11. Льды в океане.
© Владимир Каланов,
"Знания-сила".
Лёд – это твёрдая фаза воды, одно из её агрегатных состояний. Чистая пресная вода замерзает при температуре, почти равной нулю (ниже нуля всего на 0,01-0,02°C). В то же время вода, очищенная в лабораторных условиях до максимально возможной степени и находящаяся в спокойном состоянии, может быть охлаждена без образования льда до температуры минус 33°C. Но мельчайший кусочек льда или иной крошечный предмет, помещенный в такую переохлаждённую воду, мгновенно вызовет бурное образование льда.
Нормальная океанская вода, солёность которой равна 35 ‰ , замерзает при температуре минус 1,91°C. При солёности 25 ‰ (Белое море) вода замерзает при температуре минус 1,42°C, при солёности 20 ‰ (Чёрное море) – при минус 1,07°C, а в Азовском море (солёность 10 ‰) поверхностная вода замерзает при температуре минус 0,53°C.
Замерзание пресной воды не изменяет её состава. По-другому обстоит дело при замерзании морской воды. Замерзание начинается с образования тонких, вытянутых ледяных кристалликов, в которых совершенно нет соли. Постепенно, когда начинают смерзаться комочки этих кристалликов, в лёд попадает соль.
Солёность морского льда, т.е. солёность воды, образующейся при его таянии, составляет в среднем около 10% солености океанской воды. С течением времени и этот показатель снижается, и многолетний лёд может быть почти пресным.
Объём льда на 9 процентов больше объёма воды, из которой он образовался, т.к. в кристаллической решетке льда упаковка молекул воды упорядочивается и становится менее плотной. Поэтому плотность морского льда меньше плотности морской воды и колеблется в пределах 0,85-0,94 г/см 3 . Вот почему плавучие льды возвышаются над поверхностью воды на 1/7 – 1/10 своей толщины.
Прочность морских льдов заметно ниже, чем пресноводных, но она возрастает с понижением температуры и солёности льда. Наибольшую прочность имеют многолетние льды.
Лёд толщиной 60 см, образующийся на пресноводных водоёмах в разгар зимы, может выдерживать нагрузку до 15-18 тонн, если, конечно, эта нагрузка приложена не сосредоточенно, а в виде, скажем, грузовой платформы на гусеничном ходу, опорная поверхность которой равна примерно 2,5 м 2 .
На этом месте мы сделаем небольшое отступление, но совсем не лирическое. Ладожское озеро, как известно, имеет лишь слабое отношение к океанам и океанским льдам. Но мы хотим напомнить, что в 1941-1942 годах по этому озеру была проложена ледовая «Дорога жизни», которая спасла жизнь многих десятков тысяч людей. С героической и драматической историей строительства и эксплуатации этой легендарной дороги жизни обязательно должны ознакомиться наши молодые читатели.
В океанах лёд образуется в высоких и умеренных широтах. В приполярных районах льды сохраняются по нескольку лет. Эти многолетние, так называемые паковые льды наибольшей толщины достигают в центральных районах Северного Ледовитого океана – до 5 метров. Таяние морских льдов начинается тогда, когда их температура превысит минус 23°C. В Арктике летом толщина льда за счёт таяния его верхних слоёв может уменьшиться на 0,5-1,0 метр, но за зиму снизу может намёрзнуть до 3-х метров льда. Эти многолетние льды постепенно выносятся течениями в умеренные широты, где относительно быстро тают. Считается, что продолжительность жизни арктического льда, образующегося у берегов России, составляет от 2 до 9 лет, а антарктические льды существуют ещё дольше. Наибольших размеров ледовый покров в океанах достигает в конце зимы: в Арктике он к апрелю занимает площадь около 11 млн.км 2 , а к сентябрю в Антарктике – около 20 млн.км 2 . Если говорить о постоянном ледовом покрове , то он составляет 3-4 процента всей площади Мирового океана.
Ледовый покров может состоять не только из припая , т.е. неподвижного, примёрзшего к берегу льда, но и подвижных дрейфующих льдов. При сильном ветре, совпадающем по направлению с морским течением, дрейфующие льды могут проходить расстояние до 100 км в сутки.
