Таяние льда под водой

Таяние льдов побило 30-летний рекорд. Какие города рискуют оказаться под водой?

Межправительственная группа экспертов по изменению климата опубликовала данные исследований, согласно которым скорость таяния льда на планете рекордно увеличилась. Ученые проанализировали данные спутниковых наблюдений за последние 30 лет, охватывающие 215 000 ледников – от полярных щитов Гренландии и Антарктиды до горных и дрейфующих морских льдов. Что стало причиной таяния льдов и какие последствия мы можем ощутить уже в ближайшее время – разбирался наш научный обозреватель Николай Гринько.

Если в 90-х годах прошлого века Земля теряла примерно 0,8 триллиона тонн льда в год, то уже к 2017 году эта цифра увеличилась до 1,3 триллиона. Данных о последующих годах пока нет, но есть все основания полагать, что скорость таяния только увеличилась.

Ледяные щиты быстро превращаются в пресную воду, и это не только поднимает уровень мирового океана, но и снижает отражательную способность планеты. В результате солнце нагревает Землю еще сильнее, весь процесс развивается по экспоненте. Исследователи утверждают, что деградация ледников сейчас движется по наихудшему сценарию из всех возможных, уровень мирового океана за три десятка лет увеличился на 35 миллиметров.

Что же произойдет, если абсолютно весь лед на планете растает? Первое, к чему это приведет, – уровень океана поднимется почти на 70 метров. Ни один прибрежный город не уцелеет – все уйдут под воду. Чтобы приблизительно передать масштаб, можно сказать, что от 100-метровой колокольни на площади Святого Марка в Венеции на поверхности останется только шпиль, а на самой площади смогут резвиться киты. Владивосток, Нью-Йорк, Лондон, Шанхай – все они скроются под водой, видны будут лишь небоскребы и телевизионные вышки.

Но будут и другие последствия, не менее разрушительные. Соленая океанская вода заполнит водоемы в глубине материков, уничтожая запасы пресной воды. В результате будут уничтожены ирригационные системы, гидроэлектростанции, системы охлаждения промышленных объектов. Пресная же вода, образовавшаяся из ледниковых шапок, нарушит океанские течения и вызовет климатические аномалии. Гольфстрим почти наверняка исчезнет. Это океаническое течение «обогревает» Европу, а без него в странах, прилегающих к Атлантическому океану, наступит локальный ледниковый период.

Лед, расположенный на горных вершинах и ледниках в глубине материков, адсорбирует самые разные вещества из атмосферы, в том числе ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве. При таянии льда все они высвободятся и заполнят окружающие водоемы и воздух. Растает и вечная мерзлота в северных широтах – а в ней законсервировано огромное количество органики, которая не разлагается тысячелетиями благодаря низкой температуре. Без льда процесс разложения запустится вновь, продуцируя масштабные выбросы метана.

Самое удивительное, что Антарктиду не затопит. Это самый высокий континент Земли, над уровнем моря он возвышается в среднем на 2 километра. А на фоне повышения температуры планеты он останется самым прохладным местом, так что человечество, вероятно, будет вынуждено перебираться сюда. Историки, между прочим, будут просто счастливы: из-подо льда высвободятся останки древней фауны, можно будет без помех изучать эндемических саблезубых тигров и динозавров. Правда и древние вирусы, законсервированные в ледяном щите, тоже вырвутся на свободу…

Разумеется, нас больше всего интересует, что будет с Россией при таком невеселом раскладе. Спешим обрадовать: климатологи утверждают, что большая часть Евразии станет… тропиками. Пальм и бананов не обещают, но общепланетарный нагрев приведет к тому, что в прохладных регионах (например, в Сибири) средняя температура повысится градусов на 15. Да, атмосфера получит внушительную порцию метана из растаявшей вечной мерзлоты, но зато у нас не так много городов возле северных морей, а выходов к остальным почти нет, так что затопление принесет нам не так много вреда, как многим другим странам.

