Начальные виды льда что это

Начальные виды льда.

Ледяные иглы — отдельные кристаллы, взвешенные в поверхностном слоеводы.

Ледяное сало — концентрация ледяных игл, образующих сплошной слой или пятна серовато-свинцового цвета.

Снежура — кашеобразная масса, образующаяся при выпадении снега на замерзающую воду.

Шуга — скопления ледяного сала, снежуры или всплывшего внутриводного льда, образующиеся при ветре и волнении.

При слабом волнении из ледяного сала, снежуры и шуги образуется блинчатый лед – пластины льда округлой формы от 30 см до 3 м в диаметре с приподнятыми краями , толщиной 10-15 см.

2. Нилас — тонкий, эластичный лед толщиной до 10 см, изгибающийся наволне.

3. Молодой лед. Bмеет толщину 10-30 см, ломается под действием ветра, образуя нагромождения — торосы.

4. Однолетний лед — морской лед, просуществовавший не более одной зимы. Его поверхность покрыта снегом, который на ровных местах располагается сравнительно ровным слоем, а около торосов образует сугробы.

5. Старый лед — морской лед не успевший растаять в течение одного лета. Толщина однолетнего льда колеблется от 0.5 до 1.5 м и более. Толщина двухлетних и многолетних льдов превышает 2 м, достигая в центральных районах Северного Ледовитого океана 3.5-4.0 м.

Соленость льда

Под соленостью морского льда понимается соленость воды (в г/кг), полученной при плавлении льда.

Механизм образования морского льда можно представить как замерзание пресной воды с вытеснением солей в ячейки морской воды внутри толщи льда. Когда температура достигает точки замерзания, образуются ледяные кристаллы, которые “окружают” незамерзшую воду. Незамерзшая вода обогащается солями, вытесненными кристаллами льда, что приводит к дальнейшему понижению точки замерзания воды в этих ячейках. Если кристаллы льда не полностью окружат обогащенную солями незамерзшую воду, она будет опускаться и смешиваться с нижележащей морской водой. Если процесс замерзания растянут во времени, то почти весь обогащенный солями рассол уйдет из льда и его соленость окажется близкой к нулю. При быстром замерзании большая часть рассола захватится льдом и его соленость будет почти такой же, как и соленость окружающей воды.

Таким образом, морской лед (особенно вновь образованный) представляет собой конгломерат кристаллов чистого пресного льда и включений рассола (соленостью более 50‰), заполняющего полости и капилляры.

Соленость морского льда примерно в 4 раза меньше солености воды, из которой он образовался. В большинстве случаев она находится в диапазоне от 2 до 20‰ со средними значениями 3-8‰.

Дата добавления: 2016-02-02 ; просмотров: 716 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

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

19 видов льда

Лёд взрывается, тонет в воде, проводит ток, генерирует мощное магнитное поле.

Мой друг в детстве приклеивал на капельку пластилина таракана на дно формочки для льда, заливал водой и замораживал. Потом швырял ледяные кубики с начинкой в стену и кричал «Я — Сабзиро!» А я всё время выбирал Глациуса в Killer Instinct, потому что изящный. В «Семиевии» из льда на астероиде построили реактивный двигатель и льдом же его топили. Ну и, конечно же, «Колыбель для кошки». А тем временем в реальности…

Аргоннская национальная лаборатория в 1980 придумала технологию ледяной гидросмеси (ice slurry), которая не образует ледяные наросты, не слипается, течет по трубам и в 5-7 раз эффективнее простой воды для охлаждения.

Микрокристаллы льда «ледяная кровь» хорошо проникают в маленькие кровеносные сосуды без вреда для клеткок. При остановке сердца время для спасения пострадавшего теоретически может увеличиться с 10 до 45 минут.

Д. Пайк предложил добавить в лед опилки и из этого композита (пайкерита) сделать… авианосец.

Чуток копнув, я узнал, насколько глубока ледяная кроличья нора.

Первопроходец в исследовании различных типов льда — Перси Уильямс Бриджмен, нобелевский лауреат по физике в 1946, он работал с высокими давлениями (до 10 ГПа), открыл/описал в 1912 году 5-6 видов льда.

«Правила льда»

Правила Бернала-Фаулера:

• а) атом кислорода каждой молекулы Н₂О связан с четырьмя соседними атомами водорода: с двумя атомами водорода ковалентной связью, с двумя соседними — посредством водородных связей (как это имеет место в кристаллической структуре льда);
• б) на линии кислород — кислород может располагаться только один протон Н + ;
• в) протон, участвующий в образовании водородной связи и находящийся между атомами кислорода имеет два равновесных положения и может находиться как вблизи своего атома кислорода на расстоянии приблизительно 1 A, так и вблизи соседнего атома кислорода на расстоянии 1,7 A, т.е. наряду с обычным димером HO-H. OH₂ стабильной является также и ионная пара HO — + H-OH₂. Состояние «протон около соседнего кислорода» характерно для границы раздела фаз, т.е. вблизи поверхности вода-твердое тело или вода-газ;
• г) пространственная связь тройки О-Н… О, где чертой обозначена ковалентная связь, а точками — водородная, не может быть произвольной, а имеет четкую пространственную направленность.

Шесть возможных молекулярных ориентаций центральной молекулы воды в пентамере Вальрафена.

Эксперименты с величиной и скоростью изменения температуры и давления, а так же хитрости с графеном позволяют играться со структурой и ориентацией протонов, что порождает 19 экспериментально полученных и несколько теоретических видов льда.

Фазовая диаграмма и структуры льда.

Сводная таблица 19 видов льда.

Лёд 0

Теоретическая структура. Лед-0 может получиться при кристаллизации льда I_си льда I_h из переохлажденной воды.

Аморфный лёд

Фазовая диаграмма аморфных льдов и жидкой воды.

Лёд-I_aили LDA (Low-density amorphous ice)

Если жидкую воду охладить со скоростью порядка 1 000 000 К в секунду, то молекулы не успевают сформировать кристаллическую решётку и получается аморфный лед низкой плотности, («сверхохлаждённая стекловидная вода», HGW). Второй способ — сконденсировать водяной пар на сильно охлажденной подложке («аморфная твёрдая вода», ASW).

Лёд-I_a или HDA (High-density amorphous ice)

Аморфный лёд высокой плотности можно получить сдавливая лёд «обычный» I_h при температурах ниже 140 К.

VHDA (Very-high density amorphous ice)

Аморфный лёд очень высокой плотности (2001) получают нагревом HDA до 160 К при давлении 1-2 ГПа.

Интересное видео, как лёд из одной фазы тает в другую:

Лёд I_h

Обычный гексагональный (hexagon, поэтому I_h) кристаллический лёд. Почти весь лёд на Земле относится ко льду I_h, и лишь малая часть — ко льду I_с (сubic).

Лёд I_с (1987)

Ромбовидное расположение воды во льду I_с

Лёд-I_sd

Кстати, лёд I_sd был «открыт» при наблюдении за солнечным гало во время ледяных игл/«алмазной пыли»:

Треугольная снежинка из I_sd

Лёд 2 (1900)

Получают лёд-II, сжимая лёд I_h при температурах от −83 °C до −63 °C (190—210 K) и давлении 300 МПа, или путём декомпрессии льда V при температуре −35 °C (238 K). При нагреве лёд-II преобразуется в лёд-III.

Предполагают, что «ледяные луны» например, Ганимед, могут быть изо льда-II.

Лёд 3

Можно получить при охлаждении воды до −23 °C (250 K) и давлении 300 МПа.

Лёд-III — наиболее просто получаемый и доступный для исследований лёд высокого давления. Впервые он был получен из обыкновенного льда при температуре −22 °C (температура тройной точки лёд Ih — лёд III — вода) путём повышения давления до 210 МПа

Лёд 4

Получают медленным нагревом (0,4 K/мин) аморфного льда высокой плотности от температуры 145 К при постоянном давлении 0,81 ГПа.

Лёд 5

Лёд-V производят охлаждением воды до 253 K (−20 °C) при давлении 500 МПа. Структура льда-V — самая сложная из всех фаз льда. Лёд V тает при 50 °С.

Лёд 6

Получают при охлаждении воды до −3 °C (270 K) и давлении 1,1 ГПа. В нём проявляется дебаевская релаксация. Лёд VI тает при температуре 81 ºС (355 K) при 2,216 ГПа и при температуре около 0 ºС при 0,6 ГПа.

Монокристалл льда VI

Кристаллизация воды в тетрагональный лёд VI при комнатной температуре и давлении 0.9 ГПа.

Рост кристалла при трапецеидальном давлении.

Рост кристалла при синусоидальном давлении.

Лёд 7 (1969)

Самый неупорядоченный лёд, в нем не только атомы водорода, но и атомы кислорода не упорядочены.

Можно получить из воды под давлением 3 ГПа при охлаждении до комнатной температуры. Так же получается изо льда VI при увеличении давления при комнатной температуре.

Лёд 8

Упорядоченная версия льда-VII, в котором водород зафиксирован. Получается изо льда-VII при его охлаждении ниже 5 °C.

Лёд 9 (1973)

Лёд-IX — метастабильная форма твёрдой воды при температурах ниже 140 K и давлении 200-400 МПа. Получается изо льда III при охлаждении.

Лёд 10 (1984)

Симметричный лёд с упорядоченным расположением протонов. Образуется при давлениях около 70 ГПа.

Структура льда-X (слева верх) и предсказанные вариации Pbcm, Pbca, Cmcm.

Лёд 11 (1972)

Лёд-XI — это самая устойчивая конфигурация льда I_h с упорядоченной ориентацией протонов. Является сегнетоэлектриком (спонтанная поляризация, которую можно менять внешним электрическим полем).

Лёд 12 (2003)

Получается охлаждением воды до −13 °C (260 K) при давлении 0,55 ГПа. Так же лёд-XII можно получить изо льда I_h при температуре 77 K быстрым сжатием 1 ГПа/мин или нагреть аморфного льда высокой плотности до 183 К при давлении 0,8-1,6 ГПа.

Лед 13

Протонно-упорядоченная вариация льда-V. Получается при охлаждении воды до 130K при давлении 500 МПа.

Лёд 14 (2006)

Модификация льда-XII, где протоны расположены упорядоченно. Образуется при заморозке воды при температуре 118 K и давлении 1,2 ГПа.

Лед 15 (2009)

Лёд-XV — форма льда-VI с упорядоченными протонами, получается при охлаждении воды до 130 К при давлении 1 ГПа.

а) фазовая диаграмма льда с некоторыми маршрутами, используемыми для изучения упорядоченной формы льда и б) как молекула воды изменяется при переходе от неупорядоченной формы льда к упорядоченной.

Лёд 16 (2014)

Лёд-XVI имеет наименьшую плотность среди всех видов льда 0,81 г/см 3 , топологически эквивалентен КС-II (газовые гидраты). Получается путём удаления молекул газа из клатрата неона в вакууме при температуре ниже 147 К.

Фазовая диаграмма воды, расширенная до отрицательных давлений.

Лёд 17 (2015)

Квадратный лед получается если зажать воду между двумя слоями графена (1 нанометр) при комнатной температуре (Андрей Гейм подсчитал, что давление там примерно 10 000 атмосфер). Возможно, встречается в природе в трещинах камней и почвы.

Лёд 18 (2019)

Супер-ионный лёд в четыре раза плотнее обычного льда и обладает электропроводимостью.

Лед-XVIII или суперионная вода может существовать при очень высоких давлениях 50-100 ГПа (удар лазерного импульса в ячейке с алмазными наковальнями) и температуре. Молекулы распадаются на ионы. Ионы кислорода формируют гранецентрированную кубическую решетку, а ионы водорода хаотично диффундируют внутри нее.

Фазовая диаграмма супер-ионного льда: объёмно-центрированный ионный лёд (синий), гранецентрированный/плотноупакованный (зелёный) и ионный лёд P2₁/c. Серый — кристаллический лед, жёлтый — область ионной жидкости.

Лед 19 (2021)

Различия в дифракционных картинах и строении кристаллической решетки льда-VI и льда-XIX

Если ко льду-VI применить давление от 0,88 до 2,20 гигапаскалей, то образуется лед-XV, и новый лед-XIX. Если проанализировать диэлектрическую проницаемость и нейтронную дифракцию, то придем к выводу о самостоятельности новой фазы.

Источник