Научное определение тонкий морской лед. Фазы ледовых явлений
Около −1,8 °C.
Оценка количества (густоты) морского льда даётся в баллах - от 0 (чистая вода) до 10 (сплошной лёд).
Свойства
Важнейшие свойства морского льда - пористость и солёность, определяющие его плотность (от 0,85 до 0,94 г/см³). Из-за малой плотности льда льдины возвышаются над поверхностью воды на 1 / 7 - 1 / 10 их толщины. Таяние морского льда начинается при температуре выше −2,3 °C. По сравнению с пресноводным он труднее поддаётся раздроблению на части и более эластичен .
Солёность
Плотность
Морской лёд является сложным физическим телом, состоящим из кристаллов пресного льда, рассола, пузырьков воздуха и различных примесей. Соотношение составляющих зависит от условий льдообразования и последующих ледовых процессов и влияет на среднюю плотность льда. Так, наличие пузырьков воздуха (пористость ) значительно уменьшает плотность льда. Солёность льда оказывает на плотность меньшее воздействие, чем пористость. При солёности льда 2 промилле и нулевой пористости плотность льда составляет 922 килограмма на кубический метр , а при пористости 6 процентов понижается до 867. В то же время при нулевой пористости увеличение солёности с 2 до 6 промилле приводит к увеличению плотности льда только с 922 до 928 килограммов на кубический метр .
Теплофизические свойства
Оттенки цвета морского льда в больших массивах варьируют от белого до коричневого.
Белый лёд образуется из снега и имеет много пузырьков воздуха или ячеек с рассолом.
Молодой морской лёд зернистой структуры со значительным количеством воздуха и рассола часто имеет зелёный цвет.
Многолетние торосистые льды, из которых выдавлены примеси, и молодые льды, которые замерзали в спокойных условиях, часто имеют голубой или синий цвет. Голубым также бывает глетчерный лёд и айсберги . В голубом льду чётко видна игольчатая структура кристаллов .
Коричневый или желтоватый лёд имеет речной или прибрежный генезис, в нём имеются примеси глины или гуминовых кислот .
Начальные виды льда (ледяное сало, шуга) имеют тёмно-серый цвет, иногда со стальным оттенком. С увеличением толщины льда его цвет становится светлее, постепенно переходя в белый. При таянии тонкие льдинки снова становятся серыми.
В случае, если лёд содержит большое количество минеральных или органических примесей (планктон , эоловые взвеси, бактерии), его цвет может меняться на красный, розовый, жёлтый , вплоть до чёрного .
В связи со свойством льда задерживать длинноволновую радиацию, он способен создавать парниковый эффект, что приводит к нагреванию находящейся под ним воды.
Механические свойства
Под механическими свойствами льда понимают его способность противостоять деформациям .
Типичные виды деформации льда: растяжение, сжатие , сдвиг , изгиб . Выделяют три стадии деформации льда: упругая , упруго-пластическая , стадия разрушения. Учёт механических свойств льда важен при определении оптимального курса ледоколов , а также при размещении на льдинах грузов, полярных станций , при расчёте прочности корпуса судна .
Условия образования
При образовании морского льда между целиком пресными кристаллами льда оказываются мелкие капли солёной воды, которые постепенно стекают вниз. Температура замерзания и температура наибольшей плотности морской воды зависит от её солёности. Морская вода, солёность которой ниже 24,695 промилле (так называемая солоноватая вода), при охлаждении сначала достигает наибольшей плотности , как и пресная вода , а при дальнейшем охлаждении и отсутствии перемешивания быстро достигает температуры замерзания. Если солёность воды выше 24,695 промилле (солёная вода), она охлаждается до температуры замерзания при постоянном увеличении плотности с непрерывным перемешиванием (обменом между верхними холодными и нижними более тёплыми слоями воды), что не создаёт условий для быстрого выхолаживания и замерзания воды, то есть при одинаковых погодных условиях солёная океаническая вода замерзает позже солоноватой.
Классификации
Морской лёд по своему местоположению и подвижности разделяется на три типа:
- плавучие (дрейфующие) льды,
По стадиям развития льда выделяют несколько так называемых начальных видов льда (в порядке времени образования):
- внутриводный (в том числе донный или якорный), образующийся на некоторой глубине и находящихся в воде предметах в условиях турбулентного перемешивания воды.
Дальнейшие по времени образования виды льда - ниласовые льды :
- нилас, образующийся при спокойной поверхности моря из сала и снежуры (тёмный нилас до 5 см толщиной, светлый нилас до 10 см толщиной) - тонкая эластичная корка льда, легко прогибающаяся на воде или зыби и образующая при сжатии зубчатые наслоения;
- склянки, образующиеся в распреснённой воде при спокойном море (в основном, в заливах , около устьев рек) - хрупкая блестящая корка льда, которая легко ломается под действием волны и ветра;
- блинчатый лёд, образующийся при слабом волнении из ледяного сала, снежуры или шуги или вследствие разлома в результате волнения склянки, ниласа или так называемого молодого льда. Представляет собой пластины льда округлой формы от 30 см до 3 м в диаметре и толщиной 10-15 см с приподнятыми краями из-за обтирания и ударов льдин .
