Что может потрескать лед

Как перепады температуры влияют на прочность льда

Мы двумя связками лезли по замёрзшему Храповскому водопаду. «О, вижу линию отрыва!» — сказал Иван Темерев и полез к горизонтальной трещине по отдельно стоящей сосульке. Мне стало не по себе, хоть я и лез по надёжному льду на 20 метров правее.

Разберёмся, почему трескаются отдельно стоящие ледовые колонны и как выбрать время, чтобы не упасть вместе с ней.

Кажется очевидным: чем холоднее, тем надёжнее лёд. Но это не всегда так.

Лёд расширяется, когда тепло и сжимается, когда холодно. Когда температура меняется постепенно, лёд успевает адаптироваться к изменениям. Если температура меняется быстро, лёд трескается.

Исследователи из Гренобля четыре года вмораживали в лёд сенсоры температуры и давления. Они показали что чем быстрее меняется температура, тем более хрупким становится лёд.

— Отлично, рад за них. Мне это зачем?

Учитывайте перепады температур при выборе маршрута. От этого зависит, как вы проведёте вечер: за ужином с друзьями или в больничной палате.

Температура держится в районе 0 °C: ночью чуть меньше, днём чуть больше

Лёд в таком случае достаточно пластичный, чтобы не скалываться кусками. Инструмент надёжно входит с первого удара.

Температура выше 0 °C днём и ночью

Талая вода течёт между льдом и скалой. Если сосулька не столько опиралась на своё основание, сколько держалась за скалу — может отвалиться. Да и вода, затекающая в рукава не добавит удовольствия от маршрута. Так себе время для ледолазания, лучше подождите, пока похолодает.

Сильное похолодание и холодно после него

Лёд скукоживается и становится хрупким. От удара инструментом возникают трещины, можно отломать всю сосульку. Кроме того, в замёрзшей и сжавшейся сосульке возникает вертикальное напряжение, из-за которого она может обвалиться.

Лёд скалывается линзами, но вероятность того, что сосулька отколется из-за перепада температуры — небольшая. Она может сломаться просто потому, что недостаточно прочная.

То есть если за сутки температура упала на 10 градусов, лучше не лезть на отдельно стоящие сосульки и водопады с тонким слоем льда. Они могут потрескаться и отвалиться.

Источник

Как перепады температуры влияют на прочность льда

Если температура за сутки опустилась больше чем на 10 °C, в отдельно стоящих ледовых колоннах могут образоваться трещины.

» data-image-caption=»» data-medium-file=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/Ice-Temperatue-Cover-VK.jpg» data-large-file=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/Ice-Temperatue-Cover-VK.jpg» data-lazy-src=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/Ice-Temperatue-Cover-VK.jpg»/>

Мы двумя связками лезли по замёрзшему Храповскому водопаду. «О, вижу линию отрыва!» — сказал Иван Темерев и полез к горизонтальной трещине по отдельно стоящей сосульке. Мне стало не по себе, хоть я и лез по надёжному льду на 20 метров правее.

Разберёмся, почему трескаются отдельно стоящие ледовые колонны и как выбрать время, чтобы не упасть вместе с ней.

Кажется очевидным: чем холоднее, тем надёжнее лёд. Но это не всегда так.

Лёд расширяется, когда тепло и сжимается, когда холодно. Когда температура меняется постепенно, лёд успевает адаптироваться к изменениям. Если температура меняется быстро, лёд трескается.

Исследователи из Гренобля четыре года вмораживали в лёд сенсоры температуры и давления. Они показали что чем быстрее меняется температура, тем более хрупким становится лёд.

— Отлично, рад за них. Мне это зачем?

Учитывайте перепады температур при выборе маршрута. От этого зависит, как вы проведёте вечер: за ужином с друзьями или в больничной палате.

Температура около 0 °C

» data-image-caption=»» data-medium-file=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-1.svg» data-large-file=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-1.svg» svg+xml,%3Csvg%20xmlns=’http://www.w3.org/2000/svg’%20viewBox=’0%200%200%200’%3E%3C/svg%3E» alt=»Температура что надо» data-lazy-src=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-1.svg»/>

Температура держится в районе 0 °C: ночью чуть меньше, днём чуть больше
Лёд в таком случае достаточно пластичный, чтобы не скалываться кусками. Инструмент надёжно входит с первого удара.

