14.1: Види льоду

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36814

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Лід, який видно плаваючим на поверхні океану, надходить з одного з двох джерел. Льодовиковий лід утворюється від скупчення і стиснення снігу в льодовики, які потім розбиваються і випускають лід в океан. Оскільки льодовики можуть бути товщиною в кілька кілометрів, айсберги, які відриваються від них, можуть бути дуже великими; тому високі айсберги в морі завжди походять з льодовикових покривів. Морський лід відноситься до льоду, що утворився від замерзання морської води, і рідко перевищує товщину в кілька метрів (рис.\(\PageIndex{1}\)). Морський лід покриває близько 7% океану в будь-який час і становить близько 66% постійного льодового покриву Землі за площею, але лише 0,1% льоду за обсягом. Це тому, що морський лід - це величезний, але тонкий аркуш покриву порівняно з льодовиковими крижаними шапками, які більш локалізовані, але можуть бути товщиною в кілька кілометрів.

Малюнок\(\PageIndex{1}\) Айсберг (льодовиковий лід), вбудований у більш тонкий шар морського льоду (НАСА/Джеймс Юнгель [Громадське надбання], через Wikimedia Commons).

Морський крижаний покрив навколо Антарктиди коливається між приблизно 21 мільйоном км ² взимку до приблизно 1,3 мільйона км ² влітку, причому більшість антарктичного морського льоду триває лише рік. Сезонні зміни льодового покриву менш виражені в Арктиці, від приблизно 14 млн км ² взимку до 6,5 млн км ² влітку. Близько половини морського льоду в Арктиці триває більше року, щоб стати багаторічним льодом. Ця різниця виникає через те, що Антарктида оточена водою, тому лід розширюється в більш теплу воду і з часом тане. Північний Льодовитий океан оточений континентами, тому лише близько 10% льоду виривається в Атлантику між Гренландією і Шпіцбергеном. Решта потрапляє в пастку і стає багаторічним льодом або багаторічним льодом, в середньому близько 7 років і товщиною 3-5 м, порівняно з льодом першого року товщиною 1-2 м.

Формування морського льоду

Через вміст солі морська вода починає замерзати приблизно при -1,8 ^о С, більш низькій температурі, ніж для прісної. Освіта льоду починається на поверхні з утворення дрібних голчастих кристалів льоду, які називаються frazil, які накопичуються і змушують воду здаватися сльотавою і каламутною; ця стадія називається жирним льодом (рис.\(\PageIndex{2}\) А). У більш спокійній воді ці дрібні кристали можуть замерзнути разом в тонкий поверхневий шар, званий нілами, який може досягати товщини до 10 см (рис.\(\PageIndex{2}\) В).

Хвильова дія може розбити нігті на невеликі килимки шириною 1-2 м, які потім впираються один в одного і утворюють округлі форми з піднятими краями, звані млинцевим льодом (рис.\(\PageIndex{2}\) С). Якщо температура залишається холодною, млинцевий лід застигає разом у тверді крижини, тверду поверхню, що покриває океан (рис.\(\PageIndex{2}\) D). Крижини потім замерзають разом у крижані поля.

Після утворення крижин вода під нею стає ізольованою, а втрати тепла в атмосферу знижуються, тому вода більше не охолоджується і більше не відбувається утворення льоду. В результаті молодий морський лід зазвичай відносно тонкий, товщиною не більше 3-4 м. Лід може стати густішим через опади; опадів на полюсах не так багато, але через низькі температури все, що відбувається, має тенденцію накопичуватися, а не танути. Згодом накопичений лід і сніг можуть додати в загальну товщину морського льоду, але він все одно ніколи не наблизиться до товщини льодовикового льоду.

Оскільки утворюються кристали морського льоду, більша частина солі виключається, тому морський лід містить набагато менше солі, ніж морська вода, і при необхідності його можна розтопити для пиття. Але близько 20% солі залишається в пастці в кишенях води між кристалами льоду. Оскільки форми льоду та солі виключаються в ці кишені, солоність води, що залишилася збільшується, і вона може стати занадто солоною, щоб замерзнути. Ці незамерзлі кишені солоної води роблять морський лід трохи м'якшим і сльотавим, ніж прісний водний лід, який твердіший і жорсткіший. Зрештою більша частина цього розсолу витікає назовні, і морський лід стає більш твердим, але коли це «молодий лід», ходити по ньому може бути небезпечніше, ніж прісноводний лід такої ж товщини. Наприклад, 7-8 см прісного водного льоду достатньо, щоб витримати вагу однієї людини, але для того ж вам знадобиться не менше 15 см морського льоду.

Дуже холодна, щільна солона вода витікає з льоду і тоне. Розсіл «переохолоджується», охолоджується нижче нормальної температури замерзання морської води, але залишається рідким через високий вміст солі. Коли цей переохолоджений розсіл контактує з навколишньою водою, він змушує воду навколо неї замерзати, створюючи порожнисті крижані сталактити, або «бринікули», які можуть бути довжиною кілька метрів. Розсіл продовжує текти через порожнисту бринікулу, а бриннікул росте вниз (див. нижче дивовижне відео про утворення бринокула).

Камера Time-Lapse: Підводна бурулька «Палець смерті». https://youtu.be/93oz36zFuiA ТБ ТБ

Коли утворюються великі листи морського льоду, вони існують в одному з двох утворень. Швидкий лід, або наземний лід, відноситься до великих, твердих крижаних покривів, які прикріплені до землі. Пакетний лід складається з менших, вільно плаваючих шматочків морського льоду. Можливо, вони утворилися самостійно, а можуть обламуватися від швидкого льоду (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Малюнок\(\PageIndex{3}\) Швидкий лід (зліва) і упакувати лід (праворуч). (Ліворуч: Петерфіцджеральд (Власна робота) [CC BY-SA 3.0], через Вікісховище; Праворуч: Маркус Трінке, https://www.flickr.com/photos/mtrien...n/photostream/ [CC BY-SA 2.0]).

Плаваючий пакет льоду гасить хвилі і течії, буферизуючи морську поверхню від руху. Таким чином, зміни в розподілі пакетного льоду можуть призвести до змін сучасних моделей і навіть змінити структуру екосистеми. Але пакетний лід також схильний до течій, що протікають під ними, і крижані покриви постійно перебувають у русі, розпадаючись або штовхаючись разом. Коли шматки льоду сходяться, вони часто згинаються і тріскаються, або перекривають один одного, як у сходяться межах літосферних плит (розділ 4.6). Ці зіткнення можуть створювати високі зубчасті хребти тиску, які можуть простягнутися на кілька кілометрів, і які створюють небезпеку для полярників, які орієнтуються по льоду (рис.\(\PageIndex{4}\)).

Рисунок Гряди\(\PageIndex{4}\) тиску, утворені внаслідок зіткнення крижаних покривів (Майкл Студінгер [Громадське надбання], через Вікісховище).

У полярних океанах крижаний покрив неоднорідний. Є ряд районів, де постійно є відкрита вода, навіть незважаючи на те, що навколишні їх території покриті льодом. Ці області стійкої відкритої води називаються поліньями (рис.\(\PageIndex{5}\)). Полини можуть бути наслідком течій або вітрів, що рухають лід, або ділянок більш теплої води, що перешкоджають утворенню льоду. На малюнку дуже сильні вітри\(\PageIndex{5}\), що дме на берег з внутрішніх приміщень Антарктиди, створили поліню біля краю крижаного покриву.

\(\PageIndex{5}\)Рисунок Поліня біля станції МакМердо в Антарктиді (Обсерваторія Землі НАСА [CC BY 2.0], через Wikimedia Commons).