Морские льды

К особенностям теплового режима океанов относится удивительное явление образование, развитие и исчезновение льда. Пресная и морская вода замерзают при разных условиях: пресная — при 0 °C, наибольшей плотности достигает при 4° (дистиллированная при 3,8 °C). Температура замерзания морской воды всегда ниже 0 °C, и чем больше соленость, тем температура замерзания ниже. Так, при средней для океана солености 35‰ замерзание происходит при —1,9, а при солености 40‰ — при —2,2 °C. Например, вода Финского залива начинает замерзать при —0,3…—0,5° (соленость ее 15–10‰). В Черном море, где соленость 15–20‰, для появления льда нужно охлаждение в пределах (—0,8…—1,1°), а в полярных странах — еще большее.

Для образования льда необходима сильная потеря тепла водой, некоторое переохлаждение и присутствие в воде ядер кристаллизации. К последним относятся мельчайшие частицы пыли, снежинки и т. д. Вокруг этих ядер образуются мельчайшие диски льда. Срастаясь между собой, они превращаются в иглы — это кристаллики чистого льда, растущие преимущественно в горизонтальном направлении. На спокойной воде иглы могут достигать 10 см, на взволнованной — от 0,5 до 2 см. Ледяные иглы скапливаются, смерзаются — появляется «сало». Это название дано не случайно — пятна и налет серовато-свинцового, темного цвета, действительно, напоминают сало.

Когда на холодную морскую поверхность выпадает снег (а осенью это — обычное явление), он не тает, так как температура ниже 0 °C, пропитывается водой, уплотняется и также превращается в вязкую массу льда — снежуру. Сало и снежуру ветер и течения сбивают в полосы или пятна рыхлого, пропитанного водой льда — шугу. Если вода энергично перемешивается волнением и течениями, кристаллы появляются не только на ее поверхности, но и в толще, а иногда и на дне — это внутриводный глубинный и донный лед. Он губчатого строения, между кристаллами самой разнообразной формы вкраплены пузырьки воздуха, вода, рассол. Лед, образовавшийся на дне (обычно скалистом), может достигать полуметровой толщины. Всплывая на поверхность, такие глыбы поднимают со дна камни, затонувшие якоря. Вышедший на поверхность внутриводный лед непрозрачен и непрочен. Когда море спокойно, сало превращается в сплошной тонкий эластичный слой — нилас. На пресной воде он выглядит прозрачной, блестящей, хрупкой коркой, разбивающейся со звоном и потому называемой «склянка».

Блинчатый лед появляется при слабом волнении одновременно в разных точках, образуя небольшие округлые диски («блины») диаметром 30–50 см и более. Края таких льдин из-за трения друг о друга обрамлены валиком из разрушенных кристаллов. По образному выражению Н. Н. Зубова, соли постепенно вытекают из льда, как слезы. Но молодой лед еще соленый, часто на его поверхности остаются кристаллы соли. Те соли, которые не успевают вытечь, сохраняются между кристаллами льда в виде ячеек концентрированного рассола. При температуре ниже —55 °C рассол замерзает, выпадает хлористый кальций, образуя смесь кристаллов льда и соли. Однако кристаллизация солей начинается и при небольшом понижении температуры: ниже —8° из рассола ячеек выпадает сульфат натрия, ниже —23 °C — хлориды. Довольно часто ледообразование начинается при положительных температурах воздуха. В этих случаях поверхностный слой очень тонок и резко отличается от нижележащих по плотности.

По мере того как зима все больше входит в свои права, первичные льды нарастают, наслаиваются, смерзаются и постепенно образуется сплошной, довольно ровный морской лед серого цвета. Теперь вода гораздо меньше теряет тепла. Лед нарастает снизу медленно, он более прозрачен, имеет почти правильную кристаллическую структуру. Так происходит в защищенных бухтах, полосе неподвижного льда у берега. Но в открытом море лед постоянно взламывается, нагромождается, переслаивается.

Давно замечено, что характер нарастания льда зависит от суровости зимы. Получен ряд уравнений, связывающих толщину льда с суммой градусо-дней мороза, т. е. суммой отрицательных среднесуточных температур. Теоретические исследования и анализ материалов наблюдений дали в общем сходное соотношение — число градусо-дней мороза приблизительно пропорционально квадрату толщины льда.

