Морские льды.

Ледяной покров морей - своеобразное образование, созданное самой природой в виде упруго-пластичной анизотропной пластины, состоящей из льда и лежащей на упругом основании - на воде.

Формирование пресных кристаллов льда происходит на поверх­ности моря при условии, когда температура воды достигает точки замерзания. Чем выше соленость воды, тем ниже температура за­мерзания. Смерзание кристаллов приводит к возникновению упру­го-пластичного анизотропного слоя льда. Этот процесс сопровожда­ется вытеснением солей из кристаллической решетки льда и обра­зованием пленки рассола на поверхности кристаллов. Дальнейшее понижение температуры приводит к вымерзанию части воды и уве­личению концентрации рассола, а при повышении температуры часть пресного льда переходит в рассол, понижая его концент­рацию.

Морской лед пористый, его объемный вес (0,85 г/см³) меньше веса глетчерного льда. Морской лед менее прочен, чем пресный, но более пластичный и вязкий. Присутствие рассола предопределя­ет его быстрое таяние.

Генетическая классификация ледяного покрова морей. Ледяной покров разделяют на две группы: ледяной покров нарастания (термического происхождения) и ледяной по­кров нагромождения (динамического происхождения).

В образовании ледяного покрова группы нарастания выделяют­ся две стадии.

Первая стадия начинается с момента возникновения льда и длится до конца летнего периода. Поверхность льда первой стадии ровная. Мощность молодого льда достигает 0,2 м, годовалых льдов от 1,0 до 2,4 м, соленость от 5-8 до 15—-0%о.

Вторая стадия ледяного покрова нарастания начинается со вто­рой зимы существования льдов (характерно для арктических мо­рей). Льды могут быть годовалыми, многолетними и паковыми. Поверхность таких льдов неровная. Неровности поверхности льда - результат дифференциальной абляции. Толщина многолетних льдов в Арктике достигает 3-4,0 м. Многолетние льды распреснены до 0,01 - 2%.

Вторая группа - льды нагромождения, возникают из механически разрушенного ледяного покрова нарастанием под влиянием динамических процессов в море.

В первую стадию первичного нагромождения обломки ледяных полей и отдельные куски, нагромождаясь, образуют торосы. Возникает хаотическая неровная поверхность, возвышающаяся над поверхностью воды до 3-4 и даже 12 м. Подводная часть торосов достигает нескольких десятков метров. Весной эти льды распадаются на отдельные льдины.

Вторая стадия - смерзание. Нагроможденные льдины смерзаются, создавая монолитную, более сглаженную по сравнению с первой стадией, поверхность. Толщина льдов нагромождения 10 - 15 м и более. Такие льды крепко спаяны друг с другом и при таянии и подвижках не распадаются на отдельные, составляющие их льдины.

Важным показателем характера ледяного покрова является рельеф его верхней поверхности. Количественным показателем изменения поверхности служит коэффициент, отражающий отношение фактической длины между двумя крайними точками, расположенными на этой поверхности, к длине прямой, соединяющей эти точки.

Прочность ледяного покрова тесно связана с сезонами года. Зимой наблюдается наибольшая прочность льда у верхней поверхности. Весной прочность верхней и нижней поверхности льда выравнивается, а летом происходит уменьшение прочности льда до 5-10% по сравнению с прочностью зимнего льда. Осенью начинает увеличиваться прочность верхнего слоя.

В ледяном покрове морей выделяют два класса льдов: неподвижные и дрейфующие льды.

Льды неподвижные (припай - лед, примерзший к берегам в виде широкой полосы в десятки и сотни километров). Для припая характерны вертикальные колебания, возникающие от сгонно-нагонных и приливных явлений.

Льды дрейфующие - льды, свободно передвигающиеся под воздействием ветров и течений. Дрейфующие льды разделяются на сплошной лед, ледяные поля, обломки полей, крупнобитый лед, мелкобитый лед и ледяную кашу.

Трещиноватость льдов. Важным признаком, характеризующим несущую способность и проходимость ледяного покрова, является его трещиноватость.

При использовании ледяных полей необходимо иметь представление о характере трещин.

Встречаются открытые трещины, проходящие через всю толщу льда и сильно уменьшающие несущую способность ледяного поля, и поверхностные трещины, имеющие малую глубину и возникающие при резком охлаждении верхней поверхности льда в результате значительного похолодания воздуха или сноса ветром снега, который служил теплоизоляционным слоем, предохранявшим лед от сильного выхолаживания.

Различают следующие генетические типы трещин: 1) трещины термического происхождения, возникающие под влиянием внутренних напряжений, обусловленных разностью температур; 2) трещи­ны, вызванные колебаниями уровня; они возникают при переходе от прочно залегающего льда к льдам, испытывающим колебательные движения; 3) трещины, обусловленные тангенциальными силами, возникающими при сжатии и ветрах; 4) трещины образующиеся под воздействием искусственных нагрузок на лед при его эксплуатации.

Лед, формирующийся при низкой температуре очень быстро, обладает меньшей прочностью, чем лед, возникающий при медлен­ном замерзании. Это объясняется тем, что при быстром замерзании во льду остается большое количество рассола, понижающее его прочность.

Практическое значение изучения ледяного покрова. Изучение поведения ледяного покрова под нагрузкой с целью использования его грузоподъемности имеет огромное практическое значение.

За рубежом (США) с помощью различных материалов производится искусственное упрочение (армирование) льда. Опытные работы были проведены на военно-воздушной базе Туле (Гренландия). Они позволили сделать заключение о том, что прочность армированного испытанными материалами льда возрастает линейно по мере увеличения объема содержащегося в нем наполнителя. Наиболее дешевым материалам для армирования льда является папье-маше (пульпа) из газетной бумаги; упрочение льда с помощью древесного волокна дороже в 2 раза, асбеста - в 4 раза и тянутого стекловолокна - в 8 раз.

Особый вопрос (связанный со стратегическими целями), которым занимаются американские гляциологи, это искусственное изготовление прочных ледяных платформ из морского льда для устройства аэродромов и плавающих ледяных островов. Сущность этого метода заключается в быстром увеличении толщины природного льда. С этой целью на поверхность льда с помощью насосов подают морскую воду и намораживают слой за слоем новый лед. Для того чтобы подаваемая вода не растекалась, участок, где происходит изготовление ледяной платформы, огораживается снежными дамбами.

В Арктике и Антарктике проводятся также исследования по консервации покрытия ледовых временных и постоянных аэродромов с помощью пенистых растворов. Последние обладают малой теплопроводностью и поэтому служат хорошим теплоизолятором.

Ледяной покров является препятствием при плавании судов, он сокращает период навигации, создает угрозу различным сооружениям и судам. Поэтому разрабатываются различные методы его разрушения. Это и разрушение ледяного покрова с помощью ледоколов, т. е. судов, ломающих лед собственным весом, и взрывами, и тепловыми, и химическими методами, а также радиационным теплом (снижением альбедо).