Wissenschaftliche Definition von dünnem Meereis. Phasen von Eisphänomenen
Ungefähr −1,8 °C.
Eine Bewertung der Menge (Dichte) des Meereises erfolgt in Punkten – von 0 (klares Wasser) bis 10 (festes Eis).
Eigenschaften
Die wichtigsten Eigenschaften von Meereis sind Porosität und Salzgehalt, die seine Dichte bestimmen (von 0,85 bis 0,94 g/cm³). Aufgrund der geringen Eisdichte ragen Eisschollen um 1/7 – 1/10 ihrer Dicke über die Wasseroberfläche. Bei Temperaturen über −2,3 °C beginnt Meereis zu schmelzen. Im Vergleich zu Süßwasser lässt es sich schwerer in Stücke brechen und ist elastischer.
Salzgehalt
Dichte
Meereis ist ein komplexer physikalischer Körper, der aus frischen Eiskristallen, Sole, Luftblasen und verschiedenen Verunreinigungen besteht. Das Verhältnis der Komponenten hängt von den Bedingungen der Eisbildung und den nachfolgenden Eisprozessen ab und beeinflusst die durchschnittliche Eisdichte. Somit verringert das Vorhandensein von Luftblasen (Porosität) die Dichte des Eises erheblich. Der Salzgehalt des Eises hat weniger Einfluss auf die Dichte als die Porosität. Bei einem Eissalzgehalt von 2 ppm und null Porosität beträgt die Eisdichte 922 Kilogramm pro Kubikmeter, bei einer Porosität von 6 Prozent sinkt sie auf 867. Gleichzeitig steigt bei null Porosität der Salzgehalt von 2 auf 6 ppm führt lediglich zu einem Anstieg der Eisdichte von 922 auf 928 Kilogramm pro Kubikmeter.
Thermophysikalische Eigenschaften
Die Farbe des Meereises in großen Massiven variiert von weiß bis braun.
Weißes Eis besteht aus Schnee und weist viele Luftblasen oder Solezellen auf.
Junges Meereis hat oft eine körnige Struktur mit erheblichen Mengen an Luft und Sole Grün Farbe.
Oftmals ist dies bei mehrjährigen Eishügeln der Fall, aus denen Verunreinigungen herausgedrückt wurden, und bei jungem Eis, das bei Windstille gefroren ist hellblau oder blau Farbe. Auch Gletschereis und Eisberge sind blau. Im blauen Eis ist die nadelartige Struktur der Kristalle deutlich zu erkennen.
Braun oder gelbliches Eis ist Fluss- oder Küstenursprung, es enthält Beimischungen von Ton oder Huminsäuren.
Es gibt erste Eisarten (Eisschmalz, Eisbrei). dunkel grau Farbe, manchmal mit einer stählernen Tönung. Mit zunehmender Dicke des Eises wird seine Farbe heller und wird allmählich weiß. Beim Schmelzen werden dünne Eisstücke wieder grau.
Wenn das Eis eine große Menge mineralischer oder organischer Verunreinigungen (Plankton, Äolsuspensionen, Bakterien) enthält, kann es zu einer Farbveränderung kommen rot, rosa, gelb, bis zu Schwarz.
Aufgrund der Eigenschaft von Eis, langwellige Strahlung zurückzuhalten, kann es einen Treibhauseffekt erzeugen, der zu einer Erwärmung des darunter liegenden Wassers führt.
Mechanische Eigenschaften
Die mechanischen Eigenschaften von Eis bedeuten seine Fähigkeit, Verformungen zu widerstehen.
Typische Formen der Eisverformung: Zug, Druck, Scherung, Biegung. Es gibt drei Phasen der Eisverformung: die elastische, die elastisch-plastische und die Zerstörungsphase. Die Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften von Eis ist wichtig bei der Bestimmung des optimalen Kurses von Eisbrechern sowie beim Platzieren von Ladung auf Eisschollen, Polarstationen und bei der Berechnung der Festigkeit eines Schiffsrumpfs.
Bildungsbedingungen
Bei der Bildung von Meereis bilden sich zwischen völlig frischen Eiskristallen kleine Salzwassertropfen, die nach und nach nach unten fließen. Der Gefrierpunkt und die Temperatur der größten Dichte des Meerwassers hängen von seinem Salzgehalt ab. Meerwasser, dessen Salzgehalt unter 24,695 ppm liegt (das sogenannte Brackwasser), erreicht beim Abkühlen zunächst wie Süßwasser die höchste Dichte und erreicht bei weiterer Abkühlung und ohne Rühren schnell seinen Gefrierpunkt. Liegt der Salzgehalt des Wassers über 24,695 ppm (Salzwasser), kühlt es unter ständiger Dichtezunahme bei kontinuierlicher Durchmischung (Austausch zwischen der oberen kalten und der unteren wärmeren Wasserschicht) bis zum Gefrierpunkt ab, was keine Voraussetzungen dafür schafft schnelles Abkühlen und Gefrieren von Wasser, d. h. wenn unter den gleichen Wetterbedingungen salziges Meerwasser später gefriert als Brackwasser.
Klassifizierungen
Meereis auf seine Art Standort und Mobilität in drei Typen unterteilt:
- schwimmendes (treibendes) Eis,
Nach Stadien der Eisentwicklung Es gibt mehrere sogenannte anfängliche Eisarten (in der Reihenfolge der Entstehungszeit):
- Intra-Wasser (einschließlich Boden oder Anker), gebildet in einer bestimmten Tiefe und im Wasser befindliche Objekte unter Bedingungen turbulenter Wassermischung.
Weitere Eisarten zur Entstehungszeit - Nilas Eis:
- Nilas, gebildet auf einer ruhigen Meeresoberfläche aus Fett und Schnee (dunkle Nilas bis zu 5 cm dick, helle Nilas bis zu 10 cm dick) – eine dünne elastische Eiskruste, die sich auf Wasser oder Schwellungen leicht biegt und beim Zusammendrücken gezackte Schichten bildet;
- Flaschen, die in entsalztem Wasser in einem ruhigen Meer (hauptsächlich in Buchten, in der Nähe von Flussmündungen) gebildet werden – eine zerbrechliche, glänzende Eiskruste, die unter dem Einfluss von Wellen und Wind leicht bricht;
- Pfannkucheneis, das bei schwachen Wellen aus eisigem Fett, Schnee oder Schneematsch oder infolge eines Bruchs infolge von Wellen einer Flasche, Nilas oder sogenanntem jungem Eis entsteht. Es handelt sich um runde Eisplatten mit einem Durchmesser von 30 cm bis 3 m und einer Dicke von 10–15 cm, deren Kanten durch Reibung und Stöße von Eisschollen erhaben sind.
