Температура и др

Солнце - основной источник тепла для вод Мирового океана. Пересекая поверхность воды, солнечная радиация подвергается рассеянию (диффузии) и поглощению. В первом случае энергия не видоизменяется – она остается лучистой. При поглощении лучистая энергия превращается в тепловую.

Вода морей и океанов относительно хорошо поглощает световые волны: до 90% поступающей солнечной энергии преобразуется в теплоту. Под влиянием этого потока происходит нагревание вод Мирового океана. Оно максимально в верхнем слое. Толщина верхнего слоя зависит от прозрачности воды - способности пропускать вглубь световые лучи, которая зависит от физических свойств воды, наличия в ней примесей, растворенных веществ и т. д. и в среднем составляет около 10 м.

Наряду с этим Мировой океан получает тепло от других, второстепенных источников. К ним относятся тепловые потоки, поступающие из земных недр через морское и океаническое дно.

Показателем теплового состояния морей и океанов служит температура воды. Она изменяется в пространстве и времени, эти изменения неодинаковы в отдельных частях Мирового океана.

Поверхностный слой воды в океане (до глубины 200–300 м) имеет непостоянную температуру, меняющуюся по сезонам года, а в верхних слоях (10–20 м) даже в течение суток. Амплитуда колебания температуры в этом слое находится также в зависимости от температурного режима климатических поясов. Средняя годовая температура верхних слоев океана (так называемого возмущенного слоя) убывает от экватора к полюсам от +25 до– 2 ºС.

Распределение тепла имеет зональный характер, но во многих областях Мирового океана наблюдается азональное распределение температуры в поверхностном слое, обусловленное океаническими течениями. Термический экватор воды находится в Северном полушарии. Здесь Мировой океан теплее, чем в Южном полушарии, в среднем на 1,4 ºС. При прочих равных условиях поглощаемая водой энергия Солнца меньше в Южном полушарии, чем в Северном.

Средняя температура воды поверхностного слоя всего Мирового океана выше температуры воздуха у земной поверхности на 3 ºС и составляет около 17,4 ºС.

В зависимости от температуры поверхностного слоя вод Мирового океана принято различать зоны тропических, полярных вод, а также вод умеренных областей (по их географическому расположению).

Т.о., преобладающая часть океанических вод имеет сравнительно низкую температуру.

Образование морского льда начинается с появления ледяных кристаллов, возникающих как на поверхности моря, так и в толще воды, когда температура воды при обычной ее солености 35 % (промилле) падает до -1,91 °С. Между кристаллами сохраняются незамерзшие капли рассола, имеющие большую плотность и более низкую температуру замерзания. Всплывая, кристаллы образуют на поверхности моря сперва тонкую ледяную корку, которая постепенно становится толще, нарастая снизу. Подо льдом происходит процесс перемешивания - погружение более плотной, охлажденной у его поверхности воды и подъем воды менее плотной, относительно теплой.

Таким образом, с момента достижения температуры замерзания на поверхности моря в толще морской воды возникает механизм конвекции, способствующий теплообмену в поверхностном слое моря. Важное значение имеет при этом тот факт, что наибольшую плотность соленая морская вода имеет при температуре ниже температуры ее замерзания на поверхности (в отличие от пресной воды, плотность которой наибольшая при 4 °С, то есть при положительной температуре).

Решающую роль в этих процессах играет изменение солености воды с глубиной. Если соленость воды с глубиной не изменяется, то образование льда может начаться только после охлаждения до точки замерзания всей толщи воды, до самого дна: конвекция в однородно соленой воде начнется сразу же после охлаждения поверхности воды и не прекратится до тех пор, пока на всех глубинах температура воды не достигнет минимального значения. Другими словами, в тех местах океана, где соленость воды с глубиной не меняется, образование льда невозможно.

Иная картина на тех участках океана, где верхний слой распреснен и соленость воды с глубиной быстро возрастает: здесь перемешивание вод по глубине затруднено, поступление тепла из глубин океана невелико и тонкий верхний слой воды, отдав свои запасы тепла в атмосферу, неизбежно замерзает. Отсюда повсеместное распространение морских льдов на поверхности Северного Ледовитого океана, верхний слой вод которого распреснен и быстро охлаждается, тогда как глубинные, более соленые и относительно теплые его воды, поступающие из Атлантики, не будучи вовлеченными в процесс конвективного перемешивания с поверхностными водами, не отдают свое тепло и, таким образом, не препятствуют образованию морских льдов.

