Морской лед. Свойства и классификация морского льда

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.
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. 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 15промилле (в среднем 3-8 промилле).
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 накубический 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 теплофизические свойства. Средняя дельная теплопроводность морского льда примерно в пять раз выше, чем у воды, и в восемь раз выше, чем у снега, и составляет около 2,1 Вт/м•градус, но к нижней и верхней поверхностям льда может уменьшаться из-за увеличения солёности и роста количества пор.

Теплоёмкость морского льда приближается к теплоёмкости пресного льда с понижением температуры льда, когда солевой рассол вымерзает. С ростом солёности, а следовательно, увеличением массы рассола, теплоёмкость морского льда всё больше зависит от теплоты фазовых преобразований, то есть изменений температуры. Эффективная теплоёмкость льда увеличивается с повышением его солёности и температуры.
Теплота плавления (и кристаллизации) морского льда колеблется от 150 до 397 кДж/кг в зависимости от температуры и солёности (с повышением температуры или солёности теплота плавления понижается).
Оптические свойства. Чистый лёд прозрачен для световых лучей. Включения (воздушные пузырьки, солевой рассол, пыль) рассеивают лучи, значительно уменьшая прозрачность льда. 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, упругопластическая, 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:
припай, плавучие (дрейфующие) льды, паковые многолетние льды (пак).
По стадиям развития льда выделяют несколько так называемых начальных видов льда (в порядке времени образования):
ледяные иглы, ледяное сало, снежура, шуга, 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 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.
По структуре морской лёд условно делится на игольчатый, губчатый и зернистый, хотя обычно он встречается смешанной структуры.





Похожие статьи





Добавить комментарий

Реклама