Das weitere Entwicklungsstadium der Eisbildung ist junges Eis, die in graues (10–15 cm dickes) und grauweißes (15–30 cm dickes) Eis unterteilt sind.
Als Meereis bezeichnet man Meereis, das sich aus jungem Eis entwickelt und nicht älter als einen Winter ist Eis im ersten Jahr. Dieses Erstjahreseis kann sein:
- dünnes Eis im ersten Jahr - weißes Eis mit einer Dicke von 30-70 cm,
- durchschnittliche Dicke - 70-120 cm,
- dickes Eis im ersten Jahr - mehr als 120 cm dick.
Wenn Meereis seit mindestens einem Jahr schmilzt, wird es als klassifiziert altes Eis. Altes Eis wird unterteilt in:
- Resteis des ersten Jahres – Eis, das im Sommer nicht geschmolzen ist und sich wieder im Gefrierstadium befindet,
- zwei Jahre alt - hielt mehr als ein Jahr (Dicke erreicht 2 m),
- mehrjähriges Eis mit einer Dicke von 3 m oder mehr, das das Abschmelzen mindestens zwei Jahre lang überstanden hat. Die Oberfläche dieses Eises ist mit zahlreichen Unregelmäßigkeiten und Hügeln bedeckt, die durch wiederholtes Schmelzen entstehen. Auch die Unterseite des mehrjährigen Eises ist sehr uneben und unterschiedlich geformt.
Die Dicke des mehrjährigen Eises in
Ungefähr −1,8 °C.
Eine Bewertung der Menge (Dichte) des Meereises erfolgt in Punkten – von 0 (klares Wasser) bis 10 (festes Eis).
Eigenschaften
Die wichtigsten Eigenschaften von Meereis sind Porosität und Salzgehalt, die seine Dichte bestimmen (von 0,85 bis 0,94 g/cm³). Aufgrund der geringen Eisdichte ragen Eisschollen um 1/7 – 1/10 ihrer Dicke über die Wasseroberfläche. Bei Temperaturen über −2,3 °C beginnt Meereis zu schmelzen. Im Vergleich zu Süßwasser lässt es sich schwerer in Stücke brechen und ist elastischer.
Salzgehalt
Dichte
Meereis ist ein komplexer physikalischer Körper, der aus frischen Eiskristallen, Sole, Luftblasen und verschiedenen Verunreinigungen besteht. Das Verhältnis der Komponenten hängt von den Bedingungen der Eisbildung und den nachfolgenden Eisprozessen ab und beeinflusst die durchschnittliche Eisdichte. Somit verringert das Vorhandensein von Luftblasen (Porosität) die Dichte des Eises erheblich. Der Salzgehalt des Eises hat weniger Einfluss auf die Dichte als die Porosität. Bei einem Eissalzgehalt von 2 ppm und null Porosität beträgt die Eisdichte 922 Kilogramm pro Kubikmeter, bei einer Porosität von 6 Prozent sinkt sie auf 867. Gleichzeitig steigt bei null Porosität der Salzgehalt von 2 auf 6 ppm führt lediglich zu einem Anstieg der Eisdichte von 922 auf 928 Kilogramm pro Kubikmeter.
Nilas (Vordergrund) in der Arktis
Thermophysikalische Eigenschaften
Die Farbe des Meereises in großen Massiven variiert von weiß bis braun.
Weißes Eis besteht aus Schnee und weist viele Luftblasen oder Solezellen auf.
Junges Meereis hat oft eine körnige Struktur mit erheblichen Mengen an Luft und Sole Grün Farbe.
Oftmals ist dies bei mehrjährigen Eishügeln der Fall, aus denen Verunreinigungen herausgedrückt wurden, und bei jungem Eis, das bei Windstille gefroren ist hellblau oder blau Farbe. Auch Gletschereis und Eisberge sind blau. Im blauen Eis ist die nadelartige Struktur der Kristalle deutlich zu erkennen.
Braun oder gelbliches Eis ist Fluss- oder Küstenursprung, es enthält Beimischungen von Ton oder Huminsäuren.
Es gibt erste Eisarten (Eisschmalz, Eisbrei). dunkel grau Farbe, manchmal mit einer stählernen Tönung. Mit zunehmender Dicke des Eises wird seine Farbe heller und wird allmählich weiß. Beim Schmelzen werden dünne Eisstücke wieder grau.
Wenn das Eis eine große Menge mineralischer oder organischer Verunreinigungen (Plankton, Äolsuspensionen, Bakterien) enthält, kann es zu einer Farbveränderung kommen rot, rosa, gelb, bis zu Schwarz.
Aufgrund der Eigenschaft von Eis, langwellige Strahlung zurückzuhalten, kann es einen Treibhauseffekt erzeugen, der zu einer Erwärmung des darunter liegenden Wassers führt.
Mechanische Eigenschaften
Die mechanischen Eigenschaften von Eis bedeuten seine Fähigkeit, Verformungen zu widerstehen.
Typische Formen der Eisverformung: Zug, Druck, Scherung, Biegung. Es gibt drei Phasen der Eisverformung: die elastische, die elastisch-plastische und die Zerstörungsphase. Die Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften von Eis ist wichtig bei der Bestimmung des optimalen Kurses von Eisbrechern sowie beim Platzieren von Ladung auf Eisschollen, Polarstationen und bei der Berechnung der Festigkeit eines Schiffsrumpfs.
