Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

разовании такого льда вначале появляются призматические крис­ таллы, ориентированные оптическими осями параллельно поверх­ ности моря, рост которых происходит в горизонтальном направле­ нии. Затем начинают развиваться призматические и пластинчатые кристаллы, ориентированные перпендикулярно поверхности моря. Их нарастание в вертикальном направлении приводит к образова­ нию сплошной корки льда. Кристаллы льда игольчатой структуры более однородны и правильно ориентированы. Лед игольчатой структуры прозрачен и лишен примесей. При неспокойном море, в условиях интенсивного перемешивания, особенно при образовании внутриводного льда, возникает лед губчатой структуры. Кристаллы его беспорядочно ориентированы, а промежутки между ними за­ полнены пузырьками воздуха и водой. При образовании льда из снега, при механическом воздействии и давлении льдин друг на друга образующийся лед имеет зернистую структуру, напоминаю­ щую фирновый лед (см. § 220). Это менее прочный и почти не­ прозрачный лед. В природных условиях лед может быть неодно­ родным по структуре и переслоенным.

Основные характеристики морского льда, так же как и морской воды, — это соленость, температура и плотность. Под соленостью морского льда понимают общее количество солей в граммах, со­ держащихся в 1 кг воды, полученное при его плавлении. Соле­ ность морского льда зависит от солености морской воды, из ко­ торой он образовался, от скорости ледообразования, от состояния моря в момент ледообразования, от возраста льда и его толщины. Чем больше скорость ледообразования, тем выше соленость льда, так как меньше морской воды успеет стечь. При образовании льда, кристаллы которого не включают в себя солей, растворенные в морской воде соли переходят в прослойки между кристаллами, образуя раствор повышенной концентрации — рассол. При доста­ точно интенсивном охлаждении часть рассола остается вмерзшей в ячейках между кристаллами льда. При дальнейшем понижении температуры происходит выкристаллизовывание отдельных солей из рассола.

Температура на поверхности льда близка к температуре воз­ духа, а на нижней поверхности соответствует приблизительно тем­ пературе замерзания воды. Поверхностная температура льда ис­ пытывает суточные и сезонные изменения, следуя за температурой воздуха, а температура на нижней границе льда иочти постоянна. Поэтому колебания температуры внутри льда сверху вниз умень­ шаются.

Важное значение имеют такие физические свойства морского льда, как объемное тепловое расширение, теплоемкость и тепло­ проводность. В отличие от пресного льда, удельный объем которого при понижении температуры уменьшается, удельный объем мор­ ского льда при понижении температуры от 0 до —23° С увеличива­ ется.

Эта «аномалия» связана с тем, что при изменении температуры воды в этом интервале одновременно идут два процесса: с одной

стороны, уменьшение объема с понижением температуры, с дру­ гой, — увеличение объема за счет дополнительного образования

льда из рассола в солевых ячейках.

Удельная теплоемкость морского льда также изменяется «ано­ мально», в зависимости от изменений температуры в солевых ячей­ ках, где может происходить таяние или образование льда с выде­ лением или поглощением тепла. При относительно высоких темпе­ ратурах и значительной солености удельная теплоемкость морского

■—2° С она становится 10,83 кал/(г • град), т. е. 4,54 • ІО4 Д ж /(кг • К) ■ Таким образом, удельная теплоемкость морского льда растет с уве­

личением солености и температуры.

Коэффициент теплопроводности льда различной плотности из­ меняется от 2,05 до 2,26 Вт/(м- К) (от 5,4 • ІО-3 до 4,9 X

X 10~3 кал/сек. град. см).

Плотность морского льда зависит от его температуры и соле­ ности, а также от количества пузырьков, включенных в лед. Плот­ ность чистого пресного льда, лишенного пузырьков воздуха, при 0° С равна 0,9176; она незначительно повышается с понижением температуры, а у морского льда и с увеличением солености. В за­ висимости от солености и содержания пузырьков воздуха (т. е. пористости, выражаемой в процентах и характеризующей отноше­ ние объема пузырьков, включенных в лед, к общему объему льдины) плотность морского льда изменяется в пределах от 0,920 до 0,953 г-см -3. Наибольшее влияние на плотность, а также и проч­ ность льда оказывает включение пузырьков воздуха, поэтому ста­ рые льды, где солевые ячейки, освободившиеся от рассола, за­ полнены пузырьками воздуха, имеют наименьшую плотность.

Льды различаются и по механическим свойствам — твердости, упругости, прочности, эластичности. Твердость льда с понижением температуры возрастает, а с нею увеличивается и хрупкость. Мор­ ской лед менее прочен, чем речной, но отличается большей упруго­ стью и пластичностью. Исследования механических свойств ледя­ ного покрова показывают, что прочность морского льда примерно на 25% ниже прочности речного льда. Для оценки прочности льда пользуются такими характеристиками, как предел и модуль упру­ гости \ разрушающее напряжение, коэффициент вязкости, коэф­ фициент Пуассона и др. Все эти характеристики, полученные как в лабораторных, так и в природных условиях, приводятся в спе­ циальной литературе, в частности в «Океанологических табли­

цах».1

1 Предел упругости — это величина напряжения, при котором лед перестает быть упругим и становится пластичным. Модуль упругости — коэффициент про­ порциональности, численно равный напряжению, возникающему при относитель­ ной деформации тела, равной единице.

свойственна та или иная форма. Столообразные айсберги отлича­ ются плоской поверхностью, характерны для Антарктики, где обы­ чно достигают огромных размеров. Пирамидальные айсберги имеют вершину остроконечной неправильной формы и отличаются боль­ шой высотой; встречаются главным образом в Арктике. Размеры их значительно меньше, чем столообразных. Наибольший айсберг пирамидальной формы был обнаружен на севере Атлантики в рай­ оне Ньюфаундленда. Длина его была 585 м, высота 87 м. Были обнаружены куполообразные и разрушенные айсберги, имевшие максимальную длину 3,8— 1,6 км и высоту 123— 137 м. Отдельные гигантские айсберги, как, например, встреченный в 1953 г. кито­ бойным судном «Валена», имели длину до 145 км и ширину 45 м, а «В. Скоресби» встретил айсберг длиной 280 км.

Вследствие огромных размеров ледяные горы могут сущест­ вовать долго, в особенности в антарктических водах, где климат и гидрологические условия более суровы, чем в Арктике. Антаркти­ ческие айсберги могут существовать более 13 лет и относятся к ха­ рактерным особенностям антарктического ландшафта. Арктические ледяные горы менее долговечны, возраст их обычно не превышает двух лет.

С возрастом форма айсбергов меняется. По мере разрушения надводной части они постепенно превращаются в колоннообразные ледяные горы. В последней стадии разрушения айсберги прини­ мают крылообразную и рогообразную формы. В соответствии с этим меняются и соотношения между высотами выступающей (надводной) и подводной частей ледяных гор. Характерные соотно­ шения между этими величинами, по данным Международного ле­ дового патруля, приведены в табл. 16.