Проточная Еремеевская губа
В губе было сделано два разреза, которые подробно описывают ледовую обстановку данной губы [Рис. № 3.2].
Рис №. 3.2. - Схема расположения точек в Еремеевской губе
Рис №. 3.3 - Структура льда и снежного покрова на разрезе в Еремеевской губе (зеленые блоки – матовый лед, синие – прозрачный, оранжевые – слоистый, штрихованные – пористый)
Структура льда в Еремеевской губе имеет свои особенности [Рис. № 3.3]. Во-первых, толщина льда максимум доходила всего до 30 см. В предыдущих экспедициях в данной губе средняя толщина льда в среднем была на 5-7 см. больше. Яркой отличительной особенностью кернов на всех разрезах – это увеличение слоя матового льда при движении в сторону берега. В непосредственной близости от берега располагаются приливные трещины, которые образуются путем опускания и разлома припая на дне в ходе отлива. Непосредственно через эти приливные трещины во время будущих приливов морская вода поступает на лед, образуя матовый слой льда. Чем больше воды поступает на лед, тем больше мощнее должен быть матовый горизонт, что прекрасно отражено на разрезе. Также можно отметить, что на всех кернах отмечалась значительная доля новообразующегося пористового льда. Это говорит о том, что ледообразование в губе шло наиболее интенсивно именно во время проведения экспедиции, а именно во время наступления наиболее сильных холодов. При подобных благоприятных условиях ледообразование будет идти вплоть до достижения мощности льда значений 40 см. после чего ледообразование практически останавливается в данном районе.
Отделенное от моря Кисло-сладкое озеро
Для описания ледового режима на акватории Кисло-сладкого озера вместо разрезов был применен метод полигонов [Рис. № 3.4].
Рис №. 3.4. - Схема расположения точек в Кисло-Сладком озере
День экспедиции был посвящен исследованию ледовой обстановки на данном озере. На акватории озера было отобрано 6 кернов. Толщина льда на всех точках равнялась 34 - 35 см. Каких-либо отличий по толщинам льда на всей акватории озера не наблюдалось, правда, можно отметить, что по сравнению с предыдущими годами толщина льда в озере меньше. Также наблюдался повсеместно значительный слой пористого льда, говорящий о непрерывном продолжающемся ледообразовании и в озере [Рис. № 3.5].
Рис №. 3.5 - Структура льда и снежного покрова на полигоне в Кисло-Сладком озере (зеленые блоки – матовый лед, синие – прозрачный, штрихованные – пористый)
Соленость льда
Начальными формами морского льда являются тонкие и переплетающиеся друг с другом игры или пластинки чистого льда. Постепенно происходит выделение рассола (солей, растворенных в морской воде) и его опускание вниз вследствие большой плотности. Однако часть рассола остаётся вкрапленной в лед в виде солевых ячеек, так как не может стечь из-за заполнения промежутков между кристаллами новыми наслоениями в процессе льдообразования. Кроме того, часть рассола при всплывании ледяных кристаллов и их соединений, образовавшихся на некоторой глубине под поверхностью моря, оказывается на поверхности льда и образует так называемый поверхностный рассол.
В тонких ледяных образованиях главную роль играет поверхностный рассол. По мере увеличения толщины льда все большее значение приобретают солевые ячейки. Что объясняется непрерывным стоком рассола вниз, и постепенным переходом поверхностного рассола сначала в солевые ячейки, а затем в воду.
Солёность морского льда определяется как поверхностным рассолом (солями, растворенными в морской воде), так и рассолом солевых ячеек. Под соленостью морского льда обычно понимают соленость воды, образовавшейся при таянии морского льда. Фактически, распределение солей в морском льде всегда дискретное, значение солености льда зависит от многих факторов. Можно выделить самые основные:
Соленость воды, из которой образовался лед. Эта величина всегда выше солености морского льда, так как часть рассола в процессе льдообразования стекает вниз по профилю.
Скорость льдообразования. Чем она выше, тем меньше рассола успевает просочиться между кристаллами вниз по профилю. При прочих равных условиях скорость льдообразования тем больше, чем ниже температура. Обычно скорость нарастания льда снизу путём теплопроводности меньше скорости образования поверхностных слоёв льда при непосредственном соприкосновении с холодным воздухом, из-за чего скорости стекания рассола вниз невелики, и значение солености, в среднем, уменьшается от верхней границы к нижней.
Состояние моря во время льдообразования. При отсутствии каких-либо перемешивающих процессов лёд обычно имеет игольчатую форму, и соленость его ниже, чем у льда, образующегося при сильном перемешивании и похожего на пропитанную губчатую массу
Возраст льда. Чем старше лед, тем меньше его соленость, что объясняется непрекращающимся проникновением рассола вниз по профилю
Высота льда над уровнем моря. Чем выше лед поднимается над уровнем моря, тем преснее он становится, что опять же является следствием постоянного просачивания рассола вниз.