Bildungsbedingungen
Bei der Bildung von Meereis bilden sich zwischen völlig frischen Eiskristallen kleine Salzwassertropfen, die nach und nach nach unten fließen. Der Gefrierpunkt und die Temperatur der größten Dichte des Meerwassers hängen von seinem Salzgehalt ab. Meerwasser, dessen Salzgehalt unter 24,695 ppm liegt (sogenanntes Brackwasser), erreicht beim Abkühlen zunächst wie Süßwasser die höchste Dichte und erreicht bei weiterer Abkühlung und ohne Rühren schnell seinen Gefrierpunkt. Liegt der Salzgehalt des Wassers über 24,695 ppm (Salzwasser), kühlt es bei kontinuierlicher Dichtezunahme bei kontinuierlicher Durchmischung (Austausch zwischen der oberen kalten und der unteren wärmeren Wasserschicht) bis zum Gefrierpunkt ab, was keine Voraussetzungen dafür schafft schnelles Abkühlen und Gefrieren von Wasser, d. h. wenn unter den gleichen Wetterbedingungen salziges Meerwasser später gefriert als Brackwasser.
Klassifizierungen
Meereis auf seine Art Standort und Mobilität in drei Typen unterteilt:
- schwimmendes (treibendes) Eis,
Prognose der Veränderungen der Eisdicke bis 2050
Nach Stadien der Eisentwicklung Es gibt mehrere sogenannte anfängliche Eisarten (in der Reihenfolge der Entstehungszeit):
- Intra-Wasser (einschließlich Boden oder Anker), gebildet in einer bestimmten Tiefe und im Wasser befindliche Objekte unter Bedingungen turbulenter Wassermischung.
Weitere Eisarten zur Entstehungszeit - Nilas Eis:
- Nilas, gebildet auf einer ruhigen Meeresoberfläche aus Fett und Schnee (dunkle Nilas bis zu 5 cm dick, helle Nilas bis zu 10 cm dick) – eine dünne elastische Eiskruste, die sich auf Wasser oder Schwellungen leicht biegt und beim Zusammendrücken gezackte Schichten bildet;
- Flaschen, die in entsalztem Wasser in einem ruhigen Meer (hauptsächlich in Buchten, in der Nähe von Flussmündungen) gebildet werden – eine zerbrechliche, glänzende Eiskruste, die unter dem Einfluss von Wellen und Wind leicht bricht;
- Pfannkucheneis, das bei schwachen Wellen aus eisigem Fett, Schnee oder Schneematsch oder infolge eines Bruchs infolge von Wellen einer Flasche, Nilas oder sogenanntem jungem Eis entsteht. Es handelt sich um runde Eisplatten mit einem Durchmesser von 30 cm bis 3 m und einer Dicke von 10–15 cm, deren Kanten durch Reibung und Stöße von Eisschollen erhaben sind.
Das weitere Entwicklungsstadium der Eisbildung ist junges Eis, die in graues (10–15 cm dickes) und grauweißes (15–30 cm dickes) Eis unterteilt sind.
Als Meereis bezeichnet man Meereis, das sich aus jungem Eis entwickelt und nicht älter als einen Winter ist Eis im ersten Jahr. Dieses Erstjahreseis kann sein:
- dünnes Eis im ersten Jahr - weißes Eis mit einer Dicke von 30-70 cm,
- durchschnittliche Dicke - 70-120 cm,
- dickes Eis im ersten Jahr - mehr als 120 cm dick.
Wenn Meereis seit mindestens einem Jahr schmilzt, wird es als klassifiziert altes Eis. Altes Eis wird unterteilt in:
- Resteis des ersten Jahres – Eis, das im Sommer nicht geschmolzen ist und sich wieder im Gefrierstadium befindet,
- zwei Jahre alt - hielt mehr als ein Jahr (Dicke erreicht 2 m),
- mehrjähriges Eis mit einer Dicke von 3 m oder mehr, das das Abschmelzen mindestens zwei Jahre lang überstanden hat. Die Oberfläche dieses Eises ist mit zahlreichen Unregelmäßigkeiten und Hügeln bedeckt, die durch wiederholtes Schmelzen entstehen. Auch die Unterseite des mehrjährigen Eises ist sehr uneben und unterschiedlich geformt.
Erforschung des Meereises am Nordpol
Die Dicke des mehrjährigen Eises im Arktischen Ozean erreicht in manchen Gebieten bis zu 4 m.
In den antarktischen Gewässern gibt es hauptsächlich einjähriges Eis mit einer Dicke von bis zu 1,5 m, das im Sommer verschwindet.
Wenn die Meeresoberfläche auf Gefrierpunkttemperatur abkühlt, erscheinen in der oberen Wasserschicht (einige Zentimeter dick) viele Scheiben oder Platten aus reinem Eis, sogenannter Schneematsch. . Die Dicke dieser Eisschollen ist sehr gering, die durchschnittliche Größe beträgt etwa 2,5 cm * 0,5 mm, und die Form kann äußerst vielfältig sein – von Quadraten (oder fast Quadraten) bis hin zu sechseckigen Formationen. Die optische Achse einer solchen Platte steht immer senkrecht zur Ebene ihrer Oberfläche. Diese elementaren Eiskristalle schwimmen auf der Wasseroberfläche und bilden das sogenannte Eisfett, das der Meeresoberfläche ein etwas öliges Aussehen verleiht. Bei ruhigem Wasser schwimmen die Platten in horizontaler Lage und liegen Mit- Die Achsen sind vertikal ausgerichtet. Durch Wind und Wellen kollidieren die Platten, drehen sich um und nehmen dadurch unterschiedliche Positionen ein; Durch das allmähliche Gefrieren bilden sie eine dauerhafte Eisdecke, in der einzelne Kristalle zufällig ausgerichtet sind. Im ersten Stadium der Entstehung ist junges Eis überraschend flexibel; Unter dem Einfluss von Wellen, die vom offenen Meer kommen oder durch ein fahrendes Schiff verursacht werden, biegt es sich, ohne zu brechen, und die Schwingungsamplitude der Eisoberfläche kann mehrere Zentimeter erreichen.
