Морской лёд
Морско́й 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).
Содержание
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 [1] . В среднем солёность льда в 4 раза ниже солёности образовавшей его воды, колеблясь от 0 до 15 промилле (в среднем 3-8 промилле) [2] .
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 [3] ) 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 [4] .
Теплофизические свойства
Средняя удельная 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, 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:
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.
Области распространения
По продолжительности сохранения ледяного покрова и его генезису акваторию Мирового океана обычно делят на шесть зон [5] .
- Акватории, на которых ледяной покров присутствует круглый год (центр Арктики, северные районы морей Северного Ледовитого океана, антарктические моря Амундсена, Беллинсгаузена, Уэдделла.
- Акватории, на которых льды ежегодно меняются (Баренцево, Карское моря).
- Акватории с сезонным ледяным покровом, образующимся зимой и полностью исчезающим летом (Азовское, Аральское, Балтийское, Белое, Каспийское, Охотское, Японское моря).
- Акватории, на которых льды образуются только в очень холодные зимы (Мраморное, Северное, Чёрное моря).
- Акватории, на которых отмечается лёд, принесённый течениями из-за их границ (Гренландское море, район острова Ньюфаундленд, значительная часть Южного океана, включая область распространения айсбергов.
- Остальные акватории, составляющие бо́льшую часть Мирового океана, на поверхности которых льдов не бывает.
Источник
Классификация морских льдов
Морские льды классифицируются по происхождению, формам и размерам, состоянию поверхности льда (ровный, торосистый и т. п.), возрасту (стадии развития и разрушения различных видов льда), навигационному (проходимость льдов судами) и динамическому (неподвижные и плавучие льды) признакам.
По происхождению наблюдаемые в море льды делятся на морские, речные и глетчерные (лед материкового происхождения — айсберги, ледяные острова).
Речные льды, выносимые в море, обычно коричневатого цвета, имеют те же формы, что и морские. Глетчерный лед резко отличается от морского и речного вертикальными размерами, формами и цветом.
Виды и формы льдов
В зависимости от стадии развития и условий льдообразования льды делятся на следующие виды и формы.
Начальные виды льдов:
- ледяные иглы — кристаллы льда в виде тонких игл или пластинок, образующихся на поверхности воды или в ее толще;
- ледяное сало — скопление на поверхности воды смерзшихся ледяных игл в виде пятен или тонкого сплошного слоя серовато-свинцового цвета, придающих водной поверхности матово-маслянистый вид;
- снежура- вязкая, кашеобразная масса, образующаяся при обильном снегопаде на охлажденную воду;
- шуга — скопление рыхлых белесоватых комков льда диаметром в несколько сантиметров, образующихся из ледяного сала, снежуры и донного льда;
- нилас — тонкая, эластичная ледяная корка толщиной до 10 см, легко прогибающаяся на волне и зыби; имеет матовую поверхность;
- склянка — тонкий прозрачный лед в виде блестящей хрупкой корки толщиной до 5 см, образующийся из ледяных кристаллов или ледяного сала при спокойном состоянии моря; легко ломается при ветре или волне;
- блинчатый лед — лед, преимущественно круглой формы от 30 см до 3 м в диаметре и толщиной до 10 см, с приподнятыми белыми краями вследствие удара льдин одна о другую.
Молодой лед- лед в его переходной стадии между начальными видами льдов и однолетним льдом, толщиной 15-30 см, имеет серый или серо-белый оттенок.
Однолетний лед — лед, просуществовавший не более одной зимы, развивающийся из молодого льда, толщиной от 30 см до 2 м. Подразделяется на:
- однолетний тонкий лед (белый лед) толщиной от 30 до 70 см,
- однолетний лед средний от 70 до 120 см и
- однолетний толстый лед толщиной более 120 см.
Двухлетний лед — лед, находящийся во втором годичном цикле нарастания и достигающий к концу второй зимы 2 м и более. Многолетний или паковый лед — лед, просуществовавший более двух лет, толщиной до 3 м и более; опресненный, имеет оттенок голубого цвета.
