Морские льды
Московский
Государственный Университет
Инженерной
Экологии
Кафедра:
ТЭЧП
Реферат
на тему «Морские льды».
Выполнила: Асташева К.С.
Группа: И-33
Преподаватель: Буланов С.А.
Москва,
2012 г.
Содержание:
Введение
Глава 1. Определение и сущность
явления 1
Глава 2. Причины
возникновения 2
Глава 3. Классификация морских
льдов 4
Глава 4. Распространение морских
льдов 7
Глава 5. Динамика морских
льдов 8
Глава 6. История исследования морских
льдов 12
Глава 7. Фольклор: мифы и легенды о морском
льде 15
Глава 8. Влияние морского льда на окружающую среду
и деятельность
человека 16
Глава 9. Влияние человека и возможность управления
17
Глава 10.
Прогнозирование 19
Заключение
20
Список использованной
литературы 21
Приложение
22
Введение.
Тема моего реферата «Морские льды». Я выбрала
именно эту тему потому, что хотела ознакомиться с таким интересным явлением,
динамика которого особенно важна в наше время в связи с непростой экологической
и климатической обстановкой. Морские льды помимо того, что это красивое
физическое явление нашей планеты, напрямую связанное с не менее прекрасным
явлением таким как айсберги, еще и могучее явление, оказывающее влияние на
жизнь людей, особенно в северных районах, до сих пор. Белые шапки подвижных
льдов венчают полюса нашей планеты. Это главным образом замерзшая морская вода.
Поэтому я считаю эту тему важной для нынешнего
поколения, чтобы знать сущность, особенности и правила грамотного
взаимодействия.
Глава 1.
Определение и сущность явления.
Морской лёд — лёд, образовавшийся в море (океане) при
замерзании воды. Так как морская вода солёная, замерзание воды с солёностью,
равной средней солёности Мирового океана, происходит при температуре около
−1,8 °C. Морской лёд является
сложным физическим телом, состоящим из кристаллов пресного льда, рассола,
пузырьков воздуха и различных примесей. Соотношение составляющих зависит от
условий льдообразования и последующих ледовых процессов и влияет на среднюю
плотность льда. Важнейшие свойства морского льда — пористость и
солёность, определяющие его плотность (от 0,85 до 0,94 г/см³). Из-за малой
плотности льда льдины возвышаются над поверхностью воды на 1/7 — 1/10 их
толщины[5].
Таяние морского льда начинается при
температуре выше −2,3 °C. По сравнению с пресноводным он труднее
поддаётся раздроблению на части и более эластичен. Солёность морского льда
зависит от солёности воды, скорости льдообразования, интенсивности
перемешивания воды и его возраста. В среднем солёность льда в 4 раза ниже солёности
образовавшей его воды, колеблясь от 0 до 15 промилле (в среднем 3-8 промилле).
Средняя удельная теплопроводность морского льда примерно в пять раз выше, чем у
воды, и в восемь раз выше, чем у снега, и составляет около 2,1 Вт/м·градус, но
к нижней и верхней поверхностям льда может уменьшаться из-за увеличения
солёности и роста количества пор. Теплоёмкость морского льда приближается к
теплоёмкости пресного льда с понижением температуры льда, когда солевой рассол
вымерзает. С ростом солёности, а следовательно, увеличением массы рассола,
теплоёмкость морского льда всё больше зависит от теплоты фазовых
преобразований, то есть изменений температуры. Эффективная теплоёмкость льда
увеличивается с повышением его солёности и температуры. Теплота плавления (и
кристаллизации) морского льда колеблется от 150 до 397 кДж/кг в зависимости от
температуры и солёности (с повышением температуры или солёности теплота
плавления понижается).