Wenn die Temperatur anschließend nicht ansteigt, übernehmen einzelne Platten die Rolle von Impfkristallen. Der Mechanismus dieses Prozesses ist noch nicht vollständig untersucht. Wie aus Abb. ersichtlich ist. 4, Eis besteht aus einzelnen Kristallen, von denen jeder rein individuelle Eigenschaften hat, zum Beispiel den Grad der Durchlässigkeit von polarisiertem Licht (derselbe für den gesamten gegebenen Kristall, „aber anders als andere“). In einigen Fällen wird eine Strukturzelle aus Eis eher als Korn denn als separater Kristall bezeichnet, da klar ist, dass sie eine komplexe Unterstruktur aufweist und aus vielen parallelen Platten besteht. Der Zusammenhang zwischen diesem Unterbau und dem oben erwähnten Primärschlamm liegt auf der Hand. Es besteht kein Zweifel, dass ein Teil des Korns aus gefrorenen Schlammplatten entsteht, die dann als separate Kristallschichten erhalten bleiben. Offenbar gibt es jedoch einen anderen Prozess, da in einigen Fällen Kristalle auf der Unterseite einer ziemlich dicken Eisdecke zu wachsen beginnen und auch eine plattenartige Struktur haben. Was auch immer der Mechanismus der Kristallbildung ist, sie alle – sowohl im Meereis als auch im Süßwasser – bestehen aus einer großen Anzahl von Platten, die genau parallel zueinander liegen. Die optische Achse des Kristalls steht senkrecht zu diesen Platten.
Interessante Ergebnisse liefert die Untersuchung der Verteilung von Kristallen entsprechend der Ausrichtung ihrer optischen Achsen in Abhängigkeit von der Tiefe ihres Vorkommens in der Eisdicke. Die Ausrichtung kann durch zwei Winkel charakterisiert werden – den Polarwinkel, der der Winkel dazwischen ist c-Achse sowohl vertikal als auch azimutal, d.h. ein Winkel, der aus einer beliebigen Richtung gemessen wird, beispielsweise von der Nord-Süd-Linie. Die Größen der Azimutwinkel gehorchen normalerweise keinem Gesetz; Seltene Ausnahmen von dieser Regel können durch ungewöhnliche Gezeitenphänomene verursacht werden. Polarwinkel weisen ein bestimmtes Muster auf. Wie oben erwähnt, ist die Ausrichtung der Kristalle in der Nähe der Eisoberfläche sehr unterschiedlich, da sie vom Einfluss des Windes während der Eisbildung abhängt. Aber je tiefer man in das Eis vordringt, desto größer werden die Polarwinkel, und zwar in einer Tiefe von etwa 20° cm Die optischen Achsen fast aller Kristalle sind horizontal ausgerichtet. Eine Laborstudie zum Gefrieren von destilliertem Wasser (Perey und Pounder, 1958) lieferte unter der Voraussetzung, dass es nur aus einer Richtung gekühlt wurde und sich das Wasser in einem ruhigen Zustand befand, die in der Tabelle aufgeführten Ergebnisse. Horizontalschnitte wurden von der Eisoberfläche und aus den Tiefen 5 und 13 angefertigt cm. Jeder Abschnitt wurde mit einem Universalpolariskop untersucht. Gleichzeitig wurde das Verhältnis der Flächen (in Prozent) bestimmt, die von Kristallen mit gleicher – innerhalb von 10-Grad-Intervallen – Orientierung der optischen Achsen eingenommen werden.
Ausrichtung von Kristallen in Eisschilden (Pounder, 1967)
Eine ähnliche Situation ist bei natürlichem Meereis zu beobachten, das ein bestimmtes „Alter“ erreicht hat. Ausnahmen gibt es in Fällen, in denen es während des Wachstums der Eisdecke zu Bewegungen kommt, die zu einer Kompression und einem Bruch des Eises führen. So besteht der Großteil des Meereises, das seit einem Jahr oder länger existiert, aus Kristallen, deren optische Achsen horizontal gerichtet und im Azimut chaotisch ausgerichtet sind. Die Länge (vertikale Höhe) solcher Kristalle erreicht 1 M und mehr, mit einem Durchmesser von 1 bis 5 cm. Die Gründe für das Vorherrschen von Kristallen mit horizontaler optischer Achse im Eis helfen uns, Abb. zu verstehen. 4. Da ein Eiskristall eine Hauptsymmetrieachse hat, kann er hauptsächlich in zwei Richtungen wachsen. Eismoleküle heften sich entweder in Ebenen (des Kristalls) senkrecht dazu an das Kristallgitter c-Achse und Basalebenen genannt , oder in Richtung der c-Achse, was wiederum zu einer Vergrößerung der Fläche der Basalebenen führt. Basierend auf den Gesetzen der Thermodynamik können wir zu dem Schluss kommen, dass die erste Art des Kristallwachstums intensiver sein sollte als die zweite, was durch Experimente bestätigt wird.
Reis. 5 Das vorherrschende Kristallwachstum mit geneigten optischen Achsen führt zum allmählichen Verschwinden eines Kristalls mit vertikaler Achse Mit-Achse. (Pounder, 1967)
Ice-Schnittstelle -Wasser
Die Untersuchung der Unterseite des wachsenden Meereises hilft zu verstehen, wie Wasser gefriert. 1-2 cm tiefer legen Eisschichten bestehen aus Platten aus reinem (frischem) Eis mit dazwischen liegenden Schichten aus Sole. Die Platten, aus denen ein separater Kristall besteht, sind parallel zueinander und normalerweise vertikal angeordnet. Dies ist die sogenannte Skelettschicht (oder Rahmenschicht). Die mechanische Festigkeit dieser Schicht ist meist äußerst gering. Bei weiterem Gefrieren verdicken sich die Platten etwas, es bilden sich Eisbrücken zwischen ihnen und es bildet sich nach und nach festes Eis, in dem die Sole in Form von Tropfen oder Zellen zwischen den Platten enthalten ist. Eine Abnahme der Eistemperatur führt zu einer Verringerung der Größe der mit Sole gefüllten Zellen, die im Querschnitt die Form langer vertikaler Zylinder mit nahezu mikroskopischen Abmessungen annehmen. Solche Zellen finden sich in Abb. 4 in Form von Reihen schwarzer Punkte, die entlang der Linien zwischen den Platten angeordnet sind. An den Grenzen zwischen den Kristallen gibt es auch eine gewisse Anzahl von Solezellen, der Großteil der Sole befindet sich jedoch in den einzelnen Körnern. In Abb. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse einer statistischen Untersuchung der Dicke der Platten in einer Probe einjährigen Meereises. Es ist zu erkennen, dass die Platten eine gleichmäßige Dicke aufweisen, die im Durchschnitt im Bereich von 0,5–0,6 liegt mm. Der Durchmesser der solehaltigen Nester beträgt üblicherweise etwa 0,05 mm mm.