Падающий снег часто создаёт на льду большие сугробы. Снег постепенно смерзается, увеличивая толщину ледового покрова. Иногда ураганные ветры ломают лёд, создавая высокие торосы. По такому льду, если говорить об Арктике, может передвигаться разве что белый медведь, да и то с большим трудом.
Но в океане также находится лёд, образовавшийся на суше. Это так называемые айсберги – огромные глыбы пресного льда (нем. Eisberg – ледяная гора). Айсберги поставляются в океан материковыми ледниками полярных широт. Самый большой на Земле ледниковый покров находится в Антарктике. Его площадь составляет 13,98 млн.км 2 , т.е. в 1,5 раза больше площади Австралии. При этом площадь самого материка Антарктиды оценивается в 12,09 млн.км 2 . остальное приходится на льды, покрывающие чуть ли не весь шельф Антарктиды. Средняя толщина антарктического льда составляет 2,2 км, а наибольшая – 4,7 км. Объём льда оценивается в 26 млн. кубокилометров. Огромная тяжесть льда вдавила этот материк в земную кору. В результате значительная часть поверхности Антарктиды лежит ниже уровня моря. Ледник Антарктиды ежегодно получает из снега 2000-2200 км 3 льда и примерно столько же теряет на айсберги. Конечно, этот баланс точно подсчитать невозможно. Поэтому в научном мире нет пока однозначного ответа на вопрос о том, увеличивается или уменьшается Антарктический ледник.
Айсберги в виде огромных глыб, похожие на горы, медленно сползают с материка в море, а затем с грохотом обрушиваются в воду. В Антарктиде наибольший объём льда в виде айсбергов дают два гигантских шельфовых ледника, надвигающихся на моря Росса и Уэдделла. Например, шельфовый ледник Росса имеет площадь, превышающую 500 тысяч км 2 , а толщина льда здесь достигает 700 метров. В море Росса этот ледник подходит в виде огромного ледяного барьера длиной почти в 900 км и высотой до 50 метров.
Вокруг Антарктиды постоянно плавает около 100 тысяч айсбергов. Комплексное , в том числе наблюдение за айсбергами, ведут работающие здесь 35 научных станций из разных стран. Россия имеет здесь 8 научных станций, США – 3, Великобритания – 2. Антарктические научные станции имеют также Украина, Польша, Аргентина и другие государства.
Международно-правовой режим Антарктиды и других территорий, расположенных южнее 60° ю.ш., регулируется Договором об Антарктиде от 1 декабря 1959 г.
В Северном полушарии основным поставщиком айсбергов в океан является Гренландия. Считается, что ежегодно от ледников этого острова откалывается до 15 тысяч огромных обломков льда. Отсюда они выплывают в один из самых оживлённых районов Атлантического океана.
Айсберги откалываются также от ледников островов Северного Ледовитого океана – Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, Северной Земли, Шпицбергена и Канадского арктического архипелага.
В целом ледники занимают 16,1 млн. км 2 суши, из них 14,4 млн. км 2 приходится на ледниковые покровы (85,3% - на Антарктиду, 12,1% - на Гренландию). По площади и объёму воды ледники занимают второе место на Земле после Мирового океана, а по содержанию пресной воды они превосходят все реки, озёра и подземные воды, вместе взятые.
По форме айсберги бывают столообразными и пирамидальными. Столообразная форма характерна для антарктических айсбергов, которые образуются при их отделении от огромной массы льда однородной структуры. Когда ледники движутся сравнительно быстро, форма отколовшихся кусков чаще напоминает пирамиду. По мере неравномерного таяния подводной и надводной частей айсберги принимают различные, самые причудливые формы, а с потерей остойчивости они могут опрокидываться.
Айсберги могут достигать огромных размеров. Особенно крупные айсберги образуются из шельфовых ледников Антарктиды. В 1987 году с помощью спутников Земли в районе моря Росса был обнаружен айсберг длиною 153 и шириною 36 км.