Под механическими свойствами льда понимают
его способность противостоять деформациям. Типичные виды деформации льда:
растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб. Выделяют две стадии деформации льда: упругая
и упруго-пластическая. Учёт механических свойств льда важен при определении
оптимального курса ледоколов, а также при размещении на льдинах грузов,
полярных станций, при расчёте прочности корпуса судна. Чистый лёд прозрачен для
световых лучей. Включения (воздушные пузырьки, солевой рассол, пыль) рассеивают
лучи, значительно уменьшая прозрачность льда. Оттенки цвета морского льда в
больших массивах варьируют от белого до коричневого[4].
1
Глава 2.
Причины возникновения.
Пресная и морская вода замерзают при разных
условиях: пресная — при 0°С, наибольшей плотности достигает при 4°
(дистиллированная при 3,8°С). Температура замерзания морской воды всегда ниже
0°С, 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°С. Например, вода Финского залива начинает замерзать при —0,3…—0,5°. В
Черном море, где соленость 15—20%о, для появления льда нужно охлаждение в
пределах, 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, па 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. При образовании морского льда между целиком
пресными кристаллами льда оказываются мелкие капли солёной воды, которые
постепенно стекают вниз. Температура замерзания и температура наибольшей
плотности морской воды зависит от её солёности. Морская вода, солёность которой
ниже 24,695 промилле (так называемая солоноватая вода), при охлаждении сначала
достигает наибольшей плотности, как и пресная вода, а при дальнейшем охлаждении
и отсутствии перемешивания быстро достигает температуры замерзания. Если солёность воды выше 24,695 промилле (солёная
вода), она охлаждается до температуры замерзания при постоянном увеличении
плотности с непрерывным перемешиванием (обменом между верхними холодными и
нижними более тёплыми слоями воды), что не создаёт условий для быстрого
выхолаживания и замерзания воды, то есть при одинаковых погодных условиях
солёная океаническая вода замерзает позже солоноватой[6].
Когда на холодную морскую поверхность
выпадает снег (а осенью это — обычное явление), он не тает, так как температура
ниже 0°С, 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
2
(обычно скалистом), может достигать
полуметровой толщины. Всплывая на поверхность, такие глыбы поднимают со дна
камни, затонувшие якоря. Вышедший да 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°С
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°С—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[3].
3
Глава 3.
Классификация морских льдов.
1)Классификация по местоположению и
подвижности:
- припай
Припай 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. Характер или пример таких условий — море
Лаптевых, где припай простирается па расстояние 500 км.
- плавучие или дрейфующие льды
Они 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.
- паковые многолетние льды (сокращенно пак)[4].
2) По
стадиям развития льда выделяют несколько
так называемых начальных видов льда (в порядке времени образования):
- ледяные иглы
- ледяное сало
- снежура
- шуга
- внутриводный (в том числе донный или
якорный), образующийся на
4
некоторой глубине и находящихся в воде
предметах в условиях турбулентного перемешивания воды.
Дальнейшие по времени образования виды
льда — ниласовые льды:
- нилас, образующийся при спокойной
поверхности моря из сала и снежуры (тёмный нилас до 5 см толщиной, светлый
нилас до 10 см толщиной) — тонкая эластичная корка льда, легко
прогибающаяся на воде или зыби и образующая при сжатии зубчатые наслоения;
- склянки, образующиеся в распреснённой
воде при спокойном море (в основном, в заливах, около устьев рек) —
хрупкая блестящая корка льда, которая легко ломается под действием волны и
ветра;
- блинчатый лёд, образующийся при слабом
волнении из ледяного сала, снежуры или шуги или вследствие разлома в результате
волнения склянки, ниласа или так называемого молодого льда. Представляет собой
пластины льда округлой формы от 30 см до 3 м в диаметре и толщиной
10 — 15 см с приподнятыми краями из-за обтирания и ударов льдин.
Дальнейшей стадией развития льдообразования
являются молодые льды, которые подразделяются на серый (толщина 10 — 15
см) и серо-белый (толщиной 15 — 30 см) лёд. Морской лёд, развивающийся из
молодого льда и имеющий возраст не более одного зимнего периода называется однолетним
льдом.