Морской лёд — лёд, образовавшийся в море (океане) при замерзании воды. Так как морская вода солёная, замерзание воды с солёностью, равной средней солёности Мирового океана происходит при температуре около −1,8 °C.

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 морского льда зависит от солёности воды, скорости льдообразования, интенсивности перемешивания воды и его возраста. В среднем солёность льда в 4 раза ниже солёности образовавшей его воды, колеблясь от 0 до 15 ‰ (в среднем 3-8‰).

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) значительно уменьшает плотность льда. Солёность льда оказывает на плотность меньшее воздействие, чем пористость.

При солёности льда 2 ‰ и нулевой пористости плотность льда составляет 922 кг/м³, а при пористости 6 % понижается до 867. В то же время при нулевой пористости увеличение солёности с 2 до 6 ‰ приводит к увеличению плотности льда только с 922 до 928 кг/м³.

Морские льды по степени своей подвижности подразделяются на неподвижные и дрейфующие. Основной формой неподвижного льда является припай, который может образовываться путем естественного замерзания воды или же в результате примерзания к берегу дрейфующего льда любой возрастной категории. К неподвижным льдам относятся также стамухи - торосистые образования, сидящие на грунте на мелководье или у берега. Все остальные виды морского льда относятся к категории дрейфующих, которые перемещаются под действием ветра и течений. В результате неоднородности полей ветра и течений, различий в толщине и строении ледяных полей и сложного взаимодействия с берегами дрейф ледяных полей, льдин и кусков льда происходит неравномерно. Это приводит к их сталкиваниям, деформациям и разломам.

Дрейфующие льды по сплоченности подразделяются на отдельные льдины, редкий лед, сплоченный лед, очень сплоченный лед и сплошной лед. Движение сплоченных льдов сопровождается деформациями, включающими подвижки и сдвиги ледяных полей и льдин относительно друг друга, вращение льдин, образование торосов, трещин и разводий. В результате перемещений и деформации происходит перераспределение льдов на поверхности моря, изменяется их сплоченность, меняются строение и морфология ледяного покрова.

После сплочения льдов до 9-10 баллов, если вызвавшие его силы продолжают действовать, начинается сжатие, при котором происходят наслоение и торошение льдов. Процесс торошения заключается в разламывании ледяного покрова с последующим наклоном обломков, вплоть до вертикального положения, раздроблении кромок льдин, надвиге льдин одна на другую, нагромождении ледяных валов и гряд. При относительном перемещении ледяных полей образуются длинные прямые гряды торосов из мелкораздробленного льда. Гряды торосов сдвигового происхождения характерны для районов, где наблюдаются существенные различия скоростей дрейфа. На границе припая с подвижным льдом в зависимости от направления дрейфа могут возникать трещины или разводья или же образуются сдвиговые гряды торосов либо торосы сжатия. При малой глубине моря и интенсивном торосообразовании подошвы торосов могут достигать грунта. Такие торосы пропахивают борозды на дне.

Торосы

В зависимости от причин, вызывающих поступательное движение льдов, выделяют несколько разновидностей дрейфа. Ветровой дрейф возникает под действием ветра. Такой дрейф продолжается некоторое время и после прекращения ветра, так как дрейфующий лед вовлекает в движение верхние слои воды. Скорость ветрового дрейфа морских льдов близка к 1:50 скорости ветра. Направление дрейфа обычно не совпадает с направлением ветра. В арктических морях под действием сил Кориолиса направление дрейфа отклоняется вправо от направления ветра на угол 28°, а в антарктических морях - в противоположную сторону. Во многих морях, например, в Белом, Баренцевом, Беринговом, Охотском и других, важную роль играет приливный дрейф льдов, обусловленный течениями при приливах и отливах.

На направление дрейфа большое влияние оказывают близость береговой линии, наличие островов и отмелей, рельеф дна. В результате одновременного влияния множества факторов дрейф льдов часто бывает неравномерным, отдельные массивы и скопления льдов могут дрейфовать в разных направлениях и с разными скоростями. Границы между ними называются дрейфоразделами, для которых характерно наличие полос тертого льда и поясов торосов.

По стадиям развития льда выделяют несколько так называемых начальных видов льда (в порядке времени образования):

· ледяные иглы, Ледяные иглы — атмосферное явление, твёрдые осадки в виде мельчайших ледяных кристаллов, парящих в воздухе, образующиеся в морозную погоду (температура воздуха ниже -10..-15°). Днём сверкают в свете лучей солнца, ночью — в лучах луны или при свете фонарей. Нередко ледяные иглы образуют в ночное время красивые светящиеся «столбы», идущие от фонарей вверх в небо. Наблюдаются чаще всего при ясном или малооблачном небе, иногда выпадают из перисто-слоистых или перистых облаков.