Льды в море различают по происхождению, форме, размеру, возрасту и подвижности. По происхождению льды бывают морские (образовавшиеся непосредственно из морской воды), речные (принесенные реками — пресные, загрязненные) и материковые, сползающие с суши, — айсберги. Если в водах Северного Ледовитого океана можно встретить все эти льды, то у берегов Антарктиды речного льда нет совсем и значительно больше материкового.

По возрасту льды различают: начальные, молодые и с устойчивым снежным покровом (в неарктических морях этот лед летом весь тает). Но в Арктике лед может и перезимовать и вновь начать приобретать мощность — это двухлетний лед, достигающий к концу второй зимы 2 м толщины. Однако здесь есть еще более старые, сильно опресненные сглаженные льды, толщина которых выше 2,5 м, — арктический пак.

В зависимости от динамичности льды делятся на плавучие и неподвижные. Неподвижный лед покрывает сплошным слоем поверхность моря, он всегда связан с берегом, как бы припаян к нему. Вначале вдоль суши, в закрытых бухтах, заливах, проливах, образуется сравнительно узкая полоса заберегов, которая все растет в ширину и толщину, образуя припай, наиболее мощный к концу зимы. Как правило, он живет одну зиму, но известны места, где он существует десятилетия. Это — берега Гренландии, где припай порой не взламывается более 20 лет, держа в плену айсберги. Многолетний припай, толщиной более 3 м, иногда доходит до самого грунта, постоянно наблюдается у берегов Антарктиды. В морях умеренных широт его толщина составляет 1,5 м, а в южных морях нашей страны — 50—100 см. Припай развивается особенно сильно в мелководных районах с сильно изрезанными берегами, многими островами, мелями, защищенными от волн, распресненными реками. Характерный пример таких условий — море Лаптевых, где припай простирается на расстояние 500 км.

Плавучий лед — самый распространенный в Мировом океане. Он не связан с берегом и движется (дрейфует) по воле ветров и течений. К плавучим льдам относятся все известные нам формы — от сала и снежуры до огромных ледяных полей. Они образуются самостоятельно и в результате разлома припая. По размерам (причем горизонтальные значительно превышают вертикальные) различают мелкобитый лед — от 2 до 20 м в поперечнике и крупнобитый — от 20 до 100 м. Самые большие ледяные поля достигают 10 км. Сталкиваясь или сжимаясь друг с другом, льды образуют нагромождения из обломков — торосы. Торосы очень прочны, и даже весенний прогрев долго не может растопить их.

Мощные поля глетчерного льда имеют протяженность в несколько десятков километров и толщину в несколько десятков метров. Эти льды встречаются в морях Арктики как обломки шельфового льда острова Элсмира на севере Канады. Они возвышаются над уровнем моря до 12 м и достигают размеров 30 X 35 км. Ледяные горы — айсберги — Арктики и Антарктики очень медленно сползают в море. Отламываясь, они начинают новую жизнь уже в виде морских льдов. Ледниковые языки Антарктиды тянутся на десятки, даже сотни километров. Характерна и другая особенность айсбергов, связанная с их происхождением, — они пресные. Размеры айсбергов различны. В Антарктиде преобладают небольшие, менее 1,5 км, но моряки не раз встречали в этих водах гигантские ледяные горы. В 1953 г. путь китобойной матке «Белене» преградил айсберг длиной 145 км. Попадаются и более крупные.

Главный поставщик материкового льда (90 %) в Арктике — Гренландия. Из 2,1 млн. км² ее поверхности 1,9 млн. км² покрыто глетчерным льдом. Его можно обнаружить и на многих островах Северного Ледовитого океана. Так, например, Земля Франца-Иосифа покрыта льдом на 97 %. Самые крупные айсберги наблюдаются у берегов Западной Гренландии, но в целом в Арктике они гораздо меньше, чем в Антарктике. Самый большой айсберг, который видели у Баффиновой Земли, был длиной 13 км, шириной — около 7 км и возвышался над водой до 22 м. Естественно, что айсберги и меньше живут — очень редко более двух лет, в то время как жизнь антарктических льдов продолжается 10 лет, а иногда и более.

