какие условия необходимы для образования льда
Физические основы образования льда
В холодильной технике льдообразование почти всегда протекает в условиях, когда имеются необходимые предпосылки для возникновения кристаллов льда. Образование твердой фазы из жидкой начинается только в отдельных точках — центрах кристаллизации. В свою очередь образование первичных центров кристаллизации возможно только при переохлаждении жидкости. Переохлаждением жидкости — называют разность температур между температурой плавления твердой фазы и температурой, при которой выделяются первые кристаллы. После появления кристаллов температура жидкости возрастает до температуры плавления. Необходимость переохлаждения вызывается тем, что возникающие группировки (диспергированные кристаллы) с упорядоченным размещением молекул, близким к структуре кристаллов твердой фазы, неустойчивы. Эти группировки в соответствии с квазикристаллическим строением жидкости непрерывно разрушаются под воздействием теплового движения молекул. Когда температура жидкости становится ниже точки плавления, воздействие теплового движения молекул уменьшается. 
Однако эти группировки, представляющие собой только несколько молекул с правильной кристаллической ориентировкой, остаются неустойчивыми и в условиях переохлаждении. Кристаллическая группировка становится устойчивой только тогда, когда в ней содержится несколько сот молекул. Образование такой группировки не может происходить самопроизвольно: оно требует содержания в жидкости твердых частиц. Стабильность этих групп может возникнуть только на поверхности раздела жидкости и твердых частиц, так как здесь имеется пленка жидкости, обладающая особыми свойствами молекулярной ориентации, отличающими ее от остальной массы жидкости.
При движении воды у охлаждаемой стенки первые кристаллы должны выделяться в виде тонкого слоя льда, так как у нее находится наиболее переохлажденная пленка жидкости, обладающая свойствами молекулярной организации, необходимыми для образования устойчивых группировок.
Наиболее благоприятными условия будут тогда, когда теплопередающая стенка по структуре своей поверхности приближается к структуре кристаллов льда и когда теплопередача через стенку проходит интенсивно. Поэтому шероховатые металлические стенки, особенно медные, при интенсивном охлаждении создают более благоприятные условия для образования первых кристаллов льда, чем гладкие и полированные, особенно стеклянные, при медленном их охлаждении.
При интенсивном охлаждении воды с температурой выше 0°С у металлической стенки образуется тонкий сплошной слой льда и переохлаждение воды резко падает до тысячных долей градуса (практически можно считать, что переохлаждение отсутствует). Температура поверхности льда на границе с водой в течение всего дальнейшего процесса охлаждения ее остается постоянной и равной 0°С. Действительно, температура плавления льда при атмосферном давлении не может быть выше 0°С, так как известно, что иметь двойную фазу вещество в перегретом состоянии не может. С другой стороны, температура может понижаться лишь на тысячные доли градуса. Таким образом, практически температура льда на границе может быть принята равной 0°С.
Гидрология
Лекция. Гидрология ледников
Лекция 4. Гидрология ледников
1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЛЕДНИКОВ И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ НА ЗЕМНОМ ШАРЕ
В холодный период года на обширных территориях суши идет накопление твердых атмосферных осадков — снега. В теплый период года на большей части территории снег растаивает. В каждый моментвремени можно найти границу между поверхностью, покрытой снегом, и поверхностью, где снега нет. Эта граница называется сезонной снеговой линией. Естественно, что в течение года эта линия смешается в пространстве: в холодный период года на равнинах в сторону низких широт, а в горах — вниз по склонам, в теплый период года на равнинах — в сторону высоких широт, а в горах — вверх по склонам, причем в Северном и Южном полушариях — асинхронно.
Среднее положение снеговой линии называется климатической снеговой линией. Выше ее в среднем за год снега может накапливаться больше, чем растаять или испариться, ниже весь выпавший за зиму снег летом должен полностью растаять. Выше климатической снеговой линии наблюдается положительный снеговой баланс, ниже — отрицательный снеговой баланс, на самой линии — нулевой снеговой баланс.
Часть тропосферы, расположенную выше климатической снеговой линии, в пределах которой снеговой баланс положительный и происходит накопление твердых атмосферных осадков, называют хионосферой.
Высотное положение климатической снеговой линии определяется климатическими условиями. Наинизшее положение она занимает в полярных районах, опускаясь в Антарктике до уровня моря, наивысшее — в субтропиках (до 6500 м), где наиболее высока температура воздуха и отмечаются недостаток атмосферных осадков и повышенная сухость воздуха. В Южном полушарии, где климат более морской и выпадает больше осадков, климатическая снеговая линия расположена ниже, чем в Северном полушарии.