Этот однолетний лёд может быть:
- тонким однолетним льдом — белый
лёд толщиной 30 — 70 см,
- средней толщины — 70 —
120 см,
- толстым однолетним льдом —
толщиной более 120 см.
Однолетний лед обычно
покрыт снегом. Поля белого льда, возникшего в спокойных условиях, имеют
значительные размеры (3-10 км) и угловатую или округлую форму. Более толстые
белые льды обычно покрыты трещинами и грядами торосов. В зависимости от
динамики района, однолетний лед может представлять собой поля смерзшихся льдин
размером от 1-2 до 10-15 км. В весенний период и в периоды оттепелей в слое
снега появляется свободная вода, кроме того, периодические процессы таяния и
замерзания приводят к метаморфизации снега и образованию в его толще кристаллов
льда. В результате этого физические и соответственно рассеивающие свойства
морских льдов весьма разнообразны и значительно меняются во времени и от места
к месту.
5
относится к старым льдам. Старые льды
подразделяются на:
- остаточный однолетний — не
растаявший летом лёд, находящийся вновь в стадии замерзания
- двухлетний — просуществовавший
более одного года (толщина достигает 2 м)
- многолетний — старый лёд толщиной
3 м и более, переживший таяние не менее двух лет. Поверхность такого льда
покрыта многочисленными неровностями, буграми, образовавшимися в результате
неоднократного таяния. Нижняя поверхность многолетних льдов также отличается
большой неровностью и разнообразием формы. К примеру, толщина многолетних льдов в Северном Ледовитом
океане в некоторых районах достигает 4 м. В
антарктических водах в основном находится однолетний лёд толщиной до
1,5 м, который исчезает в летнее время.
3) По структуре :
- игольчатый;
- губчатый;
- зернистый;
Также могут выделять лед смешанной структуры[5].
4) По оптическим свойствам:
- белый лед. Образуется из снега и имеет
много пузырьков воздуха или ячеек с рассолом;
- зеленый лед. Молодой морской лёд зернистой
структуры со значительным количеством воздуха и рассола;
- голубой (синий) лед. Многолетние торосистые
льды, из которых выдавлены примеси, и молодые льды, которые замерзали в
спокойных условиях, в таком льду четко видна игольчатая структура кристаллов;
- коричневый лед. Имеет речной или прибрежный
генезис, в нём имеются примеси глины или гуминовых кислот.
- темно-серый. Присущ начальным видам льда
(ледяное сало, шуга). С увеличением толщины льда его цвет становится светлее,
постепенно переходя в белый. При таянии тонкие льдинки снова становятся серыми.
- красный (розовый) лед. Если лёд содержит
большое количество ми -неральных или органических примесей (планктон, эоловые
взвеси, бактерии).
6
Глава 4.
Распространение морских льдов.
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.
По продолжительности сохранения ледяного
покрова и его генезису акваторию Мирового океана обычно делят на шесть зон:
1. Акватории, на которых ледяной покров
присутствует круглый год (центр Арктики, северные районы морей Северного
Ледовитого океана, антарктические моря Амундсена, Беллинсгаузена, Уэдделла).
2. Акватории, на которых льды ежегодно
меняются (Баренцево, Карское моря).
3. Акватории с сезонным ледяным покровом,
образующимся зимой и полностью исчезающим летом (Аральское, Балтийское, Белое,
Каспийское, Охотское, Японское моря).
4. Акватории, на которых льды образуются
только в очень холодные зимы (Мраморное, Северное, Чёрное моря).
5. Акватории, на которых отмечается лёд,
принесённый течениями из-за их границ (Гренландское море, район острова
Ньюфаундленд, значительная часть Южного океана, включая область распространения
айсбергов).
6. Остальные акватории, составляющие большую
часть Мирового океана, на поверхности которых льдов не бывает.