Синонимы: ледяная пыль — для ледяных игл, выпадающих при безоблачном небе; снежная пыль — при выпадении их из облаков; алмазная пыль.

Из подобных элементов построены и облака верхнего яруса (перистые и др.), в связи с этим в них иногда наблюдаются сходные оптические явления в виде солнечных столбов, но образуются они не в приземном слое, а в верхней тропосфере. В отличие от солнечных столбов (оптического эффекта), ледяные иглы относятся к атмосферным явлениям и отмечаются метеорологическими станциями.

· ледяное сало, Са́ло (ледяное сало) — густой слой мелких ледяных кристаллов на поверхности воды, форма морского льда, вторая стадия образования сплошного ледяного покрова.

Издали полосы и пятна сала придают поверхности воды матовый оттенок.

При замерзании воды прежде всего начинают образовываться начальные виды льдов.

Порядок образования льдов: ледяные иглы — ледяное сало — снежура — шуга.

Для образования льда необходима сильная потеря тепла водой, некоторое переохлаждение и присутствие в воде ядер кристаллизации. К ядрам кристаллизации относятся мельчайшие частицы пыли, снежинки. Вокруг этих ядер образуются мельчайшие диски льда. Срастаясь между собой, они превращаются в иглы — кристаллы льда, быстро растущие при низкой температуре воздуха, преимущественно в горизонтальном направлении. Если волнения нет, на спокойной воде кристаллы иглы могут достигать 10 см, на взволнованной — от 0,5 до 2 см при ширине 0,5—1 см и толщине 0,5—1 мм. Кристаллы скапливаются и быстро смерзаются между собой, образуя тонкую матовую поверхность — ледяное сало.

Чаще всего сало начинает образовываться одновременно во многих местах поверхности и образует круглые льдинки (30—90 см диаметром), называемые блинчатым льдом. Такой лед неустойчив и волнением его легко может разбить, но как только волнение стихнет, он снова образуется.

В спокойную погоду при низкой температуре воздуха образование больших площадей льда происходит за несколько часов.

Когда на холодную морскую поверхность выпадает снег, он пропитывается водой, уплотняется и превращается в вязкую массу льда — снежуру. Сало и снежуру ветер и течения сбивают в полосы или пятна рыхлого, пропитанного водой льда — шугу. Когда море спокойно, сало превращается в сплошной тонкий эластичный слой — нилас.

· снежура, Снежура́ — снежный покров или скопление снега на воде, образующееся при обильном выпадении снега на поверхность воды, близкой к точке замерзания. Быстро пропитывается водой и образует кашеобразную вязкую массу. Смерзаясь, образует шугу. При шторме представляет опасность для кораблей, поскольку при попадании на палубу приводит к быстрому обледенению.

С появлением снежуры часто начинается процесс ледообразования, а на небольших непроточных водоемах и малых реках со слабым течением снежура часто служит главной составляющей ледяного покрова.

· шуга, Шуга́ — рыхлые скопления твёрдой фазы агрегатного состояния вещества в его жидкой фазе состояния. В зависимости от количества льда, шуга сохраняет способность течь как жидкость или теряет эту способность из-за возникновения заторов. При любом количестве шуги в жидкости, снижается её текучесть. Для образования шуги необходимо, чтобы вещество находилось в условиях, которые обеспечивают резкую смену фазового состояния с жидкой фазы на твёрдую при определённой температуре.

Водная шуга обычно формируется в водотоках или водоёмах при температурах воздуха близких к замерзанию воды (0 °C) и состоит изо льда.

Различают:

• поверхностную шугу — на поверхности воды;
• глубинную шугу — в толще воды.

Шуга представляет собой кристаллики льда (внутриводного и донного), а также сала и снежуры.

Шуга возникает перед ледоставом при переохлаждении воды ниже 0 °C. Шуга часто образуется ниже полыней и в нижних бьефах гидроузлов.

Шуга, плывущая по поверхности и в толще реки вниз по течению называется шугоходом. При большом количестве шуги при шугоходе живое сечение реки может забиться, что приведёт к значительному накоплению шуги (зажору). При этом уровень воды может подняться.

Шуга создаёт существенные затруднения в эксплуатации гидротехнических сооружений, забивая приёмные оголовки водозаборов, которые приходится очищать и обогревать.

· 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.

Дата добавления: 2014-01-07