Дальнейшей стадией развития льдообразования являются молодые льды , которые подразделяются на серый (толщина 10-15 см) и серо-белый (толщиной 15-30 см) лёд.
Морской лёд, развивающийся из молодого льда и имеющий возраст не более одного зимнего периода, называется однолетним льдом . Этот однолетний лёд может быть:
- тонким однолетним льдом - белый лёд толщиной 30-70 см,
- средней толщины - 70-120 см,
- толстым однолетним льдом - толщиной более 120 см.
Если морской лёд подвергался таянию хотя бы в течение одного года, он относится к старым льдам . Старые льды подразделяются на:
- остаточный однолетний - не растаявший летом лёд, находящийся вновь в стадии замерзания,
- двухлетний - просуществовавший более одного года (толщина достигает 2 м),
- многолетний - старый лёд толщиной 3 м и более, переживший таяние не менее двух лет. Поверхность такого льда покрыта многочисленными неровностями, буграми, образовавшимися в результате неоднократного таяния. Нижняя поверхность многолетних льдов также отличается большой неровностью и разнообразием формы.
Толщина многолетних льдов в
Около −1,8 °C.
Оценка количества (густоты) морского льда даётся в баллах - от 0 (чистая вода) до 10 (сплошной лёд).
Свойства
Важнейшие свойства морского льда - пористость и солёность, определяющие его плотность (от 0,85 до 0,94 г/см³). Из-за малой плотности льда льдины возвышаются над поверхностью воды на 1 / 7 - 1 / 10 их толщины. Таяние морского льда начинается при температуре выше −2,3 °C. По сравнению с пресноводным он труднее поддаётся раздроблению на части и более эластичен .
Солёность
Плотность
Морской лёд является сложным физическим телом, состоящим из кристаллов пресного льда, рассола, пузырьков воздуха и различных примесей. Соотношение составляющих зависит от условий льдообразования и последующих ледовых процессов и влияет на среднюю плотность льда. Так, наличие пузырьков воздуха (пористость ) значительно уменьшает плотность льда. Солёность льда оказывает на плотность меньшее воздействие, чем пористость. При солёности льда 2 промилле и нулевой пористости плотность льда составляет 922 килограмма на кубический метр , а при пористости 6 процентов понижается до 867. В то же время при нулевой пористости увеличение солёности с 2 до 6 промилле приводит к увеличению плотности льда только с 922 до 928 килограммов на кубический метр .
Нилас (на переднем плане) в Арктике
Теплофизические свойства
Оттенки цвета морского льда в больших массивах варьируют от белого до коричневого.
Белый лёд образуется из снега и имеет много пузырьков воздуха или ячеек с рассолом.
Молодой морской лёд зернистой структуры со значительным количеством воздуха и рассола часто имеет зелёный цвет.
Многолетние торосистые льды, из которых выдавлены примеси, и молодые льды, которые замерзали в спокойных условиях, часто имеют голубой или синий цвет. Голубым также бывает глетчерный лёд и айсберги . В голубом льду чётко видна игольчатая структура кристаллов .
Коричневый или желтоватый лёд имеет речной или прибрежный генезис, в нём имеются примеси глины или гуминовых кислот .
Начальные виды льда (ледяное сало, шуга) имеют тёмно-серый цвет, иногда со стальным оттенком. С увеличением толщины льда его цвет становится светлее, постепенно переходя в белый. При таянии тонкие льдинки снова становятся серыми.
В случае, если лёд содержит большое количество минеральных или органических примесей (планктон , эоловые взвеси, бактерии), его цвет может меняться на красный, розовый, жёлтый , вплоть до чёрного .
В связи со свойством льда задерживать длинноволновую радиацию, он способен создавать парниковый эффект, что приводит к нагреванию находящейся под ним воды.
Механические свойства
Под механическими свойствами льда понимают его способность противостоять деформациям .
Типичные виды деформации льда: растяжение, сжатие , сдвиг , изгиб . Выделяют три стадии деформации льда: упругая , упруго-пластическая , стадия разрушения. Учёт механических свойств льда важен при определении оптимального курса ледоколов , а также при размещении на льдинах грузов, полярных станций , при расчёте прочности корпуса судна .