Reis. 6
Über die Länge solcher Nester liegen noch keine ausreichenden Daten vor; Es ist lediglich bekannt, dass er in weitaus größeren Grenzen als dem Durchmesser schwankt. Wir können ungefähr davon ausgehen, dass die Länge der Nester etwa 3 beträgt cm.
Wir sehen also, dass Meereis in den meisten Fällen aus makroskopischen Kristallen mit einer komplexen inneren Struktur besteht – es enthält Platten aus reinem Eis und eine große Anzahl von Zellen, die Sole enthalten. Darüber hinaus enthält Eis normalerweise viele kleine kugelförmige Luftblasen, die aus in Wasser gelöster Luft entstehen und beim Gefriervorgang freigesetzt werden. Der Anteil der flüssigen Sole am Meereisvolumen ist ein äußerst wichtiger Parameter, der als Solegehalt bezeichnet wird v (Abb. 6). Sie kann durch Kenntnis des Salzgehalts, der Temperatur und der Dichte des Meereises berechnet werden. Basierend auf der Kenntnis der Phasenbeziehungen von Salzlösungen, die im Meerwasser bei niedrigen Temperaturen enthalten sind, berechnete (Assur, 1958) v für die Werte des Salzgehalts und der Eistemperatur, die auf dem Globus vorkommen. Die von Assur erzielten Ergebnisse berücksichtigen nicht das Vorhandensein von Luftblasen im Eis, aber deren Auswirkung auf den Wert von v kann experimentell bestimmt werden, indem die Dichte einer Meereisprobe mit der Dichte von Süßwassereis verglichen wird bei gleicher Temperatur. (Pounder, 1967)
Reis. 7 Solewanderung entlang eines Temperaturgradienten (Pounder, 1967)
Meereis ist Eis, das im Meer (Ozean) entsteht, wenn Wasser gefriert. Da Meerwasser salzig ist, gefriert Wasser mit einem Salzgehalt, der dem durchschnittlichen Salzgehalt der Weltmeere entspricht, bei einer Temperatur von etwa 1,8 °C.
Die wichtigsten Eigenschaften von Meereis sind Porosität und Salzgehalt, die seine Dichte bestimmen (von 0,85 bis 0,94 g/cm³). Aufgrund der geringen Eisdichte ragen Eisschollen um 1/7 – 1/10 ihrer Dicke über die Wasseroberfläche. Das Schmelzen des Meereises beginnt bei Temperaturen über ?2,3 °C. Im Vergleich zu Süßwasser lässt es sich schwerer in Stücke brechen und ist elastischer.
Der Salzgehalt des Meereises hängt vom Salzgehalt des Wassers, der Geschwindigkeit der Eisbildung, der Intensität der Wassermischung und seinem Alter ab. Im Durchschnitt ist der Salzgehalt des Eises viermal niedriger als der Salzgehalt des Wassers, aus dem es entstanden ist, und liegt zwischen 0 und 15 ‰ (durchschnittlich 3-8 ‰).
Meereis ist ein komplexer physikalischer Körper, der aus frischen Eiskristallen, Sole, Luftblasen und verschiedenen Verunreinigungen besteht. Das Verhältnis der Komponenten hängt von den Bedingungen der Eisbildung und den nachfolgenden Eisprozessen ab und beeinflusst die durchschnittliche Eisdichte. Somit verringert das Vorhandensein von Luftblasen (Porosität) die Dichte des Eises erheblich. Der Salzgehalt des Eises hat weniger Einfluss auf die Dichte als die Porosität. Bei einem Eissalzgehalt von 2 ‰ und null Porosität beträgt die Eisdichte 922 kg/m³, bei einer Porosität von 6 % sinkt sie auf 867. Gleichzeitig steigt bei null Porosität der Salzgehalt von 2 auf 6 ‰ führt lediglich zu einem Anstieg der Eisdichte von 922 auf 928 kg/mi.
Je nach Mobilitätsgrad wird Meereis in stationäres und driftendes Meereis unterteilt. Die Hauptform von festem Eis ist Festeis, das durch natürliches Gefrieren von Wasser oder durch das Anfrieren von Treibeis jeglicher Altersklasse am Ufer entstehen kann. Zum festen Eis gehören auch Stamukhas – hügelige Formationen, die im seichten Wasser oder in Ufernähe auf dem Boden sitzen. Alle anderen Arten von Meereis werden als Treibeis bezeichnet, das sich unter dem Einfluss von Wind und Strömungen bewegt. Aufgrund der Heterogenität der Wind- und Strömungsfelder, der Unterschiede in der Dicke und Struktur der Eisfelder und der komplexen Interaktion mit den Ufern erfolgt die Drift von Eisfeldern, Eisschollen und Eisstücken ungleichmäßig. Dies führt zu Kollisionen, Verformungen und Brüchen.
Treibeis wird aufgrund seiner Konzentration in einzelne Eisschollen, dünnes Eis, kompaktes Eis, sehr kompaktes Eis und kontinuierliches Eis unterteilt. Die Bewegung von verdichtetem Eis geht mit Verformungen einher, darunter Bewegungen und Verschiebungen von Eisfeldern und Eisschollen relativ zueinander, Rotation der Eisschollen sowie der Bildung von Hügeln, Rissen und Rissen. Durch Bewegungen und Verformungen wird das Eis auf der Meeresoberfläche neu verteilt, seine Konzentration verändert sich und die Struktur und Morphologie der Eisdecke verändert sich.
Nachdem sich das Eis auf 9-10 Punkte verfestigt hat und die Kräfte, die es verursacht haben, weiter wirken, beginnt die Kompression, bei der es zu Schichtung und Hügelbildung des Eises kommt. Der Prozess des Hummockings besteht darin, die Eisdecke aufzubrechen, die Bruchstücke anschließend in eine vertikale Position zu kippen, die Kanten der Eisschollen zu zerdrücken, die Eisschollen übereinander zu schieben und Eiskämme und Grate aufzutürmen. Durch die relative Bewegung der Eisfelder bilden sich lange, gerade Hügelkämme aus fein zerkleinertem Eis. Hügelkämme mit Streikschlupf-Ursprung sind charakteristisch für Gebiete, in denen erhebliche Unterschiede in den Driftgeschwindigkeiten beobachtet werden. An der Grenze von Festeis zu bewegtem Eis können je nach Driftrichtung Risse oder Lücken entstehen oder es können sich Scherwälle aus Hügeln oder Kompressionshügeln bilden. Bei geringen Meerestiefen und intensiver Hügelbildung kann die Basis der Hügel bis zum Boden reichen. Solche Hügel pflügen Furchen am Boden.