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. км, а объем—от 11,5 тыс. до 25,5
тыс. км (с учетом льдов Черного, Азовского, Каспийского и Аральского морей). В
южном полушарии площадь льдов колеблется в пределах 12,0—25,5 млн. км, объем
7—30 тыс. км. Арктический бассейн почти со всех сторон окружен сушей. Вынос
льда из бассейна затруднен, поэтому характерная особенность арктических льдов –
пак, многолетний лед. В Антарктике кромка полярных льдов омывается открытыми
водами трех океанов. Летом антарктические льды сравнительно быстро тают и
круглый год свободно уносятся к северу, хотя в то же время редко выходят за
пределы кругового Антарктического течения. В Антарктике преобладают годовалые
льды. Благодаря обилию атмосферных осадков они даже летом покрыты толстым слоем
снега[2].
7
Глава 5.
Динамика морских льдов.
Морской лед
представляет собой весьма динамичную природную среду. Одновременно существует
множество видов льда, имеющих различную историю развития. При росте и
разрушении морского льда условия на его поверхности и толще постоянно меняются,
что в основном предопределяет разнообразие шероховатости его поверхности и
внутреннего строения. Существенный вклад в это разнообразие вносят
пространственно-временные вариации характеристик снежного покрова.
Одной из основных
динамик морского льда является процесс его таяния. 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.
Еще одна немаловажная динамика – это дрейф
морских льдов. Например, в Северном Ледовитом океане выделяется два основных
направления дрейфа:
8
Трансарктический
дрейфовый поток, распространяющийся от Восточно- Сибирского моря через Северный
полюс к восточному побережью Гренландии, и антициклоническая циркуляция между Канадой,
Аляской и Северным полюсом (спираль Бофорта).Трансарктическим дрейфовым потоком
массы льда выносятся в Северную Атлантику через пролив между Гренландией и
Исландией. Расстояние от Чукотки до Гренландского моря лед проходит в среднем
за 3-5 лет. На внешней части спирали Бофорта лед совершает полный оборот за 10
лет[4].
Спутниковые наблюдения
показывают небольшое увеличение антарктического морского льда и изменения в
сезонности, хотя существуют и значительные региональные различия. Причиной
этого, скорее всего, являют-ся изменения в ветрах Южного океана, связанные с
уменьшением страто-сферного озонового слоя.
Возможно,
самым ошеломляющим наблюдаемым изменением после Четвертого доклада IPCC
является новое рекордное значение минимальной площади льдов в Арктике в летнее
время - не предсказанное климатическими моделями. Осредненная за пятидневный
период, завершившийся 16 сентября 2007, общая площадь льда в Арктике
сократилась до 4,1 млн. кв., побив предыдущий рекорд 2005 года на 1,2 млн. кв.
км (примерно размер Франции, Испании, Португалии, Бельгии и Нидерландов вместе
взятых). Средний сентябрьский уровень протяженности морского льда с начала
наблюдений с применением нынешнего поколения многочастотных пассивных
микроволновых датчиков с 1979 по 2000 составляет 6,7 млн. кв. км. В сравнении с
этим средним, рекорд 2007 означает дополнительное сокращение на 2,6 млн. кв. км
(~40% от среднего). Сентябрьская протяженность арктического льда за последние
несколько десятилетий снижалась по ставке 11,1 ± 3,3% за десятилетие (NSIDC
2009). Такое резкое отступление было гораздо быстрее, чем имитации любой из
моделей климата, представленных в Четвертом докладе IPCC. Это произошло,
вероятно, из-за сочетания нескольких недостатков моделей, в том числе: первая
причина - это неполное представление физики альбедо поверхности льда, в том
числе трактовка поверхностных водоемов таяния и процессов осаждения сажи.
Второй причиной является неполное представление физики вертикального и
горизонтального перемешивания в океане. Зимние площади арктического морского
льда также снизились с 1979 года, но более медленными темпами, чем летние.