Если в том или ином районе земная поверхность имеет высоты, превышающие высоту климатической снеговой линии, то именно здесь накопление снега приводит к его преобразованию в фирни лед и возникает ледник. Так, выше климатической снеговой линии оказывается вся Антарктида, вершины Анд и Кордильер, некоторые горы Аляски, здесь и располагаются ледники. Они также находятся выше климатической снеговой линии, расположенной на Земле Франца-Иосифа на высотах около 100 м, на Шпицбергене около 400—500 м, в Альпах 2500—3000 м, на Кавказе 2700—3800 м, на Памире 4500—5500 м, на Гималаях 4900—6000 м и т. д. На наветренных и потому более влажных и снежных склонах снеговая линия лежит ниже, чем на склонах подветренных.
Таким образом, главная причина существования оледенения — климатическая. Основным условием существования ледников служит положительный снеговой баланс, т. е. преобладание накопления снега над его расходованием, чему способствует большое количество твердых атмосферных осадков и длительный период отрицательных температур воздуха.
Наиболее благоприятен для образования ледников морской климат с большим количеством осадков и прохладным летом. Сухой континентальный климат с жарким летом менее благоприятен для образования ледников.
Помимо климатических условий образованию ледников способствуют и условия орографические и геоморфологические: большие высоты, экспозиция склонов (северная в Северном полушарии и южная в Южном), благоприятная ориентация горных хребтов по отношению к направлению переноса влажных воздушных масс, плоские или вогнутые формы рельефа. На северных склонах Джунгарского Алатау климатическая снеговая линия расположена, например, на высотах около 3000 м, на южных склонах — на высотах около 3500 м. В центральных частях гор Средней Азии эта линия лежит на высотах 5000—5500 м, в периферийных — на высотах 3000—3600 м.
Накопление снега выше климатической снеговой линии не может продолжаться бесконечно, и он должен каким-то образом «разгружаться». Это в горных ледниках происходит благодаря перемещению накапливающихся масс снега и льда ниже снеговой линии (в виде языка ледника) и последующему их таянию и испарению в более теплых условиях, частичному таянию и испарению льда выше снеговой линии, сходу лавин и переноса снега метелями, а на покровных ледниках также и в результате откалывания массивов льда и образования айсбергов.
Линия с нулевым снеговым балансом на теле самого ледника проходит немного ниже, чем климатическая снеговая линия в данном районе Земли. Это может быть объяснено как дополнительным поступлением снега на поверхность ледника путем метелевого и лавинного переноса, так и охлаждающим влиянием самого ледника.
С многолетним положением снеговой линии на поверхности ледника приблизительно совпадает так называемая фирновая линия, отделяющая поверхность фирна от поверхности льда.
Запасы воды во всех ледниках мира составляют 25,78 тыс. км(это —70,2% объема всех пресных вод на планете). На долю льдов Антарктиды и Гренландии приходится 23,29 и 2,36 млн км 3 запасов воды, что составляет 90,3 и 9,2 % суммарных запасов воды в ледниках мира.
Как следует из приведенных цифр, в ледниках Антарктиды и Гренландии вместе содержится 25,66 млн км 3 воды (99,5 % запасов воды во всех ледниках мира, или 69,8 % запасов всех пресных вод). Помимо Антарктиды и Гренландии, важными районами современного оледенения являются арктические острова. На долю горных ледников приходится запасов воды значительно меньше (наиболее крупные горные ледники расположены на Аляске, Памире, в Андах). Средняя толщина льда наибольшая в покровных ледниках (ледники Антарктиды, Гренландии, арктических островов). Максимальная толщина льда была измерена в индоокеанском секторе Антарктиды — 4776 м. Толщина льда в горных ледниках значительно меньше.
Что такое ледник и как он образуется?
Основа жизни на нашей планете – вода, как известно, может находиться в трёх агрегатных состояниях: в жидком виде – в океанах, морях и реках, в виде пара – в атмосфере, и в виде льда – на полюсах и вершинах гор.
Учёным не сразу удалось узнать, что такое ледники и как они образуются. Для этого им пришлось годами изучать льды Арктики и Антарктиды, подниматься на вершины самых высоких гор, и везде брать пробы льда. Сегодня многие загадки ледников удалось раскрыть, но вечные льды хранят ещё немало тайн в своей промёрзшей насквозь глубине.
Что такое ледник?