» data-image-caption=»» data-medium-file=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-2.svg» data-large-file=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-2.svg» svg+xml,%3Csvg%20xmlns=’http://www.w3.org/2000/svg’%20viewBox=’0%200%200%200’%3E%3C/svg%3E» alt=»Слишком тепло, ждём похолодания» data-lazy-src=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-2.svg»/>

Температура выше 0 °C днём и ночью
Талая вода течёт между льдом и скалой. Если сосулька не столько опиралась на своё основание, сколько держалась за скалу — может отвалиться. Да и вода, затекающая в рукава не добавит удовольствия от маршрута. Так себе время для ледолазания, лучше подождите, пока похолодает.

Резкое падение температуры

» data-image-caption=»» data-medium-file=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-3.svg» data-large-file=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-3.svg» svg+xml,%3Csvg%20xmlns=’http://www.w3.org/2000/svg’%20viewBox=’0%200%200%200’%3E%3C/svg%3E» alt=»Температура рухнула» data-lazy-src=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-3.svg»/>

Сильное похолодание и холодно после него
Лёд скукоживается и становится хрупким. От удара инструментом возникают трещины, можно отломать всю сосульку. Кроме того, в замёрзшей и сжавшейся сосульке возникает вертикальное напряжение, из-за которого она может обвалиться.

Постепенное понижение температуры

» data-image-caption=»» data-medium-file=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-4.svg» data-large-file=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-4.svg» svg+xml,%3Csvg%20xmlns=’http://www.w3.org/2000/svg’%20viewBox=’0%200%200%200’%3E%3C/svg%3E» alt=»Температура уползла вниз» data-lazy-src=»https://alplager.kz/wp-content/uploads/2017/02/glace-etude-resistance-4.svg»/>

Постепенное похолодание
Лёд скалывается линзами, но вероятность того, что сосулька отколется из-за перепада температуры — небольшая. Она может сломаться просто потому, что недостаточно прочная.

То есть если за сутки температура упала на 10 градусов, лучше не лезть на отдельно стоящие сосульки и водопады с тонким слоем льда. Они могут потрескаться и отвалиться.

Источник

Тайна качественного льда: как делают искусственные катки и ухаживают за настоящими

• Тайна качественного льда: как делают искусственные катки и ухаживают за настоящими
• «Вписка удалась»: в Сети обсуждают секс-видео с 15-летней школьницей на вечеринке
• Кормухина рассказала, как излечила мужа от рака за два месяца
• Почему школьница бросила подругу в квартире убийцы: признание матери
• Руссо — о подарках Баскову и Меладзе от миллиардера Исмаилова
• «Не хочу ни денег, ни извинений»: певица Кормухина — о судах с Гагариной
• Успенская схватилась за грудь, увидев свою точную копию на вечеринке
• «Волочкова оскорбляет меня и не платит за дом»: певица Любомская ответила на обвинения балерины
• Адвокат оценил, как Собчак после ДТП умело открестилась от статуса подстрекателя
• В Подмосковье судят подозреваемых в убийстве спецназовца ГРУ
• Принц Дубая устроил экстремальный заезд на самом большом колесе обозрения в мире
• Порноактриса после группового изнасилования разоткровенничалась в больничной палате
• Опасность «постковида»: почему формула «переболеть и забыть о вирусе» не работает
• Российские ученые выпустили словарь коронавирусной эпохи
• Друг Азизы назвал имя убийцы Игоря Талькова
• Бережет ли Лев Лещенко здоровье и почему выступает в ночных клубах
• Первое интервью «русской Ванги» из Читы. Эксклюзив НТВ

Такое популярное развлечение, как катание на коньках, сделали всесезонным. Что такое искусственный лед и каковы тайны льда обычного? Оказывается, сделать хороший каток — это целая наука.

Многие наблюдали такую картину: в перерывах хоккейных матчей или соревнований фигуристов на арену выезжают необычные машины. Сеансы катания на городских площадках тоже прерываются, чтобы выехали комбайны. Это ресурфейсеры (от английского surface — поверхность), они очищают и выравнивают покрытие. Между собой профессионалы называют эту процедуру «лечением».