Впрочем, ученые утверждают, что Земля в своей истории переживала и более теплые времена. Как можно убедиться, жизнь на планете не исчезла, единственный разумный вид по-прежнему существует и даже достиг таких высот, как ядерная медицина, космические станции и татуаж бровей. Хотя последнее из списка достижений, пожалуй, можно вычеркнуть. Хотя…

Источник

Слово о льде. Как он образуется и как под него не провалиться.

Как образуется лёд?

На водоёмах области тонкий слой льда может образоваться уже за несколько холодных ночей. Но это происходит не сразу — сначала должна остыть вся вода в водоёме. Из-за высокой удельной теплоёмкости воды это происходит не сразу. Охлаждённые поверхностные водные слои из-за своей более высокой плотности, по сравнению с более тёплыми, опускаются на дно, а тёплые снизу подымаются. И до тех пор пока вся вода не охладится — льда не будет. Температура придонных слоёв в итоге, после образования льда, получается около +4 градусов, а слоёв непосредственно примыкающих к льду — около 0 градусов. Первоначально лёд образуется снизу: верхние слои льда промерзают на холоде до минуса и как только холод дойдёт до границы льда с водой — тут же начинается новое льдообразование.
Поскольку плотность льда ниже плотности воды, то несжимаемая вода давит снизу на лёд и он трескается. Трещины заполняются водой, которая сразу замерзает. В итоге, ледяной панцирь, расширяясь, наползает на берег, образуя торосы. Так что даже в лютый мороз можно попасть ногой( колесом) в ещё незамёрзшую трещину :))
По моим многолетним наблюдениям, лёд, намёрзший таким образом, на наших водоёмах почти никогда не превышает 20см. Дальнейшее его утолщение происходит только из-за оттепелей — замерзания растаявшего снега. В итоге суммарная толщина может достигнуть, в зависимости от величины водоёма, 70-100см. Ледобур мой, иногда, по ручку входит и приходится добуривать стоя на коленях 🙂
Самый прочный это первый, прозрачный лёд. Лёд из замороженого снега — мутный, белый и слабее первого в 1,5 раза. Не бойтесь ступать на прозрачный, тёмный — бойтесь белого, мутного.

Считается, что человека уже выдерживает 4-х сантиметровый лёд, машину — 10см, танк — 25-30см 🙂 Но помните, что при плюсовой температуре лёд слабее такого же при минусовой в 2 раза. Особенно плохо, когда вода сверху тонкого льда — он ещё больше тает.
Я лично считаю, что можно безбоязненно выходить только на 10см т.к. наверняка найдётся место на озере, где толщина меньше 10см( ключи и т. п.)
Если на льду толстый слой снега, то это препятствует дальнейшему льдообразованию и даже в сильный мороз можно выйти на лесное озеро, с которого снег никуда не сдувается, а только накапливается, и провалиться. Также надо учесть, что большой слой снега давит сверху на лёд и он, трескаясь, выпускает воду. Под снегом на таком озере почти всегда вода. Яркий пример — озеро Фигурное(Верхолино) в Орехово. Прошлой зимой под полуметровым и более слоем снега там было 10-15см льда. На крупных озёрах вода под снегом по краям, на мелких — и в центре. Ножки уж точно промочите 🙂

На внутренних водоёмах сейчас, после заморозков, ходить( ездить) можно почти везде. Исключение — большие озёра, такие как Отрадное, Глубокое, Суходольское, Вуокса. В Отрадном и Глубоком лёд разной толщины, на Суходольском — течение, на Вуоксе — ключи. На Финский залив соваться совсем не советую. На Ладоге можно кататься и ходить только в район Чёрного-Леднёво. Это сейчас.
На перспективу:
Опасное место на Ладоге — Кокорево-Краськово — даже не заметите, как понесёт на экскурсию на Валаам :)) Очень опасное место — юг Финского залива, особенно район Лебяжьего — Красной Горки — там из-за постоянного течения ломает лёд всегда и любой толщины и ветром вас унесёт в глухую тёмную ночь 🙂 В Маркизовой луже( залив до дамбы) скоро можно спокойно кататься, но не по фарватеру, где суда ходят.
Откалывается вначале очень большая льдина (несколько кв. км) — сразу и не заметите. Потом волны её быстро ломают на кусочки и на следующий день, если переживёте ночь, вам от льдины останется 15-20 кв.м. 🙂

Как тает лёд?