Площади льда в феврале уменьшились по ставке 2,9 ± 0,8% за десятилетие. Толщина
морского льда в Арктике также
9
неуклонно снижалась за
последние несколько десятилетий. Например,
снижение толщины сентябрьского льда оценивают значением 57 сантиметров за
десятилетие, начиная с 1987 года. Подобное уменьшение толщины морского льда
зафиксировано и в зимнее время. Например, в районе действия подводных
гидроакустических измерений Rothrock показывают, что общая средняя толщина
льдов зимой, составлявшая 3,64 метра в 1980 году, снизи - лась до всего лишь
1,89 метра к 2008 году - чистое сокращение на 1,75(48%). К концу февраля 2009
года менее чем 10% от морского льда в Арктике была возраста более двух лет, по
сравнению с историческим значением этого параметра 30%.
У льдов арктического бассейна довольно сложное движение. Под влиянием
ветров и отчасти поверхностных течений в области, прилегающей к евразийскому
материку, льды движутся на восток в Гренландское море. Ежегодно этим путем
выносится из Арктического бассейна около 3 тыс. км3 льда. Площадь
выносимых за год льдов в среднем за период 1954-1964 гг. составила 950 тыс. км2,
что примерно равно половине акватории морей Карского, Восточно-Сибирского,
Чукотского и моря Лаптевых, освобождающейся летом от льда.
В отличие от Арктики, антарктического
морского льда изменения степени были более тонко уловимыми, с чистым
увеличением годовой средней площади ~ 1% за десятилетие в течение периода
1979-2006 (Cavalieri and Parkinson 2008; Comiso and Nishio 2008). Однако
имеются большие изменения в региональном распределении антарктического морского
льда, для, например, моря Уэдделла и моря Росса областях можно видеть
увеличение, связанное с изменениями в крупномасштабной атмосферной циркуляции,
хотя западные регионы Антарктического полуострова и побережья Западной
Антарктиды (моря Амундсена и Беллинсгаузена) показывают значительное сокращение
в соответствии с более северными ветрами и поверхностным потеплением
наблюдающимся там. Эти региональные изменения связаны со значительными
изменениями в сезонности, то есть в продолжительности и сроках ежегодного
наступления и отступления льдов (Stammerjohn et al. 2008). Поскольку Антарктида
представляет из себя массив суши в окружении огромного Южного Океана, а Арктика
– это малый океан, окруженный огромным количество земли, и океаны менее быстро
реагируют, чем земля на потепление из-за их термической устойчивости, можно
было бы ожидать, и климатические модели это показывают, задержки потепления
вокруг Антарктиды.
Имеется мало данных о распределении толщины Антарктического шельфового льда и
нет информации об изменениях в толщине морского льда
10
в Антарктике[7].
Заметную роль в ледовом режиме полярных бассейнов
играют айсберги, которые, как известно, откалываются от ледников, сползающих в
море. Российские и норвежские ученые подсчитали, что в восточной Арктике
ежегодно откалывается около 7500 айсбергов; столько же айсбергов, по
наблюдениям американского ученого Смита, отламывается и уносится в море в
западном секторе Арктики. Средний объем айсбергов в западном секторе Арктики
составляет около 1,5 млн. мг льда. Большая часть их тает и разрушается
невдалеке от места их образования. Если айсберг застревает на мели, что
случается довольно часто, он разрушается очень быстро. Холодные течения,
направленные из полярного бассейна в Атлантический океан, выносят айсберги на
юг. В среднем около 400 айсбергов ежегодно достигает рыбопромыслового района у
острова Ньюфаундленда, причем около половины этого количества появляется здесь
в мае. Бывают годы, когда к Ньюфаундленду приносит с севера больше 1000
айсбергов.
В приложении № 1 представлена динамика
схода ледяного покрова в Карском море на снимках со спутника для наглядности. В
приложении № 2 представлен тренд уменьшения площади
морских льдов в северном полу-шарии и относительно стабильное состояние площади
морских льдов в южном полушарии.
11
Глава 6. История исследования морских льдов.
Всю свою жизнь человечество живет бок о бок с этим
прекрасным и могучим явлением, но подробное изучение морских льдов началось не
столь давно.