Специалисты, следящие за состоянием катков, называются ледоварами. Этому нигде не учат специально. Если каток находится под открытым небом, он трескается, его надо чистить и обслуживать ежедневно, должна быть определенная толщина льда, которая достигается при помощи специальной техники.

Первый ледозаливочный комбайн появился в 1949 году в теплом штате Калифорния. Его изобрел американец Фрэнк Замбони. К тому времени он со своим братом открыл самый большой в США каток размером 30 на 60 метров, который вмещал до 800 человек. Поначалу выравнивать покрытие приходилось 4 рабочим, которые по несколько часов вручную шлифовали его наждачной бумагой и повторно заливали. Машины позволили делать то же самое всего за 10 минут. Неудивительно, что они стали популярны.

У комбайна есть лезвие, которое может срезать до 8 миллиметров верхнего слоя льда. Обычно убирают гораздо меньше, все зависит от глубины царапин и сколов. Снежная стружка попадает в бак, который вмещает до 1200 килограммов. На очищенную поверхность машина понемногу подает горячую воду. Ее равномерно распределяет ткань, которую называют «полотенцем». Высокая температура воды нужна, чтобы жидкость не сразу замерзла, а проникла в трещины и углубления, образовав новый ровный верхний слой льда. Когда все сделано, комбайн уезжает с арены и сбрасывает снежную стружку в специальную яму для таяния.

Под бетонным основанием катка проходят трубы с охлаждающим агентом, который поступает из холодильных устройств — чиллеров (от английского chill — охлаждать). Некоторые модели настолько мощные, что способны поддерживать каток в рабочем состоянии при жаре. Под трубами проложены несколько слоев теплоизоляции, чтобы холод шел только вверх.

Лед, изготовленный по такой технологии, медленного охлаждения получается очень однородным и совершенно прозрачным, что, кстати, не очень хорошо. Чтобы хоккеисты могли лучше видеть шайбу и разметку, его при помощи добавок красят в белый цвет. И на общественных катках это делают, чтобы упавшие предметы были заметны и никто не получил травму. Иногда с той же целью просто красят основание катка в белый цвет. А дальше медленно льют воду, намораживая по миллиметру. Чтобы добиться слоя в 4 сантиметра, уходит около недели. Подробности — в программе «Чудо техники».

Источник

ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ЛЬДА

Ледовый режим водоема — это циклы покрытия акватории льдом, неизменный каждый год. На водоемах Ленинградской области ледовый режим состоит из трех фаз: замерзание, ледостав и вскрытия водоёмов.

Для возникновения льда в водоёмах необходимо:
— небольшое переохлаждение воды, температура должна быть чуть ниже 0 °С, начиная с сотых долей и ниже;
— наличие ядер кристаллизации, которыми могут являться снежинки, льдинки, минеральные и органические взвеси;
— турбулентное перемешивание для отвода выделяющегося при кристаллизации тепла. Если перемешивания нет, то процесс кристаллизации прекращается.

В водоёмах образуется лед поверхностный и глубинный (внутриводный), кристаллизующийся не только на взвеси, но и на микроорганизмах, частицах песка, гальке и т. д. Температура замерзания снижается с глубиной и с увеличением минерализации.

К факторам, определяющим возможность образования ледовых явлений, относят:
• интенсивность теплоотдачи поверхности водоёма с наступлением холодов;
• величину теплоемкости водоема. Чем больше объём водной массы в водоёме, и чем он глубже, тем длительнее процесс его охлаждения;
• интенсивность перемешивания, связанная с транзитными течениями. Чем более проточен водоем, тем интенсивнее вынос тепла из глубинных слоёв к поверхности, в атмосферу.

Очень важным фактором образования ледяного покрова на водоёмах и наступления ледостава служит ветер. Чем сильнее ветер, тем интенсивнее теплоотдача в атмосферу вследствие испарения и турбулентного теплообмена с морозным воздухом. Перемешивание слоев воды ветром и волнами усиливает теплообмен и вынос теплых глубинных вод к поверхности, что тормозит процесс льдообразования. Интенсивное перемешивание увеличивает толщину слоя воды, в котором возможно образование ледяных кристаллов, всплывающих к поверхности воды (лёд имеет плотность на 10 % меньшую по сравнению с плотностью воды). Ветровое волнение разрушает образовавшиеся ледяные корки, чем замедляет формирование ледяного покрова.

Замерзание водоёмов.