Увидеть своими глазами настоящий многолетний ледник удаётся немногим людям: места, где лежит вечный лёд, весьма труднодоступны, и чтобы попасть туда, требуется основательная и недешёвая подготовка. Ледниками принято называть скопления многолетнего льда и спрессованного снега, которые под действием собственного гигантского веса в сотни тысяч или даже миллионы тонн медленно ползут по полярным шапкам и горным вершинам, смещаясь вниз.
Несмотря на то, что размеры ледников на глобусе не кажутся впечатляющими, они всё же занимают около 11% всей территории суши, концентрируясь на шапках полюсов и на вершинах самых высоких гор. По подсчётам гляциологов (учёных, изучающих ледники), общий объём льда приблизительно равен 30 миллионам кубических километров, а площадь, которую они занимают – примерно 16,3 миллионов квадратных километров. В них хранится две трети всех запасов пресной воды на Земле.
По форме ледники бывают:
– в виде потока льда;
– куполообразные либо щитообразные;
– в виде плавающей плиты.
Куски ледника, отколовшиеся от основной массы льда и плывущие по океану, называются айсбергами. Как правило, над водой возвышается лишь десятая часть айсберга, остальная глыба под собственным весом проседает глубоко в воду. Айсберг, увлекаемый океаническим течением, дрейфует в направлении экватора, постепенно тая и теряя свою гигантскую массу, пока не исчезает в волнах.
Виды ледников
На нашей планете существует три основных типа ледников.
1. Покрывной тип ледников характерен для суши, к этому типу относят весь ледовый щит Антарктиды. Если рассматривать подробнее, то антарктический ледник разделяется на несколько потоков, сползающих от самой высокой точки материка к его краям.
Наиболее впечатляющим среди них является ледник Бирдмора длиной около 200 километров и шириной до 40 километров. Арктические покрывные ледники не обладают столь внушительными размерами.
2. Шельфовый тип ледника базируется на прибрежном шельфе и плавает на слое воды, куда он сполз, оторвавшись от покрывного массива суши. Самым крупным шельфовым ледником является ледник Росса, протянувшийся на 800 километров с востока на запад и на 850 километров – с юга на север.
3. Горно-долинный тип ледника встречается на всех континентах, где есть достаточно высокие горы. Это вечные льды Килиманджаро, гребней Анд, Тянь-Шаня, Гималаев и т.д. Наиболее крупным среди них является ледник Федченко, площадь которого составляет примерно 700 квадратных километров.
Как образуются ледники?
Для образования ледника необходимо сочетание большого количества осадков и устойчиво низкой температуры воздуха. Этим условиям идеально соответствуют шапки полюсов и вершины высоких гор. Выпавший на землю снег некоторое время лежит пушистым покровом, но через некоторое время начинает подтаивать под солнечными лучами.
Ночью, когда солнца нет, подтаявший снег смерзается в массу, состоящую из множества ледяных шариков – это так называемый фирн, который является основой ледника. Накапливаясь, пласты фирна спрессовываются под собственным весом и превращаются в ледник.
Гляциологи выделяют на леднике три основные зоны:
– область питания, расположенную в верхней части, где накапливается снежный покров;
– граница питания, расположенная посредине ледника;
– область абляции, или таяния, расположенная в нижней части.
В идеале выпадение осадков должно соответствовать таянию, но на практике эти области подвержены колебаниям, как сезонного характера, так и в соответствии с многолетними погодными циклами. В соответствии с этими колебаниями зона абляции то поднимается при усиленном таянии, то опускается в холодные годы. Ледник то наступает на открытую землю и воду, то отступает назад.
Если рассмотреть достаточно длительный период таких колебаний, оказывается, что в целом баланс таяния и питания сохраняется. Поддержание равновесия «жизни» ледников является одним из важнейших факторов сохранения климатического баланса во всём мире.
Что нужно знать о становлении льда осенью?
Чего нужно избегать в период становления льда:
— никогда не выходите на лед в темное время суток и при плохой видимости (если есть туман, снегопад, дождь);
— не проверяйте на прочность лед ударом ноги (если после первого сильного удара поленом или лыжной палки покажется хоть немного воды, это означает, что лед тонкий, по нему ходить нельзя). В этом случае следует немедленно отойти по своему же следу к берегу, скользящими шагами, не отрывая ног от льда и расставив их на ширину плеч, чтобы нагрузка распределялась на большую площадь. Точно так же поступают при предостерегающем потрескивании льда и образовании в нем трещин);
— убедительная просьба родителям: НЕ ДОПУСКАЙТЕ ДЕТЕЙ НА ЛЕД ВОДОЕМОВ (на рыбалку, катание на лыжах и коньках) БЕЗ ПРИСМОТРА!