Численным значением солености морского льда Si является отношение массы растворимых солей Mc внутри некого объема льда к его массе M:
(4.1.)
В кристаллах льда содержится очень мало солей. Основная их масса находится между кристаллами в твердом или жидком состоянии. Это соотношение определяется температурой. Рассол содержится в межкристаллических прослойках, в сквозных капиллярах и в виде замкнутых ячеек различной формы. Вполне естественно, что характер и скорость миграции рассола будут зависеть от формы его включений.
Миграция солей в значительной степени обусловлена наличием во льду жидкой фазы. Ее количество в свою очередь определяется соленостью и температурой льда. Например, если температура льда выше -7,5°С, то соли в твердом виде в морском льду практически отсутствуют. Появление в составе морского льда при низких температурах кристаллических солей в сочетании с вертикальной миграцией рассола приводит к изменению солевого состава льда.
В качестве основных причин миграции рассола принимаются наличие температурного градиента во льду, влияющего на концентрацию рассола в ячейке по направлению этого градиента, действие гравитационных сил, способствующих стеканию рассола вниз, действие гидростатического давления, выжимающего рассол из ячеек. Меньшая роль отводится действию сил поверхностного натяжения на включения рассола, разности давления паров, осмотических процессов и т.д.
Гравитационный сток рассола по каналам между кристаллами – основной путь удаления солей из молодого морского льда. Для сферической капли скорость ее вертикального перемещения зависит от градиента температуры, концентрации соли и диффузии рассола.
Типом распределения солености называется совокупный результат ее начальной величины, воздействия миграционных процессов и расположения генетических горизонтов.
Выделяют следующие наиболее характерные типы вертикального распределения солености однолетних льдов:
Тип 1. Минимум солености отмечен в средних слоях льда. Подобное распределение вполне объяснимо с точки зрения механизмов захвата солей и опреснения льда. Начальная соленость льда тем выше, чем больше скорость нарастания льда, которая уменьшается по мере увеличения толщины льда. Поэтому естественно, что верхние слои ледяного покрова, нараставшие с наибольшей скоростью, и нижние, наросшие совсем недавно и еще не успевшие опресниться, обогащены солями. Одновременно с нарастанием льда происходит миграция ячеек с рассолом в сторону нижней поверхности, где лед наименее охлажден. Скорость миграции тем больше, чем ниже соленость рассола, т.е. чем выше температура льда. Следовательно, миграция ячеек в нижних и средних слоях ледяного покрова должна происходить быстрее, чем в верхних. Это способствует увеличению солености нижних слоев.
Тип 2. Увеличение солености льда книзу. Понижение солености кверху вызывается быстрой миграцией солей в нижние слои, облегченной большим количеством рассола в относительно прогретом тонком льду.
Тип 3. Существует второй минимум солености в самых верхних слоях льда. Этот минимум обусловливается влиянием таяния: со временем тает верхний высокосоленый слой и происходит диффузия ионов из рассола в талую воду. Конвекции в это время ожидать трудно, так как талые воды находятся над более плотным рассолом.
Тип 4. Вертикальное распределение солености этого типа в значительной мере противоположно распределению типа 3. Для типа 4 характерна малая соленость нижних слоев ледяного покрова, обусловленная замерзанием пресной талой воды, стекшей под лед, или распространившейся подо льдом речной воды, и повышенная соленость верхних слоев, вызванная образованием проталин и сообщением через них талой воды на льду с подледной морской водой. Иногда под весом мощного снежного покрова морская вода выступает на поверхность льда через трещины задолго до образования сквозных проталин.
Тип 5. Основная его особенность – мощный опресненный слой близ поверхности ледяного покрова и малосоленый слой льда, намерзшего снизу.
Тип 6. Отличается квазиоднородной соленостью (градиент солености ±0,001 ‰/см) во всей толще ледяного покрова.
Тип 7. Характерен непрерывным уменьшением солености от нижних слоев льда к верхним. От подтипа 2а он отличается малыми значениями солености и, по-видимому, его можно считать свойственным одной из конечных стадий таяния морского льда, когда весь лед приобретает сотообразное строение и пропитывается талой водой, в которую постепенно диффундируют ионы из морской воды.
Что касается солевого состава в общем, то стоит отметить, что при льдообразовании в морской воде, из которой лед выделился, как правило, наблюдается некоторый избыток хлоридов, и наоборот в воде, в которой лед растаял – избыток сульфатов и карбонатов. Поэтому лед в арктических и антарктических бассейнах отличается пониженным щелочным коэффициентом.