Для удобства наблюдений над льдами в разных странах Всемирная метеорологическая организация (ВМО) приняла единую международную ледовую номенклатуру. Советские океанографы активно участвовали в ее разработке. Таким образом, моряки могут пользоваться и обмениваться информацией, понятной всем.

Таяние льдов начинается активно и бурно с приходом весны. Но и при любом повышении температуры льда он начинает таять — растапливается чистый лед, возобновляется движение рассола вниз по трещинкам, лед становится более пористым. Он ослабляется также испарением. Чем меньше лед по размеру, тем активнее процесс его ослабления и разрушения. Снег, покрывающий лед, влияет на таяние различно. Чистый, белый, он почти полностью отражает лучистую энергию Солнца и, следовательно, мешает процессу таяния. Быстрее тает лед под немного загрязненным снегом. Но слишком загрязненный снег имеет малую теплопроводность и, опять-таки, задерживает таяние. Во льду и снегу постепенно накапливается тепло под ледяной коркой, которая образуется из воды при временных похолоданиях. Этот процесс похож на сохранение тепла в теплицах под стеклом. Постепенно образуются снежницы — озерки талой воды на льду. Они настолько пресные, что моряки используют эту воду для питья.

Дружное таяние льда начинается после того, как температура воздуха преодолеет нулевой барьер и льды станут бурно поглощать тепло. Могучие льды ослабевают, механические разрушения все более понижают их прочность. Волны, особенно при ветре, дующем с моря, образуют прибой у кромки сгрудившихся у берега льдов, смачивают, разламывают, мельчат и, наконец, уничтожают лед. Зная сущность процесса разрушения льда, в некоторых случаях можно его ускорить. В частности, это очень важно для облегчения условий ледового плавания, продления навигации, освобождения судов, попавших в непроходимые льды, для охраны ледовых сооружений. Здесь есть два пути. Один — широко известный и распространенный — использование ледоколов и взрывов. Другой — покрытие поверхности льда тонким темным слоем шлака, каменноугольной пыли, черного песка и смесями из них за несколько недель до обычного времени таяния. Опыленный лед за сутки стаивает на 8 см, а чистый — на 4 см.

Распределение льдов в Мировом океане, мощность и продолжительность их существования в том или ином районе зависит от баланса тепла, режима ветров зимой, отчасти и накопления тепла водой в летнюю пору. Существуют моря, в которых льды можно встретить всегда, в некоторых большая часть их летом тает (например, в Баренцевом и Карском), а в иных они бывают и зимой, и летом — в Северном Ледовитом океане, в большинстве морей Антарктики. Есть моря, где льды бывают только зимой, — Японское, Охотское, Балтийское, Белое, Азовское, Каспийское. И наконец, в отдельных морях льды встречаются эпизодически, не каждую зиму, иногда же появляются и исчезают (например, в Северном).

Сколько льда на нашей планете? Подсчитать это довольно сложно как из-за отсутствия достаточно полной информации, так и из-за постоянной изменчивости его количества. В северном полушарии максимальное развитие покрова наблюдается в апреле и минимальное в сентябре. В южном полушарии картина обратная. Удалось подсчитать, что площадь морских льдов в северном полушарии изменяется от 8,4 млн. до 150 млн. км², а объем— от 11,5 тыс. до 25,5 тыс. км³ (с учетом льдов Черного, Азовского, Каспийского и Аральского морей). В южном полушарии площадь льдов колеблется в пределах 12,0—25,5 млн. км², объем 7—30 тыс. км³.

В изучении ледяного покрова очень большое значение имеет его движение, динамика. Для этой цели используются все возможные в настоящее время средства наблюдений: береговые станции, авиаразведка, подводные лодки, дрейфующие станции на льду, специальные экспедиции, искусственные спутники Земли. Эти наблюдения особенно важны в Арктике и Антарктике. Искусственные спутники дают возможность охватить сразу огромные пространства и увидеть их изменения во времени. Знание состояния льдов очень важно для практики — для судовождения, его безопасности и экономичности.