Морской лёд
Морской лёд — лёд, образовавшийся в море (океане) при замерзании воды. Так как морская вода солёная, замерзание 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[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].
Распространение льда в Мировом океане
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:
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.
Области распространения
По продолжительности сохранения ледяного покрова и его генезису акваторию Мирового океана обычно делят на шесть зон
1. Акватории, на которых ледяной покров присутствует круглый год (центр Арктики, северные районы морей Северного Ледовитого океана, антарктические моря Амундсена, Беллинсгаузена, Уэдделла.
2. Акватории, на которых льды ежегодно меняются (Баренцево, Карское моря).
3. Акватории с сезонным ледяным покровом, образующимся зимой и полностью исчезающим летом (Аральское, Балтийское, Белое, Каспийское, Охотское, Японское моря).
4. Акватории, на которых льды образуются только в очень холодные зимы (Мраморное, Северное, Чёрное моря).
5. Акватории, на которых отмечается лёд, принесённый течениями из-за их границ (Гренландское море, район острова Ньюфаундленд, значительная часть Южного океана, включая область распространения айсбергов.
6. Остальные акватории, составляющие бо́льшую часть Мирового океана, на поверхности которых льдов не бывает.
Торосы
Торосы — нагромождение обломков льда, до 10-20 метров в высоту, которые образуются в результате сжатия ледяного покрова.
Различают два вида образования торосов (или торошения): взлом и раздробление ледяного покрова.
Торосы. Западный берег Ладоги весной
1 — Взломом называют такой вид торошения, когда в ледяном покрове образуются трещины и происходит нагромождение более или менее крупных обломков льда, принимающих всевозможные положения, до вертикального включительно.
2 — Раздроблением называется разрушение ледяного покрова на более мелкие части; оно сопровождается образованием торосов из сравнительно небольших кусков льда.
Взлом и Раздробление могут происходить и независимо друг от друга и совместно; в последнем случае наблюдается постепенный переход от формы 1 к форме 2.
Ледяной покров, загромождённый торосами, называют торосистым. Степень торосистости льда принято определять по пятибалльной шкале. В арктических морях наблюдается преимущественно торосистый ледяной покров, за исключением берегового припая между островами, в проливах, заливах, отмелях берегов (где лёд не подвергается сжатию).
Сидящее на мели торосистое ледяное нагромождение высотой 10 метров и выше называется стамухой. Часто образует систему параллельных берегу валов льда и способствует образованию припая.
Айсберг
Айсберг (нем. Eisberg, «ледяная гора») — крупный, свободно плавающий кусок льда в океане или море. Как правило, айсберги откалываются от шельфовых ледников. Природа айсбергов была впервые верно объяснена русским учёным Михаилом Ломоносовым. Поскольку плотность льда составляет 920 кг/м³, а плотность морской воды — около 1025 кг/м³, около 90 % объёма айсберга находится под водой.
В 2000 году от шельфового ледника Росса откололся в результате механической абляции наибольший известный на данный момент айсберг B-15 площадью свыше 10000 км². Весной 2005 г. его осколок — айсберг B-15A — имел длину более 115 километров и площадь более 2500 км² и всё ещё являлся крупнейшим наблюдаемым айсбергом.
Айсберг, отколовшийся от шельфового ледника Росса, названный B7B, размером 19 на 8 километров (площадь льда больше площади Гонконга) был замечен в начале 2010 года, при помощи спутниковой съемки NASA и ESA, на расстоянии примерно 1700 километров к югу от Австралии. Первоначальный размер этого айсберга составлял около 400 квадратных километров. Айсбергов такого размера, так далеко от источника своего происхождения за последние сто лет наблюдений отмечено не было.[источник не указан 334 дня] На то, чтобы уплыть так далеко на север у айсберга B7B ушло около 10 лет. Координаты айсберга B7B на начало 2010 года — 48.8° ю. ш. 107.5° в. д. (G) (O).
Если айсберг синего цвета, скорее всего ему более 1000 лет.
Тёмно-синий цвет имеют т. н. «чёрные» айсберги, недавно перевернувшиеся в воде.
Айсберги представляют очень большую опасность для судоходства. Один из наиболее известных примеров столкновения айсберга с судном — гибель «Титаника» в 1912 году.
На айсбергах практикуется строительство обитаемых исследовательских баз.
Уже сейчас иногда практикуется отбуксировка айсбергов в засушливые районы.
Гляциоло́гия (от лат. glacies - лед, греч. λόγος — слово, учение) — наука о природных льдах во всех его разновидностях на поверхности земли, в атмосфере, гидросфере и литосфере. Единым природным объектом изучения гляциологии являются гляциосфера и составляющие её нивально-гляциальные системы.
Ледяной остров Флетчера (Т-3) — айсберг, обнаруженный Джозефом Флетчером (англ.) в конце 1940-х годов. Один из самых известных дрейфующих островов. Откололся от шельфового ледника Уорд Хант. Площадь острова составляла 90 кв. км, толщина льда — до 50 метров. С 1952 по 1978 годы на нём неоднократно располагались дрейфующие научные станции. В начале 1980-х годов предположительно вынесен течением в Северную Атлантику и растаял.