разное

Разновидности льда

В природе существует множество разно­видностей и форм льда — морского и пресно­водного, атмосферного и почвенного; от ко­лоссальных плавучих гор-айсбергов до мель­чайшей пыли, висящей в морозном воздухе.

Морской лед образуется преимуществен­но в высоких широтах при замерзании верх­них слоев воды. В Антарктиде преобладают однолетние льды, покрытые слоем снега. Арктические льды в основном многолетние, толщина их достигает нескольких метров. Об­разование и существование морского льда влияют на окружающую морскую среду. При замерзании морской воды происходит как бы ее естественное опреснение вследствие различных температур замерзания воды и со­левого раствора, каким является морская вода. Поэтому морской лед содержит меньше солей, чем вода, из которой он образуется.

Значительное количество запасов пре­сных вод находится в кристаллическом состо­янии в виде материковых льдов Арктики, Ан­тарктики и ледников высокогорных рай­онов. Ледники являются ценными запасами пресных вод, и сейчас изучается возмож­ность их рационального использования. В Финляндии в песчаном холме на глубине 30 м находится уникальный подземный лед­ник. Финские ученые полагают, что это рели­ктовое образование ледникового периода.

В высоких широтах Земли снег не тает пол­ностью даже летом. Из года в год нарастают слои снежного покрова. Образовавшиеся в те­плую погоду талые воды впитываются в снег, а при замерзании сырой снежной массы обра­зуются фирновые зерна — снег становится по­хожим на светлые икринки. Фирн — своеоб­разная промежуточная форма между снегом и льдом. Тяжесть новых слоев спрессовывает фирн в монолитную ледяную массу. Кое-где остаются мелкие пустоты, заполненные пу­зырьками воздуха. Он с легким треском осво­бождается при таянии льда.

Так в течение тысячелетий накапливается ледяной покров Гренландии — родины айс­бергов. Под собственным весом белый ги­гантский щит постепенно обретает пластич­ность и начинает медленно сползать в океан. Ежегодно на побережье этого крупнейшего в мире острова, откалываясь от оконечностей ледников, рождаются 10...15 тысяч айсбер­гов. Примечателен береговой ледник Ринг, разламывающийся через каждые две недели. В течение нескольких минут от отвесных склонов этого ледника отделяются и с шу­мом погружаются в океан громадины весом в сотни тысяч тонн. В одиночку и группами от­правляются они в далекое плавание по океа­ну, постепенно достигая южных побережий, вплоть до Азорских островов и Флориды.

Многие айсберги оседают на мелях и посте­пенно тают, однако в периоды солнечной ак­тивности Северная Атлантика буквально за­полняется этими ледяными плавучими гора­ми, нередко окутанными плотным туманом. Чтобы предотвратить столкновение кораб­лей с айсбергами, в Атлантике с 1914 года дей­ствует специальная служба — Международ­ный ледовый патруль. Он вооружен эхолота­ми и гидролокаторами, способными выяв­лять подводные очертания айсбергов. Специ­альные анализаторы, сигнализирующие о внезапном падении солености и температу­ры воды, предупреждают о приближении ле­дяных гигантов. Чтобы сделать айсберги бо­лее заметными издали, их обстреливают сна­рядами, начиненными яркими светящимися красками. Любой корабль, находящийся в опасной акватории, может получить необхо­димую информацию и снимки ледяного по­крова океана с помощью спутников.

Еще более мощный поставщик айсбергов — Антарктида, необозримый ледовый конти­нент. Антарктические айсберги плавают по

16

Огромной территории холодных южных мо­рей, не стесненных материковыми граница­ми, иногда поднимаются до южных побере­жий Африки и Австралии.

Форма этих айсбергов имеет свои особен­ности: зачастую это так называемые столо­вые айсберги — плоские ледовые поля, мало возвышающиеся над водой. Будучи обломка­ми шельфового льда, они имеют солонова­тые нижние слои, но основная их масса — пре­сный чистейший лед.

Самым крупным из антарктических счита­ют айсберг, обнаруженный исследователями в 1964 году. Образовавшийся после разлома шельфовых ледников Эмери и Западного, этот гигант достигал 175 км в длину и 75 км в ширину, а его площадь составляла 12 тыс. кв. км.

Айсберги, подобные этому, поднимаются над водой на сотни метров. А поскольку при­мерно 6/7 их высоты скрыто под водой, то их несет подповерхностное течение, направле­ние которого не всегда совпадает с поверхно­стным. Поэтому айсберги часто меняют курс, что увеличивает опасность столкнове­ния с ними.

При длительном дрейфе в айсбергах зачас­тую образуются целые системы сквозных про­моин. Такие айсберги называют поющими: в ветренную погоду они неожиданно издают фантастические звуки.

Способность генерировать звуки обнару­жена и у льдов, не имеющих заметных полос­тей. Полярные льды в напряженном состоя­нии многоголосо звучат, подобно огромному органу. Характер звучания льда зависит от температуры окружающего воздуха, но при­рода этого явления пока остается загадкой.

Еще в начале нашего века в айсбергах виде­ли лишь угрозу, теперь люди начинают актив­но использовать их для различных целей. Ос­новная задача — использовать эти гигантские ледяные «консервы» как источники водо­снабжения. Особенно важно это для безвод­ных побережий Австралийского и Южноаме­риканского континентов, сравнительно близ­ких к Антарктическому бассейну. Конечно, дальняя транспортировка айсбергов — дело сложное и непривычное. Немало трудностей связано и с тем, чтобы заставить айсберги та­ять в нужном режиме. Однако по предвари­тельным расчетам стоимость талой воды из прибуксированных айсбергов все равно ока­зывается намного ниже опресненной мор­ской. Кроме того, эта вода сразу пригодна для питья.

И еще одно, несколько неожиданное свой­ство айсбергов и многолетних толщ материко­вых льдов обнаружили ученые. Оказалось, что это идеальные «кладовые памяти» нашей пла­неты. Вследствие циркуляции воздушных масс мельчайшие частицы взвешенных в воз­духе примесей отлагаются повсеместно на зем­ной поверхности, но практически нигде, кро­ме ледяных массивов, они недоступны после­дующему наблюдению. В Антарктиде лед на­ращивался многие тысячелетия и теперь тол­щина его достигает примерно четырех с поло­виной километров. Здесь надежно законсерви­рованы земная и космическая пыль, вулкани­ческий пепел, микроорганизмы и даже воздух давно минувших времен. Все это позволяет по­нять ход природных процессов, познать дале­кое прошлое нашей планеты.

Ученые все глубже изучают «память» ледя­ных покровов Земли, постигают значение ее для познания общепланетарных явлений ста­бильности климата, процессов перераспреде­ления энергии на Земле и т. д. Хотя ледяные монолиты не образуют непрерывного слоя, их начинают выделять в отдельную сферу — гляциосферу, наравне с атмосферой, гидро­сферой и литосферой. Льды планеты, состав­ляющие десятую часть ее поверхности, —

17

Дендриты

Т с

И

&

А

Полые

Призмы Дендриты

Один из важнейших компонентов окружаю­щего мира.

По сравнению с ледяными гигантами осо­бенно ощутима миниатюрность почвенного игольчатого льда — еще одной разновидно­сти льда, встречающейся на нашей планете. Такой лед можно наблюдать при медленном охлаждении песчаных и гумусовых почв, ког­да температура окружающей среды постепен­но переходит через нулевую отметку.

Изысканным геометрическим совершенст­вом отличаются многие формы атмосферно­го льда — снег, иней, ледяная пыль, крупа, град.

Снег образуется в облаках при определен­ных температурных условиях: капельки пере­охлажденной воды намерзают на ледяные мельчайшие кристаллики, содержащиеся в облаках. Особенно интенсивно они растут там, где в слое облака преобладают переохла­жденные капли (рис. 1.9). В тропосфере ос­новная масса облаков пребывает при темпе­ратуре ниже 0°С, но попадающие туда при ис­парении с поверхности планеты водяные па­ры не сразу превращаются в лед. В заметных количествах кристаллики льда появляются там лишь в температурном интервале от -12 до -16°С, интенсивное кристаллообразова­ние идет при -22°С, однако еще и при -41°С в облаках обнаруживают отдельные капли пе­реохлажденной воды.

Облака получают влагу от восходящих воз­душных потоков и циркулирующих в атмо­сфере воздушных масс. В этих массах содер­жится основное количество (90%) атмосфер­ной влаги. Сложный режим восходящих пото­ков воздуха, питающих облака влагой, вно­сит разнообразие в образование и рост ледя­ных кристалликов в облаке. Постепенно они приобретают такие размеры и вес, что преодо­
Левают подъемную силу восходящих потоков воздуха, и выпадают на землю в виде снега.

Надо льдом давление насыщенного пара всегда меньше, чем над переохлажденной во­дой при этой же температуре. Когда капля воды в процессе образования снежинки сближается с кристалликом льда, из окружа­ющей ее оболочки насыщенного водяного пара к ледяной поверхности, от большего да­вления к меньшему, устремляются молеку­лы воды. Оседая на кристаллике, они увели­чивают его размеры. А капли постепенно ис­паряются: за счет слагающих их молекул во­ды они создают все новые паровые оболоч­ки и тут же их теряют.

Структура снежного кристалла зависит от температуры, количества водяных паров, за счет которых он растет, и интенсивности их поступления. Все это создает удивительное разнообразие его форм. Специалисты, изуча­ющие формы снежинок для определения их связи с ходом атмосферных процессов, на­считывают тысячи их разновидностей (рис. 1.10).

Но при всем многообразии снежинки пре­имущественно имеют вид шести - и двенадца - тилучевых звездочек — дендритов, а также ше­стиугольных пластинок и шестигранных призм (рис. 1.11). В температурном проме­жутке от -8 до -12°С в облаке идет образова­ние главным образом дендритов. В этих усло­виях отмечается наибольший перепад между давлением насыщенного пара над водой и над ледяной поверхностью.

При -15°С появляются интересные смеж­ные формы — «запонки». Это кристалличес­кие иголочки льда, с обеих сторон заканчива­ющиеся наросшими в виде основания ледяны­ми звездочками или пластинками. Фигурку, у которой оба основания составляют пластин­ки, называют цузуми за сходство с традицион­ным японским барабаном. Есть предположе­ние, что почти все плоские смежные кристал­лы — это цузуми с предельно укороченным столбиком. Лишь при сравнительно слабых морозах с неба летят снежинки-звездочки.

В высоких широтах — в Заполярье, Антарк­тиде — чаще всего стоят суровые холода (-30...-50°С и ниже), и на землю ложится очень «неласковый» снег: каждая снежинка — это заостренный с одного конца граненый

Стерженек. Такие кристаллы обычно образу­ются в перистых облаках на высоте 7...10 ки­лометров над поверхностью Земли, то есть почти в стратосфере.

В слое воздуха, непосредственно примыка­ющем к земной поверхности, у атмосферно­го льда свои особенности. Тут можно наблю­дать иней, красиво искрящийся зимой на вет­вях деревьев, на проводах. Он представляет собой дендритные кристаллики, отлагающие­ся из влажного воздуха, процесс охлаждения которого проходит через точку росы.

Очень мелкие, чрезвычайно легкие ледя­ные кристаллики размером около 0,1 мм, так называемая алмазная пыль, висят в воздухе, почти не оседая. Особенно эффектны и на­рядны они в солнечные морозные дни. Такие кристаллики образуются в холодном влаж­ном воздухе при температуре около -20°C. При более низких температурах иногда в воз­духе наблюдаются явления типа инверсион­ных. Подобно тому, как на фоне голубого не­ба сконденсированная водяная влага сохра­няет некоторое время белые узоры от проле­тевшего реактивного самолета — инверсион­ный след, так и зимой позади идущего челове­ка может появиться образованная ледяными кристалликами полоса протяженностью 300...400 м, остающаяся в воздухе несколько минут.

Крупа и град — часто встречающиеся виды атмосферного льда. Они образуются, подоб­но снегу, в относительно высоких слоях атмо­сферы. Белая легкая крупа, холодный пред­шественник зимних снегопадов, представля­ет собой маленькие снежные комочки с на­липшими капельками переохлажденной воды. Примерно по такой же схеме образуют­ся и зерна града — этого ледяного посланца ат­мосферы в летние дни. Только при градообра- зовании процесс намерзания на ледяные кри­сталлы капель воды повторяется многократ­но, чередуясь с намерзанием кристалликов льда.