14.2: Айсберги

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36830

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

Багато з найбільш ефектних крижаних утворень в океані приймають форму айсбергів. Пам'ятайте, що найбільші айсберги не зроблені з морського льоду; це плаваючі шматочки льодовиків, які відламалися або отелилися від мови льодовика, і, таким чином, вони складаються з прісного водного льоду.

Льодовиковий лід утворюється з шарів снігу, які накопичуються з часом. Вага накопичених шарів стискає сніг в зернисту форму, відому як Фірн, яка має більш високу щільність і менше повітря, ніж звичайний сніг. Зі збільшенням тиску від подальшого накопичення снігу фірн стискається в ще більш щільний льодовиковий лід (рис.\(\PageIndex{1}\)). Більшість айсбергів виглядають білими, тому що лід все ще містить багато бульбашок повітря, які розсіюють всі довжини хвиль білого світла. Але айсберги, що складаються з більш старого льоду, або сильно стислого льоду з глибоких всередині льодовика можуть здаватися глибоким відтінком синього (рис.\(\PageIndex{1}\)). Цей лід містить набагато менше повітря і більші, щільніші кристали льоду, які поглинають довші (червоні) довжини хвиль світла, і передають і розсіюють коротші сині довжини хвиль. Чим довше шлях, по якому світло проходить крізь лід, тим більше довгих довжин хвиль поглинається, і тим синішим з'являється лід.

Малюнок\(\PageIndex{1}\) зліва: Зміни структури кристала льоду і щільності, коли вони ущільнюються зі снігу в льодовиковий лід (Стівен Ерл, «Фізична геологія»). Праворуч: Синій айсберг (Дуг Кнут [CC BY-SA 2.0], через Вікісховище).

Айсберги бувають широкого діапазону розмірів, від декількох метрів в поперечнику до сотень кілометрів завдовжки. У таблиці 14.2.1 наведені категорії розмірів, що використовуються в Північній Атлантиці (в Антарктиці використовується інша шкала, оскільки айсбергів там, як правило, більше).

[ідентифікатор таблиці = 7/]

Айсберги також можна класифікувати виходячи з їх форм (рис.\(\PageIndex{2}\)). Основна відмінність полягає в табличних і нетабулярних айсбергах. Табличні айсберги мають круті борти і плоску вершину, а довжина перевищує висоту в п'ять разів. До нетабулярних айсбергів належать будь-які айсберги, які не є табличними, і їх можна розділити на кілька категорій. Купольні айсберги мають округлу вершину, вершинні айсберги мають високі шпилі, а клинові айсберги мають круте обличчя поруч з більш поступово похилою стороною. Драйдокові айсберги мають покритий водою канал, що проходить через нього, потенційно достатньо великий для проходження човнів; звідси і назва. Нарешті, блокові айсберги мають плоску вершину і круті борти, але їх співвідношення довжини до висоти не таке велике, як для табличного айсберга. Незалежно від форми айсберга, те, що ми бачимо над поверхнею, становить лише близько 10% від загальної маси, а решта льоду залишається зануреною (див. поле нижче).

Малюнок\(\PageIndex{2}\) айсбергів можна класифікувати виходячи з їх форм. За годинниковою стрілкою зверху ліворуч: табличні, куполоподібні, вершинні, блокові, суходокові та клинові айсберги. (Табвар: Майкл Кларк Матеріал [CC BY-SA 2.0 через Вікісховище]; куполоподібний: Aweith [CC BY-SA 4.0] через Вікісховище; вершина: Повл Абрахамсен, https://www.flickr.com/photos/povl/13339227703 [CC-BY-NC 2.0]; клин: https://pixabay.com/en/iceberg-st-jo...dland-2008688/ [CC0 Громадський домен]; drydock: Брокен Інаглорі [CC-BY-SA-3.0] через Wikimedia Commons; блок: Єжи Стшелецький [CC-BY 3.0] через Wikimedia Commons).

Скільки айсберга видно над поверхнею?

