en el aire es forzado hacia lo alto del cielo, donde las temperaturas son más frías, cambia de fase a líquido y forma gotitas que componen las nubes. Esas gotitas pueden unirse para formar gotas de lluvia.


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C4 Extraños eventos del agua

El agua de lluvia corre por el suelo ya que el agua de lluvia es líquida. En la fase líquida, las moléculas de agua tienen suficiente libertad de movimiento como para poder fluir y moverse juntas. El agua líquida también corre por grietas en el suelo. A medida que el agua fluye a través de las grietas, se lleva consigo pedazos de roca, ensanchando más y más las grietas. A lo largo de millones de años, una inundación repentina tras otra ensancha la grieta más y más y excava más y más profundo, esculpiendo un cañón de ranura.

Las inundaciones repentinas suceden rápidamente. Dentro de cañones de ranura, las inundaciones repentinas son particularmente peligrosas. Pueden llenar el cañón entero con agua, ahogando a cualquier individuo atrapado ahí dentro.

Incluso en el desierto, hay vapor de agua en el aire: moléculas de agua en fase de gas. Estas moléculas tienen mucha libertad de movimiento y pueden alejarse unas de otras, así que el vapor de agua es invisible. Aunque no puedes verlo, el vapor de agua todavía está ahí. Cuando las condiciones son óptimas, aire caliente forza este vapor de agua hacia arriba, alto sobre el suelo del desierto, donde las temperaturas son más frías. A medida que el vapor de agua se enfría, cambia de fase y se condensa en gotitas de agua líquida. Estas gotitas se juntan para formar inmensas nubes de tormenta. Pronto, grandes gotas de lluvia caen sobre el seco desierto. El duro y seco suelo del desierto no puede absorber toda el agua, así que el agua fluye rápido por el terreno del desierto, transformándose en una inundación repentina.

Durante una inundación repentina, pasa un torrente de agua a través de un cañón.

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agua, y es el comportamiento de las moléculas de agua lo que hace que estas maravillas sean posibles. En las paredes de hielo de la cueva, las moléculas de agua tienen muy poca libertad de movimiento. Ya que las moléculas de agua están sostenidas en su sitio, el hielo es rígido y mantiene su forma. Estas duras y brillantes

En Islandia, puedes encontrar muchos glaciares: grandes láminas de hielo que pueden tener miles de pies de grosor y extenderse por millas. Pero este país también es conocido por sus feroces volcanes. Estos volcanes hacen erupción con frecuencia, despidiendo lava ardiente y ceniza. Roca volcánica caliente yace muy cerca de la superficie en Islandia.

La combinación de glaciares y roca caliente crea algunas de las características más espectaculares de Islandia: las cuevas glaciares. Las cuevas glaciares de Islandia se forman cuando hielo al fondo de un glaciar tiene contacto con roca calentada de manera volcánica desde abajo. El calor de la roca causa que un poco del hielo se derrita en agua líquida y fluya colina abajo, creando túneles debajo del glaciar.

Las paredes de la cueva y el agua que fluye a través del centro están hechas de moléculas de

Arroyos de agua líquida corren bajo las cuevas glaciares, calentados por la roca debajo.

Islandia es conocida tanto por sus volcanes como su glaciares.

Capítulo 3 Cuevas glaciares de Islandia

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paredes de hielo resplandecen en la luz de las linternas de los/as visitantes.

En sitios donde este hielo se encuentra con roca caliente, el hielo cambia de fase. Al derretirse el hielo sólido en agua líquida, sus moléculas ganan mayor libertad para moverse de un lado a otro. Las moléculas de agua líquida tienen mayor libertad para deslizarse unas alrededor de otras. Debido a lo que sucede a nivel molecular, el agua líquida puede fluir y así formar arroyos y cortar túneles a través del hielo.


En agua líquida, las moléculas de agua pueden moverse y fluir unas alrededor de otras, permitiendo que el agua líquida forme arroyos y fluya de un lugar a otro.


En el hielo sólido, las moléculas están entrelazadas y pueden moverse solo en su sitio. Esto le da al hielo su forma rígida y le permite formar figuras sólidas, como cuevas de hielo gigantes.

Las cuevas de hielo se forman cuando el hielo en los glaciares es calentado por rocas volcánicas debajo. Un poco del hielo cambia de fase a agua líquida y fluye, dejando una cueva.


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se congelan, no completamente, pero en gran parte. El espectáculo de las cataratas parcialmente congeladas se da gracias al comportamiento de las moléculas de agua. Cuando hace frío suficiente, el agua cambia de fase de líquido a sólido. Las moléculas pierden un poco de su libertad de movimiento, y se quedan atrapadas en su sitio. Aún pueden moverse un poco de un lado para otro, pero no pueden moverse unas alrededor de otras. Debido a lo que sucede a escala molecular, el líquido que corre se congela en hielo sólido. Forma enormes carámbanos, columnas de hielo, y una plataforma de hielo en la base de las cataratas.