Лёд любой толщины на наших водоёмах исчезает к концу апреля. Таяние начинается в начале апреля — у берегов, в районе камышей. Стало быть в начале зимы лёд у берега самый прочный, весной он же — самый слабый. Солнце начинает подогревать белую поверхность льда, лёд становится ноздреватый, шершавый. Более тёмные предметы (камыши) прогреваются больше и лёд вокруг них тает. Весной также талая (более тёплая, чем подо льдом) вода стекает с берегов в озёра и тоже подмывает лёд. В результате весной получается, что в центре припай ещё есть, а по берегам уже вода.

Как спасаться, если провалился?

Вначале слабый лёд только трещит. В этом случае нельзя подымать ноги, надо двигаться скользя. Это естественно — ведь если поднимаешь ногу, то другая нога держит вес всего тела — на лёд нагрузки больше. Если лёд всё ж продолжает трещать, то надо ложиться на брюхо и ползти.
Три года назад я в новогоднюю ночь прополз таким образом на животе всё Полянское озеро поперёк (это около 2км). Это заняло 3 часа, на льду был мокрый снег с водой. Выхода не было — кратчайшее расстояние до автобусной остановки к Каннельярви, вокруг никак не обойти. Хотя с утра тогда было холодно и лёд по дороге туда держал спокойно, к вечеру резко потеплело и пошёл дождь со снегом. Но я всё ж выбрался и успел к новогоднему столу : ))
Если провалился с великом — скажи ему прощай и спасайся сам 🙂 Естественно, паниковать не надо. Вода, конечно, ледяная, но холод сразу не чувствуется и, опершись за края пролома можно спокойно обдумать план спасения. Перво-наперво нельзя сразу же грудью наползать на лёд — он будет ломаться, как перед ледоколом. Барахтаясь, ты только увеличиваешь размеры промоины, теряешь силы и способствуешь более быстрому охлаждению организма, судорогам и скорому концу 🙂 Если проём достаточно велик, то надо, уцепившись руками за один край дыры, всплыть и попытаться раздвинутыми в стороны ногами уцепиться за противоположный край. Далее, упираясь руками и ногами, поднять туловище из воды и боком, как человек-паук, отползти в сторону от полыньи. Ползти надо туда, где был до проваливания — там ведь лёд ещё держал. Вставать на ноги пока нельзя, лучше ползком — на лёд нагрузки меньше. Ну и потом обратно по своим следам. Совсем забыл — к провалившемуся подходить нельзя, только ползком и только бросать верёвку.

Вроде всё написал, что хотел. Надеюсь, что моя «инструкция по применению» вам не пригодится. В любом случае можете сказать мне спасибо — ведь писал я её больше двух часов 🙂

Андрей Полуда
Неоднократный призер соревнований
по спортивному рыболовству,
веломеханик и краеевед
аккаунт ВКонтакте

В январе 2009г две группы велосипедистов в один день имели несколько провалов под лед. «Разбор полетов» на форумах: как правильно или неправильно вытаскивали провалившихся, про шильца и спасконцы:

Источник

Донный лёд – странное явление природы

Лёд который образуется в толще воды

Представьте, вы погружаетесь под воду в зимнее время года и видите огромное скопление льда перед собой. На первый взгляд может показаться, что это всего лишь обломки льдины, да и вообще, что в этом может быть интересного? Парадокс в том, что лёд не всплывает и не тает, при этом долгое время находясь в воде.

История изучения донного льда имеет необычное прошлое, ведь споры об этом явлении шли более ста лет. Точкой отправления в выявлении природы донного льда стал тот факт, что он наносит существенный вред водопроводу, а также силовым гидроустановкам.

В 1914 году Петроград остается без воды вследствие обмерзания наконечников водоприемных труб.

Как лёд может застывать под водой, ведь её температура положительная?