Принцип Архімеда стверджує, що вгору плавуча сила об'єкта у воді дорівнює вазі води, витісненої об'єктом. Ми знаємо, що щільність айсберга (ρ _i) становить близько 0,917 г/см ³. Вага (w _i) айсберга дорівнює його масі (m _i) х прискорення за рахунок сили тяжіння (g), що становить 9,8 м/с ². Оскільки щільність = маса/обсяг (V), вага айсберга дорівнює:

_{ш і = ρ і _{_В} і г}

Оскільки айсберг плаває в рівновазі, вага айсберга (w _i) дорівнює вазі води, яку він витісняє (w _w). Вага води, що витісняється, тому:

ш _ш = ρ _ш _Ш г

де щільність морської води (ρ _w) становить близько 1,024 г/см ³. Тепер у нас є:

_{ш і = ш _ш}

ρ і V _{_i} г = ρ _ш В _ш г

так V _ш = (ρ _i /ρ _ш) V _i = (0,917/1.024) V _i = 0,89 В _i.

Іншими словами, обсяг витісненої води (V _w) дорівнює приблизно 89% обсягу айсберга (V _i). Це означає, що 89% айсберга занурені, залишаючи близько 11% льоду над поверхнею.

Айсберги в Арктиці, як правило, менші і більш нетабулярні, ніж антарктичні айсберги, тому що більшість з них утворюються у вигляді нерегулярних шматків льодовиків, які впали в океан, перш за все навколо Гренландії. За підрахунками, льодовики навколо Гренландії та Канадської Арктики щороку скидають 300 мільярдів кубічних метрів айсбергів. Оскільки Антарктида має набагато більші крижані покриви, айсберги, вироблені в Південній півкулі, зазвичай більші, ніж в Арктиці, і вони, як правило, мають більш табличну форму, оскільки цілі ділянки льодового покриву відриваються відразу. Найбільший айсберг, коли-небудь зафіксований, айсберг B-15, відколовся від льодового покриву Антарктики в 2000 році. Він вимірював 295 км в довжину і 37 км в ширину, даючи йому площу близько 11 000 квадратних кілометрів; приблизно розміром з Коннектикут. Протягом наступних кількох років B-15 дрейфував уздовж узбережжя Антарктики, перш ніж його розбили на більш дрібні шматки (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Малюнок\(\PageIndex{3}\) зліва: Айсберг B-15 незабаром після розриву антарктичного льодового покриву в 2000 році (NASA/GSFC/Роберт Біндшадлер [Громадське надбання], через Wikimedia Commons). Справа вгорі: Вид з висоти пташиного польоту ділянки B-15A, шматок айсберга B-15 у січні 2002 року (NSF/Джош Лендіс, [Громадське надбання], через Вікісховище). Справа внизу: Карта, що показує шлях айсберга B-15A протягом декількох років (Лука Пієтранера [Публічне надбання], через Вікісховище).

Всі ці айсберги, що пливуть через полярні океани, потенційно небезпечні для руху суден, як ми всі знаємо з трагічної історії «Титаніка». У відповідь на цю катастрофу морські країни Північної Атлантики створили Міжнародну службу спостереження за льодом та крижаним патрулем у 1914 році для моніторингу айсбергів, що загрожують судноплавним смугах. Цікаво, що початковий заряд патруля також включав пошук і знищення занедбаних корпусів кораблів, які все ще плавали навколо, оскільки це також було потенційною небезпекою. Хоча патрулі успішно знищили ці покинуті корпуси кораблів, вони досягли набагато менших успіхів при спробі знищити айсберги. Врешті-решт вони відмовилися від знищення айсберга і зосередили свої зусилля на моніторингу рухів айсберга. Сьогодні служба досі діє як Міжнародний льодовий патруль, яким керує Берегова охорона США. Двічі на день патруль видає сповіщення про положення та потенційні треки існуючих айсбергів, а також ступінь льодового покриву, повідомляючи про приблизно 600 айсбергів на рік, які вторгаються нижче 48 ^o N широти, північна межа основних судноплавних ліній. Навколо Антарктиди такого айсберзького патрулю не існує, оскільки в цих широтах набагато менше судноплавства.