Las cataratas congeladas pueden parecer roca esculpida, pero están hechas de moléculas de agua. Cuando llega el tiempo más cálido, el hielo se derrite y se hace agua líquida. Las cataratas fluyen libremente otra vez.

Más de 283,900 litros (75,000 galones) de agua fluyen por las Cataratas del Niágara a cada segundo. Un galón de agua está compuesto por trillones y trillones de moléculas, ¡por lo que es un número inimaginable de moléculas de agua corriendo por las cataratas! Es la libertad de movimiento de las moléculas lo que hace que este espectáculo sea posible. El agua en las cataratas está líquida, por lo tanto las moléculas se encuentran libres para moverse unas alrededor de otras y fluir. No obstante, no se separan volando como las moléculas de un gas. Debido a esto, toda esa agua permanece en el caudal del río y cae para llenar la cuenca al pie de las cataratas.

Las Cataratas del Niágara se encuentran en la frontera de los Estados Unidos y Canadá. A ese extremo norte, los inviernos son a menudo extremadamente fríos. El tiempo frío causa un cambio de fase. Las Cataratas del Niágara

Para que el agua se congele en las Cataratas del Niágara, el tiempo tiene que estar muy frío.

Capítulo 4Cataratas congeladas del Niágara

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Alrededor de 283,900 litros (75,000 galones) de agua líquida fluyen por las Cataratas del Niágara a cada segundo.


En agua líquida, las moléculas pueden moverse unas alrededor de otras y fluir por las cataratas.


En el hielo sólido, las moléculas de agua están entrelazadas y pueden moverse solo en su sitio.

Durante los fríos inviernos, las Cataratas del Niágara se congelan parcialmente.


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líquida todavía goteando hacia abajo desde la superficie. En géiseres como Old Faithful, las grietas en la roca tienen secciones estrechas que bloquean parcialmente el gas y el agua para que no escapen, atrapándolos en las grietas. El gas que se expande forza el agua líquida hacia arriba y afuera a través de los espacios estrechos en las grietas, estallando a la superficie y disparando al aire hasta que el espacio subterráneo esté vacío. Luego el agua líquida fluye de vuelta hacia abajo a través de las grietas, rellenando el contenedor subterráneo y comenzando a calentarse, recomenzando el ciclo. Una vez que el agua se calienta lo suficiente como para cambiar de fase, Old Faithful hará erupción de nuevo.

Old Faithful es un famoso géiser: un elemento natural que dispara chorros de agua a lo alto del aire. En cada erupción, miles de galones de agua son rociados a más de 100 pies de alto. Algunos minutos más tarde, la fuente se detiene… para comenzar de nuevo, religiosamente, alrededor de 90 minutos después. ¿Por qué hace esto Old Faithful? La respuesta tiene que ver con el comportamiento de las moléculas de agua.

Old Faithful se encuentra en el Parque Nacional Yellowstone, un área donde un antiguo volcán todavía calienta la roca cerca de la superficie. Esta roca de alta temperatura calienta el agua que gotea a través de las grietas. El agua puede gotear debido al comportamiento de sus moléculas. Las moléculas en el agua líquida tienen libertad para moverse unas alrededor de otras y fluir hacia abajo a un contenedor, en este caso, espacios subterráneos hechos por grietas en la roca.

Dentro de su contenedor de roca, el agua se pone extremadamente caliente, causando que un poco del agua al fondo cambie de fase. El agua líquida cambia a un gas llamado vapor de agua. Las moléculas en un gas tienen mayor libertad de movimiento que las moléculas en un líquido. Las moléculas en gas tienen la libertad de alejarse unas de otras, así que el gas se puede expandir para llenar el espacio de su contenedor. Cuando el gas se expande para llenar las grietas, se encuentra con agua

Capítulo 5 Géiser Old Faithful

Old Faithful hace erupción cuando el agua líquida es forzada afuera del suelo por el vapor de agua calentado debajo.

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Old Faithful hace erupción cada 90 minutos.



Empujada hacia arriba por el gas

que se expande debajo, el agua

líquida fluye hacia arriba y afuera

del géiser. El líquido puede fluir

porque sus moléculas tienen

la libertad de moverse unas

alrededor de otras.


En la profundidad de grietas

subterráneas, el agua líquida es

calentada por roca volcánica y

cambia de fase para convertirse en

gas. Las moléculas en un gas pueden

alejarse unas de otras. Por eso, el

gas se puede expandir para llenar el

espacio. Empuja el agua líquida de

encima del gas hacia arriba.

Los géiseres hacen erupción cuando el vapor de agua (un gas) empuja el agua líquida hacia arriba y afuera del suelo.

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