В момент образования донного льда вода имеет отрицательную температуру

Вот и весь секрет – если интенсивно перемешивая охлаждать воду, то её температура будет минусовой. Для протекания данного “феномена” хватит отклонения даже в одну тысячную градуса. Мелкие частицы, попавшие в воду из атмосферы обрастают льдом, затем, по мере погружения, они, словно снежный ком начинают кристализоваться, образуя крупные кристаллы льда (не всегда образование донного льда происходит с поверхности, наличие затравки в виде взвешенных в воде частиц может также поспособствовать образованию льда, но уже со дна).

В итоге мы имеем несколько основных условий для образования донного льда в природе:

• Минусовая температура на улице – примерно от -10°C
• Открытая водная гладь – увеличит теплопотерю воды и обеспечит переохлаждение
• Сильный ток воды – поддерживает переохлажденное состояние воды и не дает образоваться корке льда на повехности
• Затравка – без неё льду просто не на что нарастать (обратите внимание, практически весь лёд на видео “растет” на чем-то, а не сам по себе)

Где можно наблюдать данное явление?

Приличные морозы и быстробегущие реки – под это описание прекрасно подходит вся Сибирь. Здесь донный лёд можно наблюдать из года в год (к примеру на реке Ангара). Любопытно, но не каждая местность может похвастаться данным явлением. К примеру в Шотландии, среднегодовая температура которой не сильно отличается от сибирской, всего единожды наблюдали замерзание гидрооборудования со дна водоема – Источник – https://ufn.ru/ufn23/ufn23_4/Russian/r234d.pdf

Прочие факты из истории изучения донного льда

Явление изучал знаменитый французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак

Истории известны случаи, когда донный лёд серьёзно мешал нормальной работе канадских ГЭС

Большие скопления донного льда могут менять рельеф речного русла, что способствует локальному повышению уровня воды в реках

Источник

ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ЛЬДА

Ледовый режим водоема — это циклы покрытия акватории льдом, неизменный каждый год. На водоемах Ленинградской области ледовый режим состоит из трех фаз: замерзание, ледостав и вскрытия водоёмов.

Для возникновения льда в водоёмах необходимо:
— небольшое переохлаждение воды, температура должна быть чуть ниже 0 °С, начиная с сотых долей и ниже;
— наличие ядер кристаллизации, которыми могут являться снежинки, льдинки, минеральные и органические взвеси;
— турбулентное перемешивание для отвода выделяющегося при кристаллизации тепла. Если перемешивания нет, то процесс кристаллизации прекращается.

В водоёмах образуется лед поверхностный и глубинный (внутриводный), кристаллизующийся не только на взвеси, но и на микроорганизмах, частицах песка, гальке и т. д. Температура замерзания снижается с глубиной и с увеличением минерализации.

К факторам, определяющим возможность образования ледовых явлений, относят:
• интенсивность теплоотдачи поверхности водоёма с наступлением холодов;
• величину теплоемкости водоема. Чем больше объём водной массы в водоёме, и чем он глубже, тем длительнее процесс его охлаждения;
• интенсивность перемешивания, связанная с транзитными течениями. Чем более проточен водоем, тем интенсивнее вынос тепла из глубинных слоёв к поверхности, в атмосферу.

Очень важным фактором образования ледяного покрова на водоёмах и наступления ледостава служит ветер. Чем сильнее ветер, тем интенсивнее теплоотдача в атмосферу вследствие испарения и турбулентного теплообмена с морозным воздухом. Перемешивание слоев воды ветром и волнами усиливает теплообмен и вынос теплых глубинных вод к поверхности, что тормозит процесс льдообразования. Интенсивное перемешивание увеличивает толщину слоя воды, в котором возможно образование ледяных кристаллов, всплывающих к поверхности воды (лёд имеет плотность на 10 % меньшую по сравнению с плотностью воды). Ветровое волнение разрушает образовавшиеся ледяные корки, чем замедляет формирование ледяного покрова.

Замерзание водоёмов.