Abhängig von den Gründen, die die Vorwärtsbewegung des Eises verursachen, werden verschiedene Arten der Drift unterschieden: Winddrift entsteht unter dem Einfluss von Wind. Diese Drift hält auch nach Windstillstand noch einige Zeit an, da das Treibeis die oberen Wasserschichten in seine Bewegung einbezieht. Die Geschwindigkeit der Winddrift des Meereises liegt bei etwa 1:50 Windgeschwindigkeit. Die Driftrichtung stimmt normalerweise nicht mit der Windrichtung überein. In den arktischen Meeren weicht die Driftrichtung unter dem Einfluss der Corioliskräfte in einem Winkel von 28° nach rechts von der Windrichtung ab, in den antarktischen Meeren dagegen in die entgegengesetzte Richtung. In vielen Meeren, zum Beispiel im Weißen Meer, im Barentssee, im Beringmeer, im Ochotskischen Meer und anderen, spielt die Gezeiteneisdrift, verursacht durch Strömungen bei Flut und Ebbe, eine wichtige Rolle.
Die Driftrichtung wird stark von der Nähe der Küste, dem Vorhandensein von Inseln und Untiefen sowie der Bodentopographie beeinflusst. Durch den gleichzeitigen Einfluss vieler Faktoren verläuft die Eisdrift oft ungleichmäßig, einzelne Eismassen und -ansammlungen können in unterschiedliche Richtungen und mit unterschiedlicher Geschwindigkeit driften. Die Grenzen zwischen ihnen werden Driftwasser genannt, die durch das Vorhandensein von Streifen aus zerriebenem Eis und Hügelgürteln gekennzeichnet sind.
Je nach Eisentwicklungsstadium werden mehrere sogenannte Anfangseisarten unterschieden (in der Reihenfolge des Entstehungszeitpunkts):
Eisnadeln,
Eisschmalz,
Intra-Wasser (einschließlich Boden oder Anker), gebildet in einer bestimmten Tiefe und im Wasser befindliche Objekte unter Bedingungen turbulenter Wassermischung. Weitere Eisarten zur Entstehungszeit sind Nilas-Eis:
Nilas, gebildet auf einer ruhigen Meeresoberfläche aus Fett und Schnee (dunkle Nilas bis zu 5 cm dick, helle Nilas bis zu 10 cm dick) – eine dünne elastische Eiskruste, die sich auf Wasser oder Schwellungen leicht biegt und beim Zusammendrücken gezackte Schichten bildet;
Flaschen, die in entsalztem Wasser in einem ruhigen Meer (hauptsächlich in Buchten, in der Nähe von Flussmündungen) gebildet werden – eine zerbrechliche, glänzende Eiskruste, die unter dem Einfluss von Wellen und Wind leicht bricht;
Pfannkucheneis, das bei schwachen Wellen aus eisigem Fett, Schnee oder Schneematsch oder infolge eines Bruchs infolge von Wellen einer Flasche, Nilas oder sogenanntem jungem Eis entsteht. Es handelt sich um runde Eisplatten mit einem Durchmesser von 30 cm bis 3 m und einer Dicke von 10 bis 15 cm, deren Ränder durch Reibung und Stöße von Eisschollen erhaben sind. Das weitere Entwicklungsstadium der Eisbildung ist junges Eis, das in graues (10 – 15 cm dickes) und grauweißes (15 – 30 cm dickes) Eis unterteilt wird. Meereis, das sich aus jungem Eis entwickelt und nicht älter als einen Winter ist, wird Erstjahreseis genannt. Dieses Erstjahreseis kann sein:
dünnes Eis im ersten Jahr - weißes Eis mit einer Dicke von 30 - 70 cm,
durchschnittliche Dicke - 70 - 120 cm,
dickes Erstjahreis – mehr als 120 cm dick. Wenn Meereis seit mindestens einem Jahr schmilzt, wird es als Alteis klassifiziert. Altes Eis wird unterteilt in:
Resteis des ersten Jahres – Eis, das im Sommer nicht geschmolzen ist und sich wieder im Gefrierstadium befindet,
zweijährig – länger als ein Jahr haltbar (Dicke erreicht 2 m),
mehrjähriges Eis mit einer Dicke von 3 m oder mehr, das das Abschmelzen mindestens zwei Jahre lang überstanden hat. Die Oberfläche dieses Eises ist mit zahlreichen Unregelmäßigkeiten und Hügeln bedeckt, die durch wiederholtes Schmelzen entstehen. Auch die Unterseite des mehrjährigen Eises ist sehr uneben und unterschiedlich geformt.
Verteilung von Meereis.
Die Meereisfläche variiert saisonal zwischen 9 und 18 Millionen km² auf der Nordhalbkugel und zwischen 5 und 20 Millionen km² auf der Südhalbkugel. Die maximale Entwicklung der Eisdecke auf der Nordhalbkugel wird im Februar-März und in der Antarktis im September-Oktober beobachtet. Im Allgemeinen bedeckt das Meereis auf dem Globus unter Berücksichtigung saisonaler Schwankungen 26,3 Millionen km² mit einer durchschnittlichen Deckdicke von etwa 1,5 m. Meereis bildet sich in allen Meeren des Arktischen Ozeans. Im Winter bilden sie sich auch im Bering-, Ochotskischen, Asowschen, Aral- und Weißen Meer, im Finnischen, Bottnischen und Rigaer Meerbusen der Ostsee, in den nördlichen Teilen des Japanischen und Kaspischen Meeres und zeitweise an der Nordwestküste von das schwarze Meer.
