Властивості і особливості морських, озерних і річкових льодів - студопедія

Морський лід - лід, що утворився в море (океані) при замерзанні води. Так як морська вода солона, замерзання води з солоністю, яка дорівнює середньому значенню солоності Світового океану відбувається при температурі близько -1,8 ° C.

Найважливіші властивості морського льоду - пористість і солоність, що визначають його щільність (від 0,85 до 0,94 г / см³). Через малу щільність льоду льдінивозвишаются над поверхнею води на 1/7 - 1/10 їх товщини. Танення морського льоду починається при температурі вище -2,3 ° C. У порівнянні з прісноводним він важче піддається роздроблення на частини і більш еластичний.

Головна особливість морського льоду - його солоність, під якою розуміють солоність води, що утворюється при його таненні.

Солоність. Солоність морської криги залежить від солоності води, швидкості льодоутворення, інтенсивності перемішування води і його віку [1]. В середньому солоність льоду в 4 рази нижче солоності утворила його води, коливаючись від 0 до 15 проміле (в середньому 3-8 ‰).

Щільність Морський лід є складним фізичним тілом, що складається з кристалів прісного льоду, розсолу, бульбашок повітря і різних домішок. Співвідношення складових залежить від умов льодоутворення і наступних льодових процесів і впливає на середню щільність льоду. Так, наявність бульбашок повітря (пористість [3]) значно зменшує щільність льоду. Солоність льоду надає на щільність менший вплив, ніж пористість. При солоності льоду 2 проміле і нульовий пористості щільність льоду становить 922 кілограми на кубічний метр, а при пористості 6 відсотків знижується до 867. У той же час при нульовій пористості збільшення солоності з 2 до 6 проміле призводить до збільшення щільності льоду тільки з 922 до 928 кілограмів на кубічний метр [4].

Під механічними властивостями льоду розуміють його здатність протистояти деформацій. Типові види деформації льоду: розтяг, стиск, зсув, вигин. Виділяють три стадії деформації льоду: пружна, пружно-пластична, стадія руйнування. Облік механічних властивостей льоду важливий при визначенні оптимального курсу криголамів, а також при розміщенні на крижинах вантажів, полярних станцій, при розрахунку міцності корпусу судна.

Особливість річкового льоду полягає в тому, що льодоутворення відбувається при русі води. Озерні льоди утворюються як при спокійному стані води, так і при вітровому хвилюванні. Льоди невеликих водойм здебільшого утворюються при спокійному стані води і стійкому розподілі температури у водоймі.

У міру зниження температури повітря посилюється перемішування води. Поверхневий шар охолоджується, щільність води збільшується. Охолоджена вода опускається на дно, а на її місце піднімається тепліша вода з нижніх шарів. Такий процес може тривати до тих пір, поки вся товща води не охолоне до температури + 4 ° С, при якій щільність води досягає максимального значення. Після цього подальше охолодження відбувається лише в при поверхневому шарі. Температура водної поверхні опускається нижче нуля, і починається процес льодоутворення. Зародилися на поверхні води кристали льоду ростуть вниз, частина з них виклінівается, а що залишилися товщають. Крижаний покрив набуває столбчатую структуру.

При замерзанні води в умовах сильного перемішування, швидкого охолодження і наявності великої кількості центрів кристалізації ростуть ізометрічниє кристали неправильної форми з відсутністю чітко виражених граней і безладної орієнтуванням їх осей. Лід такої структури утворюється на річках з швидкою течією і озерах в умовах сильного хвилювання в період льодоставу.

