Замерзание морской воды

Замерзание морской воды, как об этом уже говорилось, происходит при более низких температурах и несколько иначе, чем замерзание пресной. Последнее объясняется тем, что в морской воде, в отличие от пресной:

а) во-первых, до температуры замерзания должен охладиться не один только тонкий верхний слой, но (при солености S > 24,695‰) значительная ее толща;
б) во-вторых, ее температура во время замерзания должна непрерывно понижаться.

Процесс образования, льда протекает различно в спокойной и в сильно перемешиваемой воде. В обоих случаях для образования льда необходимыми и достаточными условиями являются:
1) сильная потеря тепла водой и некоторое ее переохлаждение;
2) наличие в воде ядер кристаллизации.

Тщательно очищенная от всех химических и механических примесей и находящаяся в полном покое вода может быть переохлаждена до очень низкой температуры. В лабораторных условиях удавалось охлаждать воду без образования льда до —33°, В природных условиях в спокойной воде переохлаждение выражается обычно в десятых долях градуса и охватывает только тонкий поверхностный слой.

При интенсивном перемешивании переохлаждение наблюдается во всей толще воды, но при этом составляет всего лишь несколько сотых долей градуса.

Ядрами кристаллизации обычно являются: пыль, состоящая главным образом из зерен кварца, кристаллики снега, выпадающие на поверхность воды, и частицы льда, уже существующие в данном объеме. Ядра кристаллизации являются как бы затравками, вокруг которых идет интенсивное нарастание льда. Чем больше в воде ядер кристаллизации и чем она интенсивнее перемешивается, тем меньше возможность ее переохлаждения.

В спокойной воде, т. е. при отсутствии волнения и течений, замерзание начинается с поверхности. Здесь появляются сначала частицы льда, имеющие форму мельчайших дисков, из которых образуются затем длинные иглы-кристаллы льда. Их рост происходит вначале в горизонтальном направлении.

Когда возможность горизонтального роста прекращается, начинается рост кристаллов в вертикальном направлении, и на поверхности моря появляется сплошная корка льда. Дальнейшее утолщение ледяного покрова происходит за счет теплообмена на границе лед— воздух. Образуется плотный без примесей и пузырьков воздуха прозрачный лед.

Размер каждого кристалла льда, образующегося в спокойных условиях, нередко достигает 10 см. В естественных условиях чаще всего встречается мелкокристаллический лед. Размеры кристаллов льда, образующихся на взволнованной поверхности моря, составляют 0,5—2 см.

Прозрачный лед является самым прочным видом льда, но в то же время и самым хрупким. Весной он распадается сначала на столбчатые отдельности (призмы), являющиеся монокристаллами льда, а в дальнейшем — на заостренные плоские ледяные пластины (иглы). Структурное разрушение такого льда начинается с появления нитевидных белых прожилок (капилляров), прорезающих всю его толщу.

В условиях турбулентного перемешивания воды образование кристаллов льда происходит во всей толще перемешиваемой воды, на дне, а также на предметах, находящихся под водой (тросах, сетях и т. д.).

Лед, образовавшийся в этих условиях, принято называть внутриводным, объединяя этим термином:
1) глубинный лед, или шугу;
2) донный, или якорный, лед.

Внутриводный лед представляет собой губчатую, ноздреватую массу, состоящую из кристаллов различных форм и размеров. Структура кристаллов внутриводного льда определяется термическими и динамическими условиями. Встречаются иглообразные, пластинчатые, чечевицеобразные и шарообразные кристаллы. Промежутки между кристаллами льда обычно заполнены пузырьками воздуха или водой. Иногда лед содержит включения песка, ила и т. д. В результате этого внутриводный лед непрозрачен.

Внутриводный лед является продуктом динамического льдообразования и по внешнему виду, структуре, а также по физико-механическим свойствам существенно отличается от поверхностного льда, являющегося результатом статического льдообразования.

Термин шуга относится к собственно внутриводному льду, а также к льду, образовавшемуся или скопившемуся под ледяным покровом. В широком смысле слова под шугой понимаются скопления и ледяного сала, и снежуры.

Термин донный лед применяют в тех случаях, когда речь идет о внутриводном льде, образующемся на дне. Он представляет собой рыхлую массу и отличается большой плавучестью. Нарастание ледяных кристаллов на дне происходит иногда настолько быстро, что в течение суток образуется слой мягкой губчатой ледяной массы толщиной до 1 л. Важную роль в образовании донного льда играет характер грунта. Наиболее интенсивно он образуется на скалистом грунте, хуже — на песчаном и илистом.

Интенсивное образование донного льда наблюдается в Азовском и Балтийском морях, в моря» Советской Арктики, в Гудзоновом заливе и др. Известны случаи, когда в начале зимы в Балтийском море корабли внезапно оказывались окруженными льдом, поднявшимся со дна моря. Обладая большой подъемной силой, донный лед нередко выносит на поверхность камни, а также якоря и другие затонувшие предметы.

Поднятие донного льда на поверхность моря обычно происходит на рассвете, т. е. во время наиболее сильного охлаждения. Образование шуги и донного льда прекращается, когда на поверхности появляется сплошной ледяной покров, задерживающий потерю тепла водой.

Ледяной покров, образовавшийся из смерзшегося внутриводного, или донного, льда, имеет белесоватый оттенок. Его прочность меньше прочности прозрачного льда. В период весеннего таяния он распадается, образуя рыхлую ноздреватую массу. Процесс разрушения мутного льда идет медленнее, чем прозрачного.