При интенсивном теплообмене и охлаждении вод водоема, но при отсутствии ветра и перемешивания верхних слоем воды образуются первичные кристаллики льда в виде мелких иголочек. Когда вода покрыта ими, кажется, что на её поверхности разлит растопленный жир. Такое состояние водно- кристаллизованной смеси называют «сало». При продолжающемся морозе и безветрии кристаллики смерзаются. Образуется однородный прозрачный кристаллический лед, толщина которого довольно быстро увеличивается. За ясную и морозную ночь толщина такого льда может достичь 2-3 см. При этом, как правило, весь небольшой водоём замерзает единовременно. На крупных озёрах в такую погоду обычно покрываются льдом только мелководные заливы.

Кристаллический лёд в начале зимы наиболее прочный и при толщине 5 см выдерживает вес человека, а при 10 см — снегохода. В озёрах, покрывшихся льдом в морозную, штилевую погоду, подо льдом сохраняется обратная стратификация с относительно тонким подлёдным слоем воды, охлажденной до 0 °С. Если замерзание водоёма происходило в ветреную погоду с перемешиванием и более интенсивной теплоотдачей с водной поверхности, средняя температуры воды в водоеме зимой меньше.

При даже слабом ветре замерзание водоёма начинается с береговых отмелей, выхолаживающейся быстрее из-за малой глубины. Первичные кристаллики сбиваются к урезу и смерзаются, образуя полосы кристаллического льда — забереги, примёрзшие к береговому склону. С усилением мороза забереги расширяются, а открытая поверхность воды сокращается. На крупных и глубоких озёрах и водохранилищах замерзание длительно и проходит разновременно в разных районах.

В формировании ледяного покрова принимают участие всплывающие комья внутриводного льда (шуга) обычно грязно-белого цвета, снежура, образующаяся из снега во взволнованной, ещё не замерзшей водной поверхности. Неровность такого покрова увеличивается, если сильный ветер и колебания поверхности водоёма взламывают ещё не окрепший лед. Он дробится, и трущиеся друг о друга его кусочки превращаются в блинчатый лёд — дискообразные льдинки с выпуклым белым краем смерзшихся ледяных крошек.

Штормовым ветром взламывается и уже достаточно прочный лёд, льдины надвигаются одна на другую и смерзаются в торосы с наступлением менее ветреной, но морозной погоды. На нагонных участках пологого берега из битого льда, шуги и частиц донного грунта в шторм образуются береговые ледяные валы.

Структура и деформации ледяною покрова.

Ледостав — период неподвижного ледяного покрова. В Ладожском озёре в теплую зиму с малой суммой отрицательных температур воздуха площадь ледяного покрова не превышает 50% площади акватории. В такие зимы теплозапас его водной массы наименьший вследствие особенно интенсивной теплоотдачи с большой открытой водной поверхности. В умеренно холодные зимы почти 100 %-ная покрытость льдом продолжается всего 2 месяца, а в суровые зимы она длится почти 3 месяца.

Скорость нарастания кристаллического слоя льда (вследствие кристаллизации воды на его нижней поверхности) зависит от его теплопроводности и того, насколько интенсивны теплопотери с ледяного покрова в атмосферу при морозе. Чем ниже температура воздуха и продолжительнее морозная погода, тем больше намерзает льда снизу, тем всё более толстым становится кристаллический лед на водоёме, увеличивается теплоизоляция воды под ним.

Как правило, ледяной покров неоднороден и имеет двух- или трёхслойную структуру и покрыт слоем снега неравномерной толщины и плотности. Под весом снега лёд прогибается, трескается, из трещин, рыбацких лунок и майн на лёд вытекает вода, смачивает нижний слой снега и в мороз замерзает. Так образуется водно-снеговой лёд, менее плотный и малопрозрачный белёсого цвета из-за включения пузырьков воздуха и пыли.

В оттепели талая вода с подтаивающего снежного покрова в последующие морозы превращается в снеговой лёд. Он по физическим свойствам сходен с водно-снеговым льдом, но отличается по химическому составу, подобному составу атмосферных осадков. Лёд этих двух видов имеет меньшую теплопроводность и отражающую способность, чем кристаллический лёд, что замедляет утолщение ледяного покрова.

Деформации ледового покрова.