Припай — сплошной ледяной покров, связанный с берегом, а на мелководных участках моря — и с дном; является основной формой неподвижного льда. Припай может распространяться в ширину до нескольких десятков, а иногда и сотен километров. Толщина припая в Арктике обычно 2-3 м, в морях умеренных широт -1 -1,5 м и в южных морях СССР — 0,5-1,0 м.
Ледяной заберег — первоначальная стадия формирования припая; образуется у берегов, состоит обычно из ниласа или склянки, может достигать ширины до 100-200 м.
Подошва припая — часть припая, примерзшая непосредственно к берегу и не подверженная вертикальным колебаниям при приливе и других изменениях уровня моря.
Стамуха — ледяное торосистое образование, сидящее на грунте.
Лед на берегу — нагромождение льда на пологом берегу.
Плавучие льды не связаны с берегом и дрейфуют под влиянием ветра и течения. К ним относятся начальные стадии льда (сало, снежура, шуга, блинчатый лед), более поздние его формы (нилас, молодик, однолетний, двухлетний и многолетний лед), лед в виде полей, их обломков или отдельных льдин, а также айсберги, их обломки и ледяные острова.
В зависимости от размеров льдин плавучие льды подразделяются на следующие формы:
- ледяные поля — это наиболее крупные по площади образования дрейфующего льда, которые по размерам делятся на гигантские (свыше 10 км в поперечнике), обширные (2-10 км), большие (0,5-2 км) и обломки полей — льдины размером 100- 500 м;
- крупнобитый лед — льдины размером 20-100 м;
- мелкобитый лед — льдины размером 2-20 м;
- тертый лед — льдины размером 0,5-2 м;
- сморозь — смерзшиеся в ледяном поле куски льда различного возраста;
- торосы -отдельные нагромождения обломков льдин (бугры) на ледяном покрове, образующиеся вследствие сильного столкновения или сжатия льдов;
- несяк — большой торос или группа торосов, смерзшихся вместе, представляющих собой отдельную льдину со сравнительно малыми горизонтальными и большими вертикальными размерами; осадка до 20-25 м и высота над уровнем моря до 5 м.
Айсберги, ледяные дрейфующие острова. Материковый (ледниковый) или глетчерный лед образуется на суше из твердых атмосферных осадков, который потом постепенно сползает в море. Льды материкового происхождения делятся на неподвижные и дрейфующие.
К неподвижным льдам материкового происхождения относятся:
- язык ледника — часть ледника, сильно выдвинувшаяся в море, находится на плаву и иногда простирается от берега на многие десятки километров, имеет большую ширину, в особенности в Антарктике;
- шельфовый лед — ледовое образование, возвышающееся над уровнем моря более чем на 2 м; имеет обычно волнообразную поверхность;
- ледяной барьер — край ледникового языка или шельфового льда, возвышающийся над уровнем моря от 2 до нескольких десятков метров.
К дрейфующим льдам относятся айсберги и ледяные острова.
- Айсберг — отделившаяся часть ледника или шельфового льда, дрейфующая в море (океане) и имеющая высоту свыше 5 м над уровнем моря. Высота айсбергов над поверхностью воды в среднем 70 (в Арктике) и 100 м (в Антарктике); основная часть айсберга находится под водой, т. е. его осадка может быть от 400 до 1000 м. Айсберги по своему внешнему виду бывают столбообразные (плосковершинные айсберги, имеющие большие горизонтальные размеры, особенно в Антарктике), пирамидальные (айсберги, имеющие остроконечную, неправильной формы вершину и сравнительно малые горизонтальные размеры). Встречаются в море обломки айсберга (значительные глыбы льда, отломившиеся от айсберга или от ледника и возвышающиеся не более чем на 5 м над уровнем моря) и куски (весьма малые по величине обломки айсбергов).
- Ледяные дрейфующие острова — огромные обломки шельфового льда с волнистой поверхностью длиной до 30 км и более; возвышаются над уровнем моря на 5-10 м, достигают толщины более 15-30 м, дрейфуют в Северном Ледовитом океане.
Источник