При интенсивном теплообмене и охлаждении вод водоема, но при отсутствии ветра и перемешивания верхних слоем воды образуются первичные кристаллики льда в виде мелких иголочек. Когда вода покрыта ими, кажется, что на её поверхности разлит растопленный жир. Такое состояние водно- кристаллизованной смеси называют «сало». При продолжающемся морозе и безветрии кристаллики смерзаются. Образуется однородный прозрачный кристаллический лед, толщина которого довольно быстро увеличивается. За ясную и морозную ночь толщина такого льда может достичь 2-3 см. При этом, как правило, весь небольшой водоём замерзает единовременно. На крупных озёрах в такую погоду обычно покрываются льдом только мелководные заливы.

Кристаллический лёд в начале зимы наиболее прочный и при толщине 5 см выдерживает вес человека, а при 10 см — снегохода. В озёрах, покрывшихся льдом в морозную, штилевую погоду, подо льдом сохраняется обратная стратификация с относительно тонким подлёдным слоем воды, охлажденной до 0 °С. Если замерзание водоёма происходило в ветреную погоду с перемешиванием и более интенсивной теплоотдачей с водной поверхности, средняя температуры воды в водоеме зимой меньше.

При даже слабом ветре замерзание водоёма начинается с береговых отмелей, выхолаживающейся быстрее из-за малой глубины. Первичные кристаллики сбиваются к урезу и смерзаются, образуя полосы кристаллического льда — забереги, примёрзшие к береговому склону. С усилением мороза забереги расширяются, а открытая поверхность воды сокращается. На крупных и глубоких озёрах и водохранилищах замерзание длительно и проходит разновременно в разных районах.

В формировании ледяного покрова принимают участие всплывающие комья внутриводного льда (шуга) обычно грязно-белого цвета, снежура, образующаяся из снега во взволнованной, ещё не замерзшей водной поверхности. Неровность такого покрова увеличивается, если сильный ветер и колебания поверхности водоёма взламывают ещё не окрепший лед. Он дробится, и трущиеся друг о друга его кусочки превращаются в блинчатый лёд — дискообразные льдинки с выпуклым белым краем смерзшихся ледяных крошек.

Штормовым ветром взламывается и уже достаточно прочный лёд, льдины надвигаются одна на другую и смерзаются в торосы с наступлением менее ветреной, но морозной погоды. На нагонных участках пологого берега из битого льда, шуги и частиц донного грунта в шторм образуются береговые ледяные валы.

Структура и деформации ледяною покрова.

Ледостав — период неподвижного ледяного покрова. В Ладожском озёре в теплую зиму с малой суммой отрицательных температур воздуха площадь ледяного покрова не превышает 50% площади акватории. В такие зимы теплозапас его водной массы наименьший вследствие особенно интенсивной теплоотдачи с большой открытой водной поверхности. В умеренно холодные зимы почти 100 %-ная покрытость льдом продолжается всего 2 месяца, а в суровые зимы она длится почти 3 месяца.

Скорость нарастания кристаллического слоя льда (вследствие кристаллизации воды на его нижней поверхности) зависит от его теплопроводности и того, насколько интенсивны теплопотери с ледяного покрова в атмосферу при морозе. Чем ниже температура воздуха и продолжительнее морозная погода, тем больше намерзает льда снизу, тем всё более толстым становится кристаллический лед на водоёме, увеличивается теплоизоляция воды под ним.

Как правило, ледяной покров неоднороден и имеет двух- или трёхслойную структуру и покрыт слоем снега неравномерной толщины и плотности. Под весом снега лёд прогибается, трескается, из трещин, рыбацких лунок и майн на лёд вытекает вода, смачивает нижний слой снега и в мороз замерзает. Так образуется водно-снеговой лёд, менее плотный и малопрозрачный белёсого цвета из-за включения пузырьков воздуха и пыли.

В оттепели талая вода с подтаивающего снежного покрова в последующие морозы превращается в снеговой лёд. Он по физическим свойствам сходен с водно-снеговым льдом, но отличается по химическому составу, подобному составу атмосферных осадков. Лёд этих двух видов имеет меньшую теплопроводность и отражающую способность, чем кристаллический лёд, что замедляет утолщение ледяного покрова.

Деформации ледового покрова.