Условия образования
При образовании морского льда между целиком пресными кристаллами льда оказываются мелкие капли солёной воды, которые постепенно стекают вниз. Температура замерзания и температура наибольшей плотности морской воды зависит от её солёности. Морская вода, солёность которой ниже 24,695 промилле (так называемая солоноватая вода), при охлаждении сначала достигает наибольшей плотности , как и пресная вода , а при дальнейшем охлаждении и отсутствии перемешивания быстро достигает температуры замерзания . Если солёность воды выше 24,695 промилле (солёная вода), она охлаждается до температуры замерзания при постоянном увеличении плотности с непрерывным перемешиванием (обменом между верхними холодными и нижними более тёплыми слоями воды), что не создаёт условий для быстрого выхолаживания и замерзания воды, то есть при одинаковых погодных условиях солёная океаническая вода замерзает позже солоноватой.
Классификации
Морской лёд по своему местоположению и подвижности разделяется на три типа:
- плавучие (дрейфующие) льды,
Прогноз изменения толщины ледового покрова к 2050 году
По стадиям развития льда выделяют несколько так называемых начальных видов льда (в порядке времени образования):
- внутриводный (в том числе донный или якорный), образующийся на некоторой глубине и находящихся в воде предметах в условиях турбулентного перемешивания воды.
Дальнейшие по времени образования виды льда - ниласовые льды :
- нилас, образующийся при спокойной поверхности моря из сала и снежуры (тёмный нилас до 5 см толщиной, светлый нилас до 10 см толщиной) - тонкая эластичная корка льда, легко прогибающаяся на воде или зыби и образующая при сжатии зубчатые наслоения;
- склянки, образующиеся в распреснённой воде при спокойном море (в основном, в заливах , около устьев рек) - хрупкая блестящая корка льда, которая легко ломается под действием волны и ветра;
- блинчатый лёд, образующийся при слабом волнении из ледяного сала, снежуры или шуги или вследствие разлома в результате волнения склянки, ниласа или так называемого молодого льда. Представляет собой пластины льда округлой формы от 30 см до 3 м в диаметре и толщиной 10-15 см с приподнятыми краями из-за обтирания и ударов льдин .
Дальнейшей стадией развития льдообразования являются молодые льды , которые подразделяются на серый (толщина 10-15 см) и серо-белый (толщиной 15-30 см) лёд.
Морской лёд, развивающийся из молодого льда и имеющий возраст не более одного зимнего периода, называется однолетним льдом . Этот однолетний лёд может быть:
- тонким однолетним льдом - белый лёд толщиной 30-70 см,
- средней толщины - 70-120 см,
- толстым однолетним льдом - толщиной более 120 см.
Если морской лёд подвергался таянию хотя бы в течение одного года, он относится к старым льдам . Старые льды подразделяются на:
- остаточный однолетний - не растаявший летом лёд, находящийся вновь в стадии замерзания,
- двухлетний - просуществовавший более одного года (толщина достигает 2 м),
- многолетний - старый лёд толщиной 3 м и более, переживший таяние не менее двух лет. Поверхность такого льда покрыта многочисленными неровностями, буграми, образовавшимися в результате неоднократного таяния. Нижняя поверхность многолетних льдов также отличается большой неровностью и разнообразием формы.
Исследование морского льда на Северном полюсе
Толщина многолетних льдов в Северном Ледовитом океане в некоторых районах достигает 4 м.
В антарктических водах в основном находится однолетний лёд толщиной до 1,5 м, который исчезает в летнее время.
При охлаждении поверхности моря до температуры точки замерзания в верхнем слое воды (толщиной в несколько сантиметров) появляется большое количество дисков или пластинок чистого льда, называемых шугой. Толщина этих льдинок очень мала, средние размеры примерно 2,5 см*0,5 мм, а форма может быть чрезвычайно разнообразной - от квадратов (или почти квадратов) до гексагональных образований. Оптическая ось такой пластинки всегда перпендикулярна плоскости ее поверхности. Эти элементарные ледяные кристаллы плавают на поверхности воды, образуя так называемое ледяное сало, придающее поверхности моря несколько маслянистый вид. В спокойной воде пластинки плавают в горизонтальном положении и их с -оси направлены вертикально. Ветер и волны заставляют пластинки сталкиваться, переворачиваться и принимать в результате различные положения; постепенно смерзаясь, они образуют постоянный ледяной покров, в котором отдельные кристаллы ориентированы хаотически. На первой стадии формирования молодой лед удивительно гибок; под действием волн, идущих из открытого моря или вызванных движущимся судном, он изгибается, не ломаясь, причем амплитуда колебаний поверхности льда может достигать нескольких сантиметров.