От этого же ледника в 2000 году откололся айсберг, получивший название B-15. Этот гигант имел площадь более 11000 км 2 . Если бы льдина такой площади оказалась на Ладожском озере, то она закрыла бы 63% поверхности этого большого (17,7 тыс.км 2) озера.
Масса подобных гигантов может исчисляться сотнями миллионов и даже миллиардами тонн. А ведь это чистая пресная вода, нехватку которой уже давно ощущают многие страны.
Теплоёмкость таяния льда очень велика. Чтобы растопить 1 грамм льда, требуется 80 калорий, не считая тепла, которое необходимо, чтобы согреть лёд до нуля градусов. Не случайно уже давно возникли проекты буксировки айсбергов к берегам таких приморских государств, как Япония, Саудовская Аравия, Кувейт, ОАЭ. Расчеты показывают, что айсберг «средних» размеров: длиной в 1 км, шириной 600 м и общей высотой 300 м за время пути буксировки, например, из Антарктиды в Саудовскую Аравию потеряет не более 20% своего объёма. Начальный вес такого айсберга составил бы около 180 млн. тонн (в воде он значительно меньше). Если буксировка айсберга таких размеров остаётся пока технически непростой задачей, то доставка сравнительно небольших обломков льда объёмом в 200-300 тысяч кубометров вполне выполнима и уже время от времени осуществляется указанными выше странами.
Отколовшись от ледников, айсберги, подхваченные течениями и подгоняемые ветрами, иногда уплывают далеко за пределы полярных областей. Антарктические айсберги достигают южных берегов Австралии, Южной Америки и даже Африки. Айсберги Гренландии проникают в Северную Атлантику до сорокового градуса северной широты, т.е. широты Нью-Йорка, а иногда и южнее, достигая Азорских и даже Бермудских островов.
Дальность плавания айсбергов и время их существования в океане зависят не только от направления и скорости морских течений, но и от физических свойств самих айсбергов. Очень большие и глубоко промороженные (до минус 60 градусов) антарктические айсберги существуют по нескольку лет, а в отдельных случаях даже десятилетий.
Гренландские айсберги тают значительно быстрее, всего за 2-3 года, т.к. они не столь велики по размерам и температура их промерзания не больше минус 30 градусов.
Какую опасность представляют плавающие ледяные горы для судоходства, объяснять излишне. Не раз столкновения с айсбергами приводили к катастрофам на море. Но ни одна из таких катастроф не может сравниться с трагедией, разыгравшейся в начале XX века в Северной Атлантике.
В наши дни опасность столкновения с айсбергами существенно уменьшилась по сравнению с временами «Титаника». На морских судах, в портах, на искусственных спутниках Земли установлена достаточно надёжная радиолокационная и другая аппаратура для слежения, оповещения и предупреждения об опасности встречи с айсбергами. В северной части Атлантики, где пролегают оживленные морские пути, постоянно находится на вахте специальный ледовый патруль . Он предупреждает капитанов судов о местах нахождения крупных айсбергов. В Международный ледовый патруль входят 16 стран. Его корабли обнаруживают айсберги, предупреждают о местонахождении айсбергов и направлении их движения. В функции ледового патруля входит также борьба с айсбергами, которая ведётся при помощи взрывов, использования зажигательных бомб, тёмной окраски ледяных глыб, например, путём нанесения слоя сажи на поверхность айсберга для ускорения процесса таяния и т.д.
Однако принимаемые меры не могут быть исчерпывающими. Айсберги появляются в океане по законам природы. Никто не может полностью гарантировать морские суда от ледовой опасности. Океан велик и часто таит в себе опасности, к которым всегда необходимо готовиться заранее.
© Владимир
Каланов,
"Знания-сила"
Айсберг – это громадная льдина, плавающая в мировом океане.
Откуда же берутся айсберги?
Огромные куски льда откалываются от ледников, которые покрывают материки и пускаются в свободное плавание. Например, северные айсберги откалываются от ледникового покрова Гренландии, а южные от Антарктиды, причем южные айсберги, по своим размерам намного превышают северные. Не только от свойств айсберга зависит длительность существования и дальность его плавания, это также зависит и от таких факторов, как направление и скорость течения в океане.