Зимой лёд как любое твёрдое тело при охлаждении сжимается. Сжатие больше у верхней поверхности льда, где зарождаются морозные трещины. Нижняя поверхность льда крепко примерзает на мелководьях к грунтам вблизи уреза, поэтому с усилением мороза в трещинах происходит разрыв ледяного покрова, и в расширяющихся до 1-2 м трещинах образуется на воде корка молодого льда. При потеплении лед расширяется, трещины сдвигаются, вызывая торошение молодого льда. Торосы порой достигают высоты 0,5-1,5 м.

Кроме термических деформаций ледяного покрова на озёрах происходят и динамические деформации, вызванные сейшами (стоячими волнами, возникающими в замкнутых или частично замкнутых водоёмах) на открытой воде. На Ладожском озере неоднократно возникало по три трещины вдоль продольной оси и поперёк под действием многоузловой сейши, когда наибольшие изгибы ледяного покрова происходят в прибрежной зоне. При сильном морозе достаточно небольшого изгиба ледяного поля над пучностью сейши, чтобы он треснул.

Таяние льда в водоёмах.

Разрушение ледяного покрова, т. е. вскрытие замерзашего водоема, включает три стадии:

I стадия — таяние снежного покрова. Талая вода пропитывает снег, он темнеет, снижается величина отражающей способности поверхности водоёма, увеличивается поглощение суммарной солнечной радиации, что ускоряет таяние. Вода накапливается на льду, протаивают вдольбереговые трещины, заполняющиеся талой водой. Увеличение расхода воды в притоках приводит к подъему уровня воды в водоёме. Ледяной покров, освободившийся от снега, всплывает. Талая вода с него уходит под лёд. Вдоль берегов образуются закраины у скалистых крутых берегов и более широкие — на мелководьях.

II стадия — активное таяние ледяного покрова. Оно происходит на его верхней поверхности вследствие поглощения льдом солнечной радиации (большая величина радиационного баланса) и турбулентного теплообмена с более тёплым воздухом.

Подтаивает и нижняя поверхность льда вследствие конвективного перемешивания подлёдной воды с нижележащим слоем, нагретым днем проникающей сквозь лед солнечным излучением. Локально оно интенсифицируется динамическим перемешиванием в приустьевых зонах, куда поступают воды притоков. Плотностные течения, несущие теплоту и распространяющиеся из этих зон в подледном слое из-за малой минерализации и плотности вод речного половодья, усиливают подтаивание снизу ледяного покрова. Стаивание льда сверху и снизу уменьшает толщину ледяного покрова примерно на 30 %.

Одновременно таяние происходит внутри пористого водноснегового и прозрачного кристаллического слоев. Оно начинается вокруг содержащихся во льду частиц ионного состава. Образующиеся капли внутрилёдной солоноватой талой воды, поглощающие солнечное излучение, вызывают протаивание вертикальных канальцев диаметром 0,1-1,0 мм между ледяными кристаллами. Это увеличивает рассеяние и поглощение солнечного света в толще льда и ускоряет таяние. Канальца расширяются до 5 мм и более в диаметре, и внутрилёдная вода стекает под лёд, происходит его обессоливание.

Прочность ледяного поля уменьшается настолько, что любая даже небольшая на него нагрузка — ветровое пульсирующее давление сверху или сейшевые колебания воды снизу — разрывает ослабевшие связи между кристаллами льда. Лед рассыпается на отдельные кристаллы диаметром до 5-7 см и длиной 20-30 см и более. В эту стадию выход на лёд крайне опасен.

III стадия — таяние возникающих полей ледяных иглообразных кристаллов и еще не раздробленных льдин. Оно происходит обычно быстро благодаря резкому снижению альбедо смеси воды и ледяных кристаллов, их механическому дроблению волнением и трением друг о друга. Из-за поглощения льдом солнечного излучения весной для его таяния и разрушения в водоёме достаточна в 5 раз меньшая сумма положительных температур воздуха, чем сумма её отрицательных значений зимой для формирования толщи ледяного покрова.

Вскрытие малых озёр, прудов и водохранилищ происходит практически одновременно на всей их акватории. В целом сроки начала ледостава и очищения ото льда озёр и водохранилищ — более поздние, чем на реках. Их запаздывание тем значительнее, чем больше размеры водоёма и меньше его проточность.

Источник