В дальнейшем, если температура не повышается, отдельные пластинки играют роль зародышевых кристаллов. Полностью механизм этого процесса до сих пор не изучен. Как видно по рис. 4, лед состоит из отдельных кристаллов, каждый из которых обладает сугубо индивидуальными свойствами, например степенью пропускания поляризованного света (одинаковой для всего данного кристалла, «но отличной от прочих). В некоторых случаях структурную ячейку льда называют зерном, а не отдельным кристаллом, поскольку ясно, что она обладает сложной субструктурой и состоит из множества параллельных пластинок. Взаимосвязь этой субструктуры упоминавшийся выше первичной шугой достаточно очевидна. Нет сомнения, что некоторая часть зерна образуется из смерзающихся пластинок шуги, которые затем сохраняются как отдельные слои кристалла. Однако, по-видимому, существует и какой-то другой процесс, так как в некоторых случаях кристаллы начинают расти на нижней поверхности достаточно толстого ледяного покрова, причем они также имеют пластинчатое строение. Каким бы ни был механизм образования кристаллов, все они - как в морском льду, так и в пресноводном - состоят из большого числа пластинок, точно параллельных друг другу. Оптическая ось кристалла расположена перпендикулярно этим пластинкам.
Интересные результаты дает изучение распределения кристаллов по ориентации их оптических осей в зависимости от глубины их залегания в толще льда. Ориентация может быть охарактеризована двумя углами - полярным, который представляет собой угол между с-осью и вертикалью, и азимутальным, т.е. углом, измеренным от какого-то произвольного направления, например от линии север - юг. Величины азимутальных углов обычно не подчиняются какому-либо закону; редкие исключения из этого правила могут быть вызваны необычными приливными явлениями. Полярные углы обнаруживают определенную закономерность. Как указывалось выше, ориентация кристаллов у поверхности льда весьма разнообразна, поскольку она зависит от воздействия ветра во время льдообразования. Но по мере углубления в ледяную толщу полярные углы возрастают, и на глубине порядка 20 см оптические оси почти всех кристаллов ориентируются горизонтально. Лабораторное исследование замерзания дистиллированной воды (Перей и Паундер, 1958) при условии, что ее охлаждали только с одного направления, а вода находилась в спокойном состоянии, дало результаты, приведенные в табл. Горизонтальные срезы были взяты с поверхности льда и с глубин 5 и 13 см. Каждый шлиф исследовали на универсальном полярископе. При этом определялось соотношение площадей (в процентах), занятых кристаллами с одинаковой - в пределах 10-градусных интервалов - ориентировкой оптических осей.
Ориентация кристаллов в ледяном покрове (Паундер, 1967)
Аналогичная ситуация наблюдается и в природном морском льду, достигшем определенного «возраста». Исключения бывают в тех случаях, когда в процессе роста ледяного покрова происходят подвижки, вызывающие сдавливание и излом льда. Таким образом, основная масса морского льда, просуществовавшего год или более, состоит из кристаллов, оптические оси которых направлены горизонтально, а по азимуту ориентированы хаотически. Длина (высота по вертикали) таких кристаллов достигает 1 м и более, при диаметре от 1 до 5 см. Причины преобладания во льду кристаллов с горизонтальными оптическими осями помогают понять рис. 4. Поскольку ледяной кристалл имеет одну главную ось симметрии, он может расти преимущественно в двух направлениях. Молекулы льда присоединяются к кристаллической решетке либо в плоскостях (кристалла), перпендикулярных с-оси и называемых базисными плоскостями, либо в направлении с-оси, что в свою очередь приводит к увеличению площади базисных плоскостей. Основываясь на законах термодинамики, можно прийти к выводу, что первый тип роста кристалла должен быть более интенсивным, нежели второй, что и подтверждается экспериментами.
Рис. 5 Преобладание роста кристаллов с наклонными оптическими осями, вызывающее постепенное исчезновение кристалла с вертикальной с -осью. (Паундер, 1967)
Поверхность раздела лед - вода
Исследование нижней поверхности растущего морского льда помогает понять процесс замерзания воды. Нижние 1-2 см ледяной толщи состоят из пластинок чистого (пресного) льда с прослойками рассола между ними. Пластинки, составляющие часть отдельного кристалла, параллельны друг другу и расположены, как правило, вертикально. Это так называемый скелетный (или каркасный) слой. Механическая прочность этого слоя обычно чрезвычайно мала. При дальнейшем замораживании пластинки несколько утолщаются, между ними появляются ледяные перемычки и постепенно образуется сплошной лед, в котором рассол содержится в виде капель или ячеек между пластинками. Понижение температуры льда приводит к уменьшению размеров заполненных рассолом ячеек, которые принимают форму длинных вертикальных цилиндров почти микроскопических размеров в поперечном сечении. Такие ячейки можно обнаружить на рис. 4 в виде рядов черных точек, расположенных вдоль линий между пластинками. Некоторое количество ячеек рассола имеется также у границ между кристаллами, но, основная масса рассола содержится внутри отдельных зерен. На рис. 5 приводятся результаты статистического исследования толщины пластинок в образце годового морского льда. Видно, что пластинки имеют однородную толщину, в среднем в пределах 0,5-0,6 мм. Диаметр гнезд, содержащих рассол, обычно около 0,05 мм.