In der Arktis gibt es sechs Abstufungen von einjährigem und mehrjährigem Eis, die sich in Dicke und Zeit ihrer Existenz unterscheiden. Einjähriges Eis wird als dünn bezeichnet, wenn seine Dicke 30 bis 70 cm beträgt, mittlere Dicke beträgt 70 bis 120 cm und dick ist mehr als 120 cm. Zweijähriges Eis hat eine Dicke von 180 bis 280 cm, drei- und vierjähriges Eis. Jahreseis - 240–280 cm. Die Dicke des mehrjährigen Eises erreicht 280–360 cm. Während der Zeit der maximalen Entwicklung der Eisbedeckung im Arktischen Ozean bedeckt mehrjähriges Eis 28 % der Gesamtfläche, zweijährlich Eis – 25 %, Erstjahres- und Jungeis – 47 %.
Auf der Südhalbkugel entwickelt sich die Eisdecke von April bis September konzentrisch um die Antarktis. Mehrjähriges Eis gibt es dort praktisch nicht und zweijähriges Eis bedeckt weniger als 25 % der Fläche maximaler Eisentwicklung.
Gletscheraufzeichnung
Schnee, der auf einen Gletscher fällt, liegt in einer Schicht auf seiner Oberfläche, und Winterablagerungen unterscheiden sich in ihrer Struktur stark von Sommerablagerungen. Jedes Jahr begräbt eine neue Schneeschicht die letztjährige Schicht und so weiter über Zehntausende und Hunderttausende von Jahren. Der Gletscher wächst, die Urschichten werden immer tiefer und die gesamte Eismasse wird in Jahresschichten unterteilt, ähnlich den Jahresringen von Bäumen. So werden die Gletscheraufzeichnungen geschrieben, aber um sie lesen zu können, muss man zumindest lernen, das Alter jeder Gletscherschicht zu bestimmen.
Im oberen Teil des Gletschers, der erst „vor kurzem“ – in den letzten paar tausend Jahren – entstanden ist, lässt sich das Alter der Schicht ohne große Schwierigkeiten bestimmen. Dazu zählt man einfach die Jahresschichten, bestehend aus Winter- und Sommereinlagen. Mit zunehmender Tiefe wird dies immer schwieriger, da das Eis langsam fließt. Daher werden bei der Altersbestimmung antiker Schichten spezielle Berechnungen verwendet, die diese Bewegung berücksichtigen.
Gletscher zeichnen viel detailliertere Informationen über vergangene Epochen auf als Baumringe. Sie können Wissenschaftlern sagen, wie das Klima, die Lufttemperatur und die Atmosphäre auf unserem Planeten vor nicht 10 bis 20, sondern vor 200 bis 300.000 Jahren herrschten. Sogar Informationen über die Winde, die in jenen fernen Epochen wehten, bleiben im Gedächtnis der Gletscher. Wie werden all diese reichhaltigen Informationen im Eis gespeichert? Es ist bekannt, dass Wasser aus zwei chemischen Elementen besteht – Wasserstoff und Sauerstoff. Aber Sauerstoff und Wasserstoff sind unterschiedlich – „leicht“ und „schwer“. Gewöhnliches Wasser entsteht aus den sogenannten leichten Isotopen, schweres Wasser aus schweren Isotopen. Unter den vielen Molekülen gewöhnlichen Wassers finden sich immer mehrere Moleküle schweren Wassers – in der Natur sind sie in der Regel untrennbar miteinander verbunden. Tatsache ist jedoch, dass der Gehalt an schwerem Wasser im Eis von der Temperatur abhängt, bei der es gebildet wurde. Je höher die Temperatur, desto mehr schwere Wassermoleküle befinden sich im Eis. Daher kann man durch die Messung der Menge an schwerem Wasser im Eis ziemlich genau herausfinden, wie hoch die Temperatur zum Zeitpunkt seiner Bildung war. Neben Wasser wird auch atmosphärischer Staub, der sich vor vielen tausend Jahren auf der Eisoberfläche ablagerte, in der Dicke des Gletschers gespeichert. Durch die Analyse können Sie herausfinden, womit die Luft in jenen Epochen verschmutzt war, woher sie durch den Wind gebracht wurde, ob es damals größere Vulkanausbrüche gab und vieles mehr.
Noch interessantere Aufzeichnungen aus der Eiszeit betreffen die Zusammensetzung der antiken Atmosphäre. Das Problem der Luftverschmutzung ist eines der drängenden Probleme der modernen Menschheit. Und wie sehr sich die Atmosphäre verschlechtert hat, lässt sich nur herausfinden, wenn man ihre moderne Zusammensetzung mit derjenigen vergleicht, die sie lange vor dem Aufkommen von Mensch und Industrie hatte. Wo findet man antike Luft?
In Gletschern. Nachdem der Schnee an die Oberfläche gefallen ist, verwandelt er sich zunächst in Firn – lockeres, körniges Eis mit viel Luft.
Wenn sich Firn verdichtet und gefriert, bildet sich Eis, und die darin enthaltenen Luftblasen werden fest in der Gletschermasse eingeschlossen. Nachdem Wissenschaftler diese winzigen Bläschen der alten Luft isoliert haben, führen sie eine chemische Analyse durch und bestimmen, wie viel Kohlendioxid, Sauerstoff, Methan und viele andere atmosphärische Gase darin enthalten waren.
Das Wichtigste und Interessanteste ist, dass alle in den Gletscheraufzeichnungen aufgezeichneten Informationen Schritt für Schritt und Jahr für Jahr gelesen werden können, indem jede jährliche Eisschicht einzeln und der Reihe nach analysiert wird. Von oben nach unten können Sie verfolgen, wie sich Temperatur, Verschmutzung und Zusammensetzung der Erdatmosphäre allmählich veränderten und wie die klimatischen Bedingungen auf der Erde über Hunderttausende von Jahren schwankten. Um das herauszufinden, ist es notwendig, tausend Meter dicke Gletscher zu durchbohren, Eisproben aus unterschiedlichen Tiefen zu entnehmen und diese dann in wissenschaftlichen Laboren zu analysieren.
Das erste Loch im Eis wurde 1841 in den Alpen gebohrt, und ein halbes Jahrhundert später erreichten bereits mehrere Alpenlöcher den Gletscherboden. Heutzutage ist das Bohren von Gletschern zu einer alltäglichen Aktivität für Forscher geworden. Die Tiefe einiger Brunnen in Grönland und der Antarktis überstieg 2 km.