Зимой лёд как любое твёрдое тело при охлаждении сжимается. Сжатие больше у верхней поверхности льда, где зарождаются морозные трещины. Нижняя поверхность льда крепко примерзает на мелководьях к грунтам вблизи уреза, поэтому с усилением мороза в трещинах происходит разрыв ледяного покрова, и в расширяющихся до 1-2 м трещинах образуется на воде корка молодого льда. При потеплении лед расширяется, трещины сдвигаются, вызывая торошение молодого льда. Торосы порой достигают высоты 0,5-1,5 м.

Кроме термических деформаций ледяного покрова на озёрах происходят и динамические деформации, вызванные сейшами (стоячими волнами, возникающими в замкнутых или частично замкнутых водоёмах) на открытой воде. На Ладожском озере неоднократно возникало по три трещины вдоль продольной оси и поперёк под действием многоузловой сейши, когда наибольшие изгибы ледяного покрова происходят в прибрежной зоне. При сильном морозе достаточно небольшого изгиба ледяного поля над пучностью сейши, чтобы он треснул.

Таяние льда в водоёмах.

Разрушение ледяного покрова, т. е. вскрытие замерзашего водоема, включает три стадии:

I стадия — таяние снежного покрова. Талая вода пропитывает снег, он темнеет, снижается величина отражающей способности поверхности водоёма, увеличивается поглощение суммарной солнечной радиации, что ускоряет таяние. Вода накапливается на льду, протаивают вдольбереговые трещины, заполняющиеся талой водой. Увеличение расхода воды в притоках приводит к подъему уровня воды в водоёме. Ледяной покров, освободившийся от снега, всплывает. Талая вода с него уходит под лёд. Вдоль берегов образуются закраины у скалистых крутых берегов и более широкие — на мелководьях.

II стадия — активное таяние ледяного покрова. Оно происходит на его верхней поверхности вследствие поглощения льдом солнечной радиации (большая величина радиационного баланса) и турбулентного теплообмена с более тёплым воздухом.

Подтаивает и нижняя поверхность льда вследствие конвективного перемешивания подлёдной воды с нижележащим слоем, нагретым днем проникающей сквозь лед солнечным излучением. Локально оно интенсифицируется динамическим перемешиванием в приустьевых зонах, куда поступают воды притоков. Плотностные течения, несущие теплоту и распространяющиеся из этих зон в подледном слое из-за малой минерализации и плотности вод речного половодья, усиливают подтаивание снизу ледяного покрова. Стаивание льда сверху и снизу уменьшает толщину ледяного покрова примерно на 30 %.

Одновременно таяние происходит внутри пористого водноснегового и прозрачного кристаллического слоев. Оно начинается вокруг содержащихся во льду частиц ионного состава. Образующиеся капли внутрилёдной солоноватой талой воды, поглощающие солнечное излучение, вызывают протаивание вертикальных канальцев диаметром 0,1-1,0 мм между ледяными кристаллами. Это увеличивает рассеяние и поглощение солнечного света в толще льда и ускоряет таяние. Канальца расширяются до 5 мм и более в диаметре, и внутрилёдная вода стекает под лёд, происходит его обессоливание.

Прочность ледяного поля уменьшается настолько, что любая даже небольшая на него нагрузка — ветровое пульсирующее давление сверху или сейшевые колебания воды снизу — разрывает ослабевшие связи между кристаллами льда. Лед рассыпается на отдельные кристаллы диаметром до 5-7 см и длиной 20-30 см и более. В эту стадию выход на лёд крайне опасен.

III стадия — таяние возникающих полей ледяных иглообразных кристаллов и еще не раздробленных льдин. Оно происходит обычно быстро благодаря резкому снижению альбедо смеси воды и ледяных кристаллов, их механическому дроблению волнением и трением друг о друга. Из-за поглощения льдом солнечного излучения весной для его таяния и разрушения в водоёме достаточна в 5 раз меньшая сумма положительных температур воздуха, чем сумма её отрицательных значений зимой для формирования толщи ледяного покрова.

Вскрытие малых озёр, прудов и водохранилищ происходит практически одновременно на всей их акватории. В целом сроки начала ледостава и очищения ото льда озёр и водохранилищ — более поздние, чем на реках. Их запаздывание тем значительнее, чем больше размеры водоёма и меньше его проточность.

Источник