Рис. 6
Достаточного количества данных о длине таких гнезд до сих пор не имеется; известно лишь, что она колеблется в значительно более широких пределах, чем диаметр. Ориентировочно можно считать, что длина гнезд порядка 3 см.
Таким образом, мы видим, что в большинстве случаев морской лед состоит из макроскопических кристаллов со сложной внутренней структурой - содержит пластинки чистого льда и большое количество ячеек, содержащих рассол. Помимо этого, во льду обычно имеется множество мелких сферических воздушных пузырьков, образующихся из растворенного в воде воздуха, выделяющегося в процессе замерзания. Часть объема морского льда, занятая жидкостью - рассолом, представляет собой чрезвычайно важный параметр, называемый содержанием рассола v (Рис. 6). Его можно рассчитать, зная соленость, температуру и плотность морского льда. Основываясь на знании фазовых соотношений растворов солей, содержащихся в морской воде при низких температурах, (Ассур, 1958) вычислил v для тех значений солености и температуры льда, которые встречаются на земном шаре. В полученных Ассуром результатах не учитывается наличие во льду пузырьков воздуха, однако влияние последних на величину v может быть определено экспериментально сравнением плотности образца морского льда с плотностью пресноводного льда при той же температуре. (Паундер, 1967)
Рис. 7 Миграция рассола в направлении температурного градиента (Паундер, 1967)
Морской лёд -- лёд, образовавшийся в море (океане) при замерзании воды. Так как морская вода солёная, замерзание воды с солёностью, равной средней солёности Мирового океана происходит при температуре около?1,8°C.
Важнейшие свойства морского льда -- пористость и солёность, определяющие его плотность (от 0,85 до 0,94 г/смі). Из-за малой плотности льда льдины возвышаются над поверхностью воды на 1/7 -- 1/10 их толщины. Таяние морского льда начинается при температуре выше?2,3 °C. По сравнению с пресноводным он труднее поддаётся раздроблению на части и более эластичен.
Солёность морского льда зависит от солёности воды, скорости льдообразования, интенсивности перемешивания воды и его возраста. В среднем солёность льда в 4 раза ниже солёности образовавшей его воды, колеблясь от 0 до 15 ‰ (в среднем 3-8‰).
Морской лёд является сложным физическим телом, состоящим из кристаллов пресного льда, рассола, пузырьков воздуха и различных примесей. Соотношение составляющих зависит от условий льдообразования и последующих ледовых процессов и влияет на среднюю плотность льда. Так, наличие пузырьков воздуха (пористость) значительно уменьшает плотность льда. Солёность льда оказывает на плотность меньшее воздействие, чем пористость. При солёности льда 2 ‰ и нулевой пористости плотность льда составляет 922 кг/мі, а при пористости 6 % понижается до 867. В то же время при нулевой пористости увеличение солёности с 2 до 6 ‰ приводит к увеличению плотности льда только с 922 до 928 кг/мі.
Морские льды по степени своей подвижности подразделяются на неподвижные и дрейфующие. Основной формой неподвижного льда является припай, который может образовываться путем естественного замерзания воды или же в результате примерзания к берегу дрейфующего льда любой возрастной категории. К неподвижным льдам относятся такжестамухи - торосистые образования, сидящие на грунте на мелководье или у берега. Все остальные виды морского льда относятся к категории дрейфующих, которые перемещаются под действием ветра и течений. В результате неоднородности полей ветра и течений, различий в толщине и строении ледяных полей и сложного взаимодействия с берегами дрейф ледяных полей, льдин и кусков льда происходит неравномерно. Это приводит к их сталкиваниям, деформациям и разломам.
Дрейфующие льды по сплоченности подразделяются на отдельные льдины, редкий лед, сплоченный лед, очень сплоченный лед и сплошной лед. Движение сплоченных льдов сопровождается деформациями, включающими подвижки и сдвиги ледяных полей и льдин относительно друг друга, вращение льдин, образование торосов, трещин и разводий. В результате перемещений и деформации происходит перераспределение льдов на поверхности моря, изменяется их сплоченность, меняются строение и морфология ледяного покрова.