Підземний лід - лід, який містить в мерзлих грунтах, гірських породах, грунтах; входить до складу земної кори, як в якості мономинеральной гірської породи, так і в якості складової частини полімінеральних гірських порід.
У разі, коли лід виступає в ролі породообразующего мінералу полімінеральних гірських порід, він не утворює великих скупчень, а розсіяний серед інших складових частин порід у вигляді цементуючою складовою (лід-цемент) або утворює прошарку, прожилки-шліри (сегрегаційний або текстурний лід).
Підземні льоди, які утворюються великі масивні поклади, можуть активно впроваджуватися в гірські породи у вигляді крижаних клинів і жив, лінзоподібних і пластових тіл, формування яких пов'язане в першому випадку з морозобойное утворення тріщин, а в другому - з ін'єкціями водних мас в промерзають товщі або з тривалим пошаровим, сегрегаційний льдовиделеніем. Великі крижані поклади можуть утворюватися поза зв'язком з процесом промерзання гірських порід, в наземних умовах, а потім бути поховані опадами, швидко переходять в мерзле стан, тобто бути по відношенню до них сторонніми (аллотігеннимі) утвореннями. Це поховані річкові, озерні, морські льоди, снежники, льодовики. Нарешті, особливий різновид становлять печерні льоди, що виникають в карстових і термокарстових пустотах.

Взимку в північних країнах утворюється грунтовий лід, що заповнює пори грунту. Глибина промерзання тим більше, чим нижче зимові температури і чим тонше сніговий покрив, що захищає ґрунт. У більшій частині помірного пояса промерзання має сезонний характер (сезонна мерзлота). В областях з мінусовою температурою нижче зони сезонного мерзлоти в зоні постійної температури гірські породи залишаються мерзлим круглий рік. Вода в порах гірських порід знаходиться весь час в твердому стані (грунтовий або підземний лід). У таких випадках говорять про багаторічну, постійної або вічній мерзлоті. Вона широко поширена в субполярних і холодно-помірному кліматі (Канада, Аляска, Східна Сибір) і займає 14% площі суші. Грунт тут має такі особливості в розрізі: вгорі (1,5-2 м) знаходиться діяльний шар - шар сезонної мерзлоти. Він насичений водою або частково містить воду в нижній частині над водотривкими шарами (надмерзлотние води). Нижче лежить постійно мерзлий шар. Далі позначається вплив внутрішнього тепла Землі, циркулюють рідкі підземні води, зазвичай мають гідростатичний напір (подмерзлотние води). Є також Межмерзлотние води, поява яких пов'язана з нерівномірним розподілом температур. Ділянки талого грунту, до яких вони приурочені, називаються талики. Ці води набувають напір, якщо вони стискаються замерзаючими породами. Піднімаючись по тріщинах під дією напору, води можуть замерзати в грунті у вигляді великих лінз, які піднімають поверхневий шар (гидролакколіти). Утворені над ними горби з крижаним ядром (булгунняхі) мають висоту до 10 м і більше.

«Вічна мерзлота» (багаторічна кріолітозона, багаторічна мерзлота) - частина криолитозони, що характеризується відсутністю періодіческогопротаіванія. Загальна площа вічної мерзлоти на Землі - 35 млн км. Поширення - північ Аляски, Канади, Європи, Азії, острови Північного Льодовитого океану, Антарктида. Райони багаторічної мерзлоти - верхня частина земної кори, температура якої довгий час (від 2-3 років до тисячоліть) не піднімається вище 0 ° C. У зоні багаторічної мерзлоти грунтові води знаходяться в вигляді льоду, її глибина іноді перевищує 1 000 метрів.

Від 60% [1] [2] до 65% [3] [4] терріторііУкаіни - райони багаторічної мерзлоти. Найбільш широко вона поширена в Східному Сибіру і Забайкаллі.

Облік багаторічної мерзлоти необхідний при проведенні будівельних, геологорозвідувальних та інших робіт на Півночі.

Багаторічна мерзлота створює безліч проблем, але від неї є й користь. Відомо, що в ній можна дуже довго зберігати продукти. При розробці північних родовищ мерзлота, з одного боку, сильно заважає, так як промерзлі породи мають високу міцність, що ускладнює видобуток. З іншого боку, саме завдяки мерзлоті, цементуючою породи, вдалося вести розробку кімберлітових трубок в Якутії в кар'єрах - наприклад, кар'єр трубки Вдала - з майже стрімкими стінками.