Das Bohren von Eis ist aufgrund seiner Plastizität sehr schwierig: Sobald Sie den Bohrer entfernen, schließen sich die Wände des Lochs schnell. Daher muss der Brunnen mit einer nicht gefrierenden Flüssigkeit gefüllt sein, die die gleiche Dichte wie Eis hat. Üblicherweise wird beim Bohren entweder ein elektromechanisches oder ein elektrothermisches Verfahren eingesetzt, bei dem das Eis durch eine erhitzte Bohrkrone geschmolzen wird.
Eine beim Bohren aus dem Gletscher entfernte Eissäule wird als „Kern“ bezeichnet. Es wird sorgfältig in spezielle Kühllabore gebracht, wo es mit modernsten Analysemethoden eingehend untersucht wird.
Die bisher interessantesten Ergebnisse stammen aus Bohrungen an der Polarstation Wostok in der Antarktis, die in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts begannen. Die Wostok-Station liegt im zentralen Teil der Ostantarktis auf einer Höhe von 3490 m. Die durchschnittliche Jahrestemperatur beträgt hier -56,6 °C, der Schnee fällt etwas mehr als 2 cm pro Jahr an. Die Dicke des Gletschers auf 3500 m enthält Eis über Hunderttausende von Jahren abgelagert.
Meereis wird klassifiziert:
nach Herkunft,
nach Formen und Größen,
je nach Beschaffenheit der Eisoberfläche (flach, hügelig),
nach Alter (Entwicklungs- und Zerstörungsstadium),
nach Navigationskriterien (Eispassierbarkeit durch Schiffe),
nach dynamischen Eigenschaften (festes und schwimmendes Eis).
Nach Herkunft Eis wird in Meer-, Fluss- und Gletschereis unterteilt.
Marine Eis entsteht aus Meerwasser und hat eine grünliche oder weißliche (bei Vorhandensein von Luftblasen oder Schnee) Färbung.
Frisches Wasser Eis wird im Frühjahr und Sommer aus Flüssen getragen und weist aufgrund von Schwebstoffeinschlüssen eine gräuliche oder bräunliche Färbung auf.
Gletscher Eis (kontinentalen Ursprungs) entsteht durch das Kalben von Gletschern, die ins Meer absteigen - Eisberge, treibende Eisinseln.
Nach Aussehen und Form Eis ist unterteilt in:
Eisnadeln, an der Oberfläche oder in der Wassersäule gebildet,
Eisschmalz– Ansammlung gefrorener Eisnadeln in Form von Flecken oder einer dünnen Schicht gräulicher Bleifarbe,
Schneeflocke– eine zähflüssige, breiige Masse, die sich bei starkem Schneefall auf gekühltem Wasser bildet,
Schlamm– Ansammlung von Eis-, Schnee- und Grundeisbrocken,
Nilas– dünne elastische Eiskruste bis zu 10 cm Dicke,
Flasche– dünnes, transparentes Eis mit einer Dicke von bis zu 5 cm, das aus Eiskristallen oder Fett in ruhiger See gebildet wird,
Pfannkucheneis– Eis, meist rund, mit einem Durchmesser von 30 cm bis 3 m und einer Dicke von bis zu 10 cm.
Dem Alter entsprechend Eis passiert:
jung Eis ist 15-30 cm dick, hat eine graue oder grauweiße Tönung,
jährlich Eis – Eis, das nicht länger als einen Winter existiert und eine Dicke von 30 cm bis 2 m hat.
zwei Jahre– Eis, das bis zum Ende des zweiten Winters eine Dicke von mehr als 2 m erreichte,
mehrjährig Packeis ist Eis, das seit mehr als 2 Jahren existiert, mehr als 3 m dick ist und eine blaue Farbe hat.
Per Navigationsfunktion Die Eisdurchlässigkeit wird auf einer 10-Punkte-Skala bewertet Zusammenhalt Eis. Die Eiskonzentration (Dicke) ist das Verhältnis der Fläche der Eisschollen und der Wasserräume zwischen ihnen in einem bestimmten Gebiet. Die Praxis der Eisnavigation hat gezeigt, dass eine unabhängige Navigation eines gewöhnlichen Seeschiffs möglich ist, wenn die Konzentration des Treibeises 5-6 Punkte beträgt.
Nach dynamischen Eigenschaften Eis wird in festes und schwimmendes Eis unterteilt.
Eis behoben existieren in der Form schnelles Eis vor der Küste. Die Dicke des dauerhaften Festeises vor der Küste Grönlands beträgt mehr als 3 m, vor der Küste der Antarktis sind es Dutzende oder sogar Hunderte Meter. Die Dicke des einjährigen Festeises im Arktischen Ozean beträgt etwa 2–3 m, die Breite beträgt bis zu 500 km (Laptewsee).
schwebend Eis entsteht entweder durch Gefrieren von Treibeis oder durch Abbrechen von Festeis.
Der Begriff bezeichnet jede Art von schwimmendem Meereis treibendes Eis.
Die Größen von Treibeis sind unterschiedlich: Bei einer Größe von mehr als 500 m Durchmesser werden sie gerufen eisigFelder, für Größen 100…500m - EisfragmenteFelder, mit Größen 200...100m - großes Eis, für Größen unter 20 m - , zerstoßenes Eis.
Die Bewegung des Eises erfolgt unter dem Einfluss von Wind oder Strömungen, unter deren Einfluss es seine Kompaktheit verändert. Wenn der Wind auflandig weht, nimmt die Konzentration des Treibeises zu; wenn der Wind vom Ufer weht, wird das Eis dünner. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt, wird das Eis dünner, und wenn die Geschwindigkeit abnimmt, sammelt sich das Eis an. Die Ansammlung (Kompression) von Eis erfolgt während des Wechsels der Gezeitenströmungen und dauert 1-2 Stunden, danach wird eine Ausdünnung des Eises beobachtet. Steigt der Wasserspiegel, wird das Eis dünner, sinkt es, verfestigt es sich.
Gletscher Eis - Eisberge(Eisberge) bilden sich in Gebieten des Arktischen Ozeans und vor der Küste der Antarktis. Strömungen tragen sie in die gemäßigten Breiten beider Hemisphären. Eisberge erreichen manchmal enorme Größen. Im Jahr 1854, im Bereich von 44°S. 28° W. Es wurde ein 120 km langer und 90 m hoher Eisberg angetroffen. Nur ein Zehntel des Eisbergs ragt aus dem Wasser.