Самые крупные по своим размерам и промороженные вплоть до -60 C, айсберги Антарктиды «живут» по многу лет, бывает даже более десятилетия. Тогда, как Гренландские айсберги немного меньших размеров и температура их глубокого промерзания достигает -30С. Живут они гораздо меньше, и срок их таяния составляет 2-3 года.
Лед намного легче воды, этим то и объясняется почему, даже самые глубокие водоемы не замерзают зимой полностью. Если бы было наоборот, то, в самом деле, лед падающий на дно вытеснял бы на поверхность нижние слои воды, и постепенно вся вода в водоеме просто бы замерзла.
Но, при замерзании воды совершается совсем обратное. В момент преобразования воды в лёд, ее объём увеличивается примерно на десять процентов, и в итоге плотность льда оказывается намного меньше чем у воды. Этим-то и объясняется, почему лед плавает на поверхности.
На значительной глубине мирового океана температура воды бывает ниже нуля градусов, однако вода там не замерзает. Истолковывается это давлением, которое образовывают верхние слои воды.
Впервые на вопрос, почему айсберги не тонут, ответил Михаил Ломоносов. Плотность айсберга - 920 кг/м?. Кроме того, айсберг или глыба льда состоит из пресной воды и, отделяется от шельфовых ледников.
Из-за того, что морская вода плотнее айсберг и не тонет полностью. И потом важно знать, что на поверхности воды плавает только его десятая часть – макушка, все остальное - 90% этой глыбы льда спрятано под водой.
Встреча с ним для судов в открытом море весьма опасна. Если корабль вовремя не заметит движущейся айсберг, то при столкновении он может получить очень серьёзные повреждения или даже погибнуть.
В декабре прошлого года фотографу Алекс Корнелл (Alex Cornell) во время своей экспедиции в Антарктиду, посчастливилось сфотографировать удивительный айсберг необычного голубого цвета. Оказалось, что айсберг перевернулся и стала видимой та часть айсберга, которая обычно находится под водой. Очень красивый цвет, я ничего подобного раньше не видела.
Видео того, как айсберги могут поворачиваться:
Просто красиво
После этих фотографий мы с Осей много говорили об айсбергах, и вот разные интересные факты, которые можно рассказать детям:
1. Как образуются айберги
Они откалываются от больших шельфовых (т.е. плавучих или опирающихся на дно) ледников.
Можно в цветной воде с пеной запустить маленький кораблик и несколько замороженных льдин. И устроить исследование - что именно плывет перед кораблем - просто гигантская льдина или настоящий айсберг?
- В пластиковых формах (например, от мороженого) можно заморозить плоские льдины, если не наливать туда много воды.
- Неровный лед получится, если заморозить воду в помятых пластиковых стаканчиках. Только сильно лучше не мять, а то они трескаются.
- Отдельно можно заморозить воду в специальных формах для льда, и потом эти ледовые кусочки легко друг к другу прилипнут и можно будет сделать разные "айсберги".
Мы проверяли, действительно ли айсберг не тонет, и на сколько он погружается в воду.
2. Виды айсбергов. Айсберги бывают столообразными, куполообразными и пирамидальными. Айсберг с ровной поверхностью легко принять за остров. И на нем удобно жить, если ты пингвин.
А еще бывают айсберги "сухой док" - середина такого айсберга лежит ниже поверхности воды.
Мы пытались делать айсберги разной формы, получается очень смешно. Лучший айсберг - изо льда в миске для салата.
Заодно мы обсуждали нижнюю часть айсберга. Ученым известны случаи, когда айсберги дрейфовали против течения. И Ося долго отгадывал, как это может быть? А все дело в том, что над поверхностью возвышается лишь третья или четвертая часть всего айсберга, остальная же погружена в воду, и ее настолько много, что она "управляется" активными подводными течениями.
3. Самый большой айсберг
:
В 2000 году от шельфового ледника Росса откололся самый большой известный айсберг (B-15) в истории, достигающий 295 км в длине и 37 км. Представить это очень трудно, как мне кажется.
4. Интересно, что эти ледяные гиганты могут преодолевать огромные расстояния . Например, айсберги из Арктики доплывают почти до Бермудских островов, расположенных на расстоянии 4 000 км от места их образования. А вот антарктические айсберги можно увидеть в районе бразильского города Рио-де- Жанейро. А это более 5 000 км от побережья Антарктиды!
5. Уплывающие так далеко айсберги могут быть очень опасны для судоходства . Всем известна трагическая судьба английского пассажирского лайнера «Титаник», который столкнулся 14 апреля 1912 года с огромным айсбергом, и в результате затонул. Вскоре после этого был создан Международный ледовый патруль, который следит за движением айсбергов и предупреждает суда о возможной опасности. И с начала работы ледового патруля в северной Атлантике от столкновения с айсбергами не погиб не один человек.
Очень интересно, что оказывается, существует буксир айсбергов. В океане с крупными айсбергами борется судно «Atlantic Eagle».
Его единственной задачей является сдвинуть айсберг на несколько градусов от нежелательного курса. Когда буксир приближается к айсбергу, то его команда с помощью радара получает изображение подводной части айсберга. Затем буксир обходит вокруг него, огибая льдину и разматывая сотни метров мощного троса. Сделав петлю, оба конца закрепляются на судне огромными скобами. Затем наращивая мощность судна, сдвигают айсберг с места. Все это может быть очень опасно, потому что если айсберг вдруг решит перевернуться, то он вызовет огромную волну или расколется, и это может привести к затоплению корабля.
6. Цвет айберга
Молодые айсберги белого цвета, они состоят из льда и пузырьков воздуха. Эти воздушные пузырьки образуются в леднике, от которого откалывается айсберг. Когда снег спрессовывается и превращается в ледяные крупинки, часть воздуха тоже «запрессовывается» в лед и может занимать до 15% объема айсберга. При движении ледника в нем образуются трещины. Их заполняет вода, которая, в отличие от снега, замерзает без пузырьков. Тогда в айсберге появляются голубые прожилки: это лед, свободный от воздуха.
Так появляются айсберги в полосочку.
Пишут, что вот в этом айсберге при дрейфе в трещины попала и замерзла морская вода с водорослями:
А еще встречаются «черные» айсберги: они образуются, когда ледник начинает двигатья и «снимает» с поверхности слои горной породы или грунта, которые позже в его толще образуют черный цвет. А еще черный цвет в айсбергах может быть остатком вулканической пыли, которой покрыты их материнские ледники.
Ученые подсчитали, что ледяной покров , крупнейшего острова на Земле, обновляется примерно за 6 тысяч лет. Это означает, что значительная часть гренландских ледников за это время превращается в айсберги, которые «блуждают» по Северной Атлантике. Тот же процесс постоянно происходит и в Антарктиде, где находятся крупнейшие на Земле ледники.
Добравшись до края суши, ледник или нависает над водной поверхностью в виде карниза или козырька, или продолжает передвигаться по шельфу (материковой отмели). Время от времени от ледяного массива с бешеным грохотом отламываются огромные глыбы — айсберги. («Айсберг» с голландского языка переводится как «ледяная гора») При этом образуются волны, очень опасны для судов, оказавшихся поблизости.
Некоторые айсберги, по своим размеры могут соревноваться не только с горами, но и с целыми горными массивами. У самого крупного из когда-либо обнаруженных айсбергов, который в 2000 году отпал от шельфового ледника Росса в Антарктиде, была поверхность площадью около 10 тысяч км 2 при высоте более 100 метров. Через пять лет его осколок был длиной более 115 километров и площадью более 2500 км 2 . По мнению ученых, такие «ледяные горы» способны влиять на океанские течения и погодные условия, тем более что морские течения несут айсберги за многие тысячи километров от мест, их «рождения». Так начинаются многолетние блуждания ледяных гор.
Плотность морской воды около 1025 кг/м 3 , а плотность льда — 920 кг/м 3 . По этому только верхушка, десятая часть объема айсберга возвышается над водой, а остальные десять девятых объема находятся под водой и являются невидимыми для наблюдателя с борта судна. Эта «скрытая» часть плавучей ледяной скалы представляет наиболее серьезную опасность.
В истории мореплавания известно много случаев столкновения судов со скитальцами-великанами. Так, 20 февраля 1856 года, у острова Ньюфаундленд, после столкновения с айсбергом потерпел крушение американский парусный корабль. Вся команда погибла — 135 человек. А в 1928 году загадочно исчез датский пьятищогловий баркас «Копенгаген». Судно шло из Монтевидео в Австралию и на его борту находились 59 человек. В широтах, где проходил маршрут баркаса, дрейфовали антарктические гигантские айсберги. В 1943 году в Северной Атлантике столкнувшись с айсбергом пошел на дно британский танкер «Свенд Фойн» вместе со всем своим экипажем. Но самая известная из катастроф такого рода произошла 1 апреля 1912 года. Только что построенный крупнейший океанский лайнер «Титаник», вышедший в свой первый трансатлантический рейс, столкнулся с гигантским айсбергом и затонул, невзирая на то, что он считался абсолютно надежным и непотопляемым. При этом из 2208 человек пассажиров и экипажа спаслись только 706.
С появлением на судах радиолокационного оборудования опасность подобных столкновений уменьшилось. Однако даже самые современные приборы порой оказываются несостоятельными. В ноябре 2007 г. неподалеку от Южных Шетландских островов, расположенных у побережья , круизный лайнер «Эксплорер» врезался в ледяную гору и получил пробоину. К счастью, всех пассажиров удалось эвакуировать и разместить на другом корабле еще до того, как лайнер скрылся под водой.
Чрезвычайной особенностью айсбергов является их способность «кувыркаться». В теплых водах лед тает гораздо быстрее, при этом изменяется положение центра массы ледяной горы, и время от времени айсберги неожиданно переворачиваются. Известен случай, когда в результате такого «кувырка» пассажирский корабль, находившийся вблизи большого айсберга, был подхвачен им при опрокидывании и оказался на поверхности льда. Однако новое положение айсберга оказалось неустойчивым, и за короткое время он сделал «кувырок» в обратную сторону, причем корабль вновь оказался на плаву, не получив серьезных повреждений. Интересно, что айсберг, который недавно «перевернулся», отличается от своих собратьев темно-синим цветом льда.
Среди ледяных гор большинство — столовые айсберги. Отличительной чертой этих айсбергов является ровная, как стол, поверхность. Под действием морских волн и солнечных лучей форма айсбергов со временем меняется. Чем «старше» ледяная гора, тем изобретательнее ее внешний вид. Некоторые из них, пропутешествовав несколько лет в водах Северной Атлантики или на юге Индийского и Тихого океанов, становятся похожими на гигантских белоснежных лебедей или на скалистые острова с широкими долинами, острыми утесами и живописными бухтами. Многие айсберги существуют так долго, что на них образуются колонии морских птиц — поморников, чаек, пингвинов, а также тюленей.
Скопление айсбергов, встречающихся у ледяного барьера Антарктиды, обычно выглядят как ледяные города, созданные архитектором с неукротимый фантазией и неограниченными возможностями. Освещенные солнцем, они переливаются всеми цветами чистейшего пресного льда — от ослепительной белизны к глубокому сине-фиолетового тона.
В конце XX века Европейским Космическим Агентством и НАСА были созданы спутниковые системы, которые ведут круглосуточное наблюдение за передвижениями ледяных путешествующих гор в океанах планеты, движением покровных ледников и образованием новых айсбергов. В декабре 2009 года спутник Егмизат обнаружил огромный айсберг у берегов . Ледяной глыбе размером 19 на 8 километров (больше площади Гонконга), что отпала от шельфового ледника Росса, понадобилось 10 лет, чтобы преодолеть такое расстояние.
10 152