После сплочения льдов до 9-10 баллов, если вызвавшие его силы продолжают действовать, начинается сжатие, при котором происходят наслоение и торошение льдов. Процесс торошения заключается в разламывании ледяного покрова с последующим наклоном обломков, вплоть до вертикального положения, раздроблении кромок льдин, надвиге льдин одна на другую, нагромождении ледяных валов и гряд. При относительном перемещении ледяных полей образуются длинные прямые гряды торосов из мелкораздробленного льда. Гряды торосов сдвигового происхождения характерны для районов, где наблюдаются существенные различия скоростей дрейфа. На границе припая с подвижным льдом в зависимости от направления дрейфа могут возникать трещины или разводья или же образуются сдвиговые гряды торосов либо торосы сжатия. При малой глубине моря и интенсивном торосообразовании подошвы торосов могут достигать грунта. Такие торосы пропахивают борозды на дне.
В зависимости от причин, вызывающих поступательное движение льдов, выделяют несколько разновидностей дрейфа.Ветровой дрейф возникает под действием ветра. Такой дрейф продолжается некоторое время и после прекращения ветра, так как дрейфующий лед вовлекает в движение верхние слои воды. Скорость ветрового дрейфа морских льдов близка к 1:50 скорости ветра. Направление дрейфа обычно не совпадает с направлением ветра. В арктических морях под действием сил Кориолиса направление дрейфа отклоняется вправо от направления ветра на угол 28°, а в антарктических морях - в противоположную сторону. Во многих морях, например, в Белом, Баренцевом, Беринговом, Охотском и других, важную роль играет приливный дрейф льдов, обусловленный течениями при приливах и отливах.
На направление дрейфа большое влияние оказывают близость береговой линии, наличие островов и отмелей, рельеф дна. В результате одновременного влияния множества факторов дрейф льдов часто бывает неравномерным, отдельные массивы и скопления льдов могут дрейфовать в разных направлениях и с разными скоростями. Границы между ними называются дрейфоразделами, для которых характерно наличие полос тертого льда и поясов торосов.
По стадиям развития льда выделяют несколько так называемых начальных видов льда (в порядке времени образования):
ледяные иглы,
ледяное сало,
внутриводный (в том числе донный или якорный), образующийся на некоторой глубине и находящихся в воде предметах в условиях турбулентного перемешивания воды. Дальнейшие по времени образования виды льда -- ниласовые льды:
нилас, образующийся при спокойной поверхности моря из сала и снежуры (тёмный нилас до 5 см толщиной, светлый нилас до 10 см толщиной) -- тонкая эластичная корка льда, легко прогибающаяся на воде или зыби и образующая при сжатии зубчатые наслоения;
склянки, образующиеся в распреснённой воде при спокойном море (в основном, в заливах, около устьев рек) -- хрупкая блестящая корка льда, которая легко ломается под действием волны и ветра;
блинчатый лёд, образующийся при слабом волнении из ледяного сала, снежуры или шуги или вследствие разлома в результате волнения склянки, ниласа или так называемого молодого льда. Представляет собой пластины льда округлой формы от 30 см до 3 м в диаметре и толщиной 10 -- 15 см с приподнятыми краями из-за обтирания и ударов льдин. Дальнейшей стадией развития льдообразования являются молодые льды, которые подразделяются на серый (толщина 10 -- 15 см) и серо-белый (толщиной 15 -- 30 см) лёд. Морской лёд, развивающийся из молодого льда и имеющий возраст не более одного зимнего периода, называется однолетним льдом. Этот однолетний лёд может быть:
тонким однолетним льдом -- белый лёд толщиной 30 -- 70 см,
средней толщины -- 70 -- 120 см,
толстым однолетним льдом -- толщиной более 120 см. Если морской лёд подвергался таянию хотя бы в течение одного года, он относится к старым льдам. Старые льды подразделяются на:
остаточный однолетний -- не растаявший летом лёд, находящийся вновь в стадии замерзания,
двухлетний -- просуществовавший более одного года (толщина достигает 2 м),
многолетний -- старый лёд толщиной 3 м и более, переживший таяние не менее двух лет. Поверхность такого льда покрыта многочисленными неровностями, буграми, образовавшимися в результате неоднократного таяния. Нижняя поверхность многолетних льдов также отличается большой неровностью и разнообразием формы.
Распространение морских льдов.
Площадь распространения морских льдов меняется по сезонам от 9 до 18 млн кмІ в Северном полушарии и от 5 до 20 млн кмІ в Южном. Максимальное развитие ледяного покрова в Северном полушарии наблюдается в феврале-марте, а в Антарктике - в сентябре-октябре. В целом на земном шаре морские льды с учетом сезонных колебаний покрывают 26,3 млн кмІ при средней толщине покрова около 1,5 м. Морские льды образуются во всех морях Северного Ледовитого океана. Зимой они формируются также в Беринговом, Охотском, Азовском, Аральском и Белом морях, в Финском, Ботническом и Рижском заливах Балтийского моря, в северных частях Японского и Каспийского морей и временами на северо-западном побережье Черного моря.
В Арктике выделяют шесть градаций однолетних и многолетних льдов, различающихся по толщине и времени их существования. Однолетний лед называется тонким при толщине 30-70 см, средней толщины - от 70 до 120 см и толстым - более 120 см. Двухлетние льды имеют толщину 180-280 см, трех- и четырехлетние - 240-280 см. Толщина многолетних льдов достигает 280-360 см. В период максимального развития ледяного покрова в Северном Ледовитом океане многолетние льды занимают 28% общей площади, двухлетние - 25%, однолетние и молодые - 47%.
В Южном полушарии ледяной покров развивается с апреля по сентябрь концентрически вокруг Антарктиды. Многолетние льды там практически не встречаются, а двухлетние занимают менее 25% площади максимального развития льдов.
Ледниковая летопись
Снег, выпадающий на ледник, ложится слоем на его поверхность, причем зимние отложения по строению сильно отличаются от летних. Каждый год новый слой снега погребает под собой прошлогодний, и так - в течение десятков и сотен тысяч лет. Ледник растет, древние слои оказываются все глубже и глубже, и вся ледяная толща разбивается на годовые слои, похожие на годичные кольца деревьев. Так пишется ледниковая летопись, но, для того чтобы ее прочитать, необходимо по крайней мере научиться определять возраст каждого ледникового слоя.
В верхней части ледника, образовавшейся «совсем недавно» - за последние несколько тысяч лет, - возраст слоя определяется без особого труда. Для этого просто подсчитывают годовые слои, состоящие из зимних и летних отложений. С увеличением глубины сделать это становится все труднее, поскольку лед медленно течет. Поэтому при определении возраста древних слоев используют специальные расчеты, учитывающие это движение.
В ледниках записано гораздо больше подробных сведений о былых эпохах, чем в годовых кольцах деревьев. Они могут рассказать ученым о том, какой климат, температура воздуха, атмосфера были на нашей планете не 10 - 20, а 200 - 300 тысяч лет назад. Даже сведения о ветрах, дувших в те далекие эпохи, остаются в памяти ледников. Как же хранится в толще льда вся эта богатейшая информация? Известно, что вода состоит из двух химических элементов - водорода и кислорода. Но кислород и водород бывают разные - «легкие» и «тяжелые», Из так называемых легких изотопов образуется обычная вода, а из тяжелых - тяжелая. Среди множества молекул обычной воды всегда можно найти несколько молекул тяжелой - в природе они, как правило, неразлучны. Но дело в том, что содержание тяжелой воды во льду зависит от температуры, при которой он образовался. Чем выше температура, тем больше в составе льда молекул тяжелой воды. Поэтому, измерив количество тяжелой воды в толще льда, можно достаточно точно узнать, какая температура была в момент его образования. Вместе с водой в толще ледника хранится и атмосферная пыль, которая осела на поверхности льда много тысяч лет назад. Сделав ее анализ, можно узнать, чем был загрязнен воздух в те эпохи, откуда он принесен ветрами, не было ли тогда крупных извержений вулканов и многое другое.
Еще более интересные записи ледниковой летописи касаются состава древней атмосферы. Проблема загрязнения воздуха является одной из насущных проблем современного человечества. А узнать, насколько сильно испортилась атмосфера, можно лишь сравнив ее современный состав с тем, который она имела задолго до появления человека и промышленности. А где же найти древний воздух?
В ледниках. Выпав на поверхность, снег вначале превращается в фирн - рыхлый зернистый лед с большим количеством воздуха.
Уплотняясь и замерзая, фирн образует лед, и содержащиеся в нем пузырьки воздуха плотно закупориваются в ледниковой толще. Выделив эти мельчайшие пузырьки древнего воздуха, ученые делают их химический анализ и определяют, сколько в нем было углекислого газа, кислорода, метана и многих других атмосферных газов.
Самое важное и интересное заключается в том, что всю информацию, записанную в ледниковой летописи, можно читать шаг за шагом, год за годом, отдельно и по порядку анализируя каждый годовой слой льда. Двигаясь сверху вниз, можно проследить, как постепенно изменялись температура, загрязненность и состав земной атмосферы, как колебались климатические условия на Земле в течение сотен тысяч лет. Для того чтобы это узнать, надо пробурить тысячеметровую толщу ледников, достать пробы льда с разных глубин и потом подвергнуть их анализу в научных лабораториях.
Первая скважина во льду была сделана в Альпах в Альпах в 1841 году, а спустя полвека несколько альпийских скважин уже достигали ледникового ложа. В наше время бурение ледников стало обычным занятием исследователей. Глубина некоторых скважин в Гренландии и Антарктиде превысила 2 км.
Бурить лед очень нелегко из-за его пластичности: стоит вынуть буровой снаряд, как стенки скважины быстро смыкаются. Поэтому скважину приходится заполнять незамерзающей жидкостью, которая имеет ту же плотность, что и лед. Обычно для бурения применяют либо электромеханический, либо электротермический способ, когда лед плавят нагреваемой коронкой бура.
Колонка льда, вынимаемая во время бурения из толщи ледника, называется «керн». Его бережно отвозят в специальные лаборатории-холодильники, где подробно изучают, применяя самые современные методы анализа.
Самые интересные результаты пока принесло бурение на полярной станции «Восток» в Антарктиде, начатое еще в 70-х годах XX века. Станция «Восток» расположена в центральной части Восточной Антарктиды на высоте 3490 м. Средняя годовая температура здесь -56,б С, снега за год накапливается чуть больше 2 см. Толща ледника в 3500 м содержит лед, отложенный на протяжении сотен тысяч лет.
Морские льды классифицируются:
по происхождению,
по формам и размерам,
по состоянию поверхности льда (ровный, торосистый),
по возрасту (стадии развития и разрушения),
по навигационному признаку (проходимость льдов судами),
по динамическому признаку (неподвижные и плавучие льды).
По происхождению льды делятся на морские, речные и глетчерные.
Морские льды образуются из морской воды, имеет зеленоватый или белесоватый (при наличии пузырьков воздуха или снега) оттенок.
Пресноводные льды выносятся весной и летом из рек, имеет сероватый или коричневатый оттенок из- за вкраплений взвесей.
Глетчерные льды (материкового происхождения) образуются в результате откалывания ледников, спускающихся в море – айсберги, дрейфующие ледяные острова.
По виду и форме льды делятся на:
ледяные иглы , образующиеся на поверхности или в толще воды,
ледяное сало – скопление смерзшихся ледяных игл в виде пятен или тонкого слоя серовато свинцового цвета,
снежура – вязкая кашеобразная масса, образующаяся при обильном снегопаде на охлажденную воду,
шуга – скопление комков льда, снежуры и донного льда,
нилас – тонкая эластичная ледяная корка толщиной до 10 см,
склянка – тонкий прозрачный лед толщиной до 5 см, образующийся при спокойном море из ледяных кристаллов или сала,
блинчатый лед – лед, обычно круглой формы диаметром от 30см до 3 м и толщиной до 10 см.
По возрасту лед бывает:
молодой лед толщиной 15-30 см, имеет серый или серо-белый оттенок,
однолетний лед – лед, просуществовавший не более одной зимы, толщиной от 30 см до 2 м,.
двухлетний –лед, достигший к концу второй зимы толщины более 2 м,
многолетний паковый лед – лед, просуществовавший более 2 лет, толщиной более 3 м, голубого цвета.
По навигационному признаку проходимость льда оценивается по 10 бальной шкале сплоченности льда. Сплоченность (густота) льда – это соотношение площади льдин и промежутков воды между ними в данном районе. Практика ледового плавания показала, что самостоятельное плавание морского судна обычного возможно при сплоченности дрейфующего льда 5-6 баллов.
По динамическому признаку льды делят на неподвижные и плавучие.
Неподвижные льды существуют в виде припая у берегов. Толщина многолетнего припая у берегов Гренландии более 3м, а у берегов Антарктиды десятки и даже сотни метров. Толщина однолетнего припая в Северно-Ледовитом океане около 2–3м, ширина до 500км (море Лаптевых).
Плавучие льды образуются или путём намерзания плавающего льда или в результате откалывания от припая.
Для обозначения любого вида плавучего морского льда применяется термин дрейфующий лед.
Размеры дрейфующих льдов различны: при размерах более 500м в поперечнике их называют ледяными полями, при размерах 100…500м - обломками ледяных полей , при размерах 200…100м - крупногабаритным льдом , при размерах меньше 20м - , мелкобитым льдом .
Движение льда происходит под влиянием ветра или течений, под воздействием которых они меняют свою сплоченность. При ветре, дующем на берег сплоченность дрейфующего льда увеличивается, при ветре, дующем с берега, льды разрежаются. С увеличением скорости течений льды разрежаются, с уменьшением скорости льды скапливаются. Скопление (сжатие) льдов приходится на время смены приливо-отливных течений, и продолжаются 1-2 ч, после чего наблюдается разрежение льдов. При подъеме уровня воды льды разрежаются, а при спаде сплачиваются.
Глетчерные льды – айсберги (ледяные горы) образуются в районах Северно-Ледовитого океана и у берегов Антарктиды. Течениями они выносятся в умеренные широты обеих полушариев. Айсберги достигают иногда огромных размеров. В 1854 г. в районе 44°Ю.Ш. 28°З.Д. встречен айсберг длиною 120км и высотой 90м. Только десятая часть айсберга высится над водою.