Главное управление МЧС России по НАО напоминает правила поведения на тонком льду:
— минимальная толщина льда должна составлять 5-7 см, причем лёд должен быть чистым и прозрачным, если же он имеет молочный или мутный цвет, то лучше отказаться от выхода на лёд в таких местах;
— не стоит выходить на первый лёд в одиночку, желательно это делать вдвоем или втроем, причем передвигаться по льду следует на расстоянии 3-5 метров друг от друга;
— следует помнить, что толщина льда на водоеме разная, особенно он тонок возле затопленных деревьев, остатков растительности и подмываемых берегах, поэтому не следует подходить к предметам природного и не природного происхождения, вмерзшим в лёд;
— все вещи, которые вы с собой взяли, необходимо переносить так, чтобы вы с легкостью могли от них избавиться, если провалитесь под лед;
— отправляясь на рыбалку необходимо иметь прочную веревку длиной 25 метров (которая должна находиться в легкодоступном месте) и желательно взять с собой дополнительный комплект нательного белья.
Если Вы провалились в полынью
— не паникуйте, дышите как можно глубже и медленнее;
— делайте ногами непрерывные движения так, словно вы крутите педали велосипеда;
— не пытайтесь сразу выбраться на лед, вокруг полыньи лед очень хрупкий и не выдержит тяжести вашего тела;
— продвигайтесь в сторону ближайшего берега, кроша на своем пути ледяную кромку руками, как только лед перестанет ломаться под вашими ударами, положите руки на лед, протянув их как можно дальше, и изо всех сил толкайтесь ногами, стараясь придать туловищу горизонтальное положение;
— выбравшись на лёд, растянитесь на нем и ползите вперед, не пытаясь подняться на ноги;
— ближе к берегу, где лед крепче, повернитесь на бок и перекатывайтесь в сторону берега;
— выбравшись на берег, не останавливайтесь, чтобы не замерзнуть, бегом добирайтесь до ближайшего теплого помещения.
Если человек провалился под лёд
-чтобы вытащить человека, провалившегося под лёд, не приближайтесь к краю проруби;
— лежа на животе (так оказывается меньшее давление на единицу площади ледяной поверхности, а значит меньше вероятность дальнейшего разлома льда) необходимо протянуть палку или одежду пострадавшему, чтобы он схватился за нее;
— вытянув пострадавшего из проруби, отнесите его в безопасное место и вызовите скорую помощь;
— окажите первую помощь, снимите с пострадавшего мокрую одежду, заверните в одеяло, напоите пострадавшего горячим питьем.
— нельзя погружать человека в горячую ванную, такой резкий перепад температур может выдержать даже не всякое здоровое сердце, лучше всего, если вода будет примерно температуры тела, около тридцати семи градусов.
Помните! Ваша безопасность зависит от Вас! Берегите себя и своих близких!
Какие условия необходимы для образования ледников? Какая из горных систем России имеет наиболее мощное современное оледенение?
Мы с сыном смотрели передачу про путешествия, и там ведущий с помощью проводника разгуливал по предгорным ледникам Аляски. И тут в мой адрес посыпалась масса вопросов. Начиная от «что это», «почему у нас не так?» до «где в России есть такие льды?». Постаралась ответить на всё.
Ледники и условия их образования
Эти образования представляют собой массу льда, сформированную вследствие длительного накопления, перекристаллизации, а затем и уплотнения снега.
У нас на стене висит карта РФ, поэтому моё чадо с самых пелёнок знает, что Вуктыл расположен на севере. По этой же причине при указании места образования ледников я не могла ограничиться частью света, а пришлось перечислять необходимые условия. Рождению такого рода льда способствует:
Это объясняет наличие снежных шапок гор и толщи льда на арктических территориях.
Наиболее мощное оледенение гор России
Изменения высоты снеговой линии в России
В горах оледенение возможно на определённой высоте. Линия, выше которой складываются благоприятные для образования ледников условия, именуют снеговой. В мире её положение понижается в направлении от экватора к полюсам. Следовательно, в России этот уровень меняется с юга на север. Так, на Кавказе она располагается минимум на высоте 3500 м, а в Приполярном Урале — 1600 м. Объемы ледников уменьшаются с запада на восток, что обусловлено уменьшением осадков с повышением континентальности климата.