Сравнительно
недавно единственным способом получения данных о ледовой обстановке были
визуальные наблюдения с самолетов, кораблей и экспедиционных судов. Ледовая
разведка родилась примерно в одно время с полярной авиацией в середине 20-х
годов 20 века.
В
марте 1946 г. российским летчиком Котовым был открыт ледяной остров
"Крестьянка". В августе того же года американцы организовали на нем
дрейфующую станцию "Т-1". На таких же ледяных островах были
организованы и следующие американские дрейфующие станции. Во льду этих островов
нашли слои минеральных вкраплений, вмерзшие валуны, а по ивовой ветке на острове
"Т-3" установили, что он оторвался от берегового припая в районе
земли Эльсмира около 25 лет назад. Наблюдения дрейфующих станций, авиации и
подводных лодок рассеяли представление о якобы сплошном ледяном покрове в
бассейне центральной Арктики. В действительности оказалось, что среди льдов
немало больших полыней и разводьев. Скорость дрейфа разреженного льда в летнее
время больше, зимой - меньше, но количество льда, выносимого в Гренландское
море летом и зимой, остается почти одинаковым, зато нередко сильно меняется из
года в год. Таковы результаты исследований российских океанологов из
Арктического института. В части же Арктического бассейна, расположенной на
стороне Северной Америки, существует круговое движение по часовой стрелке. Эти
два столь разных движения давно были подмечены и объяснены известным российским
океанологом Н. Н. Зубовым. Их подтвердили исследования на модели, произведенные
в Арктическом институте в Ленинграде, а равно наблюдения российских летчиков и
дрейфующих станций. Важные для навигации детали движения антарктических льдов,
также изученные в Арктическом и Антарктическом институте, были доложены на
Международном конгрессе в Москве А. Ф. Трешниковым.
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[1].
Но помимо ряда преимуществ, визуальным наблюдениям
свойственны недостаточная точность определения характеристик и привязки к месту
12
наблюдений, субъективность количественных оценок,
малая обзорность, высокая стоимость, ограниченность во времени и пространстве.
Поэтому с недавнего времени традиционные методы визуальных оценок перестали
удовлетворять запросы науки и практики, и для авиаразведок стали применяться
космические съемки.
Уже с середины 1960-х годов по снимкам
со спутников (ESSAT) в автоматическом режиме стали создавать фотокарты
морских льдов для северного полушария, сочленяя снимки с отдельных витков,
переводя их в картографическую проекцию, выполняя фильтрацию облачности на
основе выбора минимальной яркости изображения за несколько дней и разделяя типы
льдов разной сплоченности по яркости изображения. Однако облачность и
зависимость от условий освещения в приполярных странах сдерживали развитие
таких методов мониторинга льдов.
С внедрением в
космические исследования радиолокационной съемки наиболее перспективными стали
космические радиолокационные системы наблюдения за ледовым покровом,
позволяющие получать всепогодную, независимую от времени суток и года, точную и
оперативную информацию.
Различные по своим параметрам льды имеют
различные радиофизические характеристики, динамический диапазон рассеянных
сигналов от морских льдов может составлять 20-40 дБ. Основными характеристиками
морских льдов, которые необходимы для решения практических задач, являются их
сплоченность, положение кромки льдов (дрейфующих или припайных), дрейф
(направление и скорость), возраст (толщина льдов) и ряд других второстепенных
параметров (торосистость, наслоенность, разрушенность и т.п.). Ряд из них,
такие как сплоченность, положение кромки и дрейф льдов достаточно легко
определить, используя данные съемок в видимом или радио- диапазоне, в то время
как определение возрастных характеристик ледяного покрова является наиболее
сложной задачей, успешно решаемой на основе регистрации собственного
микроволнового излучения льдов, то есть при пассивной микроволновой
радиометрической съемке, которую, однако, пока удается выполнить лишь в очень
грубым разрешением (6 км).
Другой возможный метод решения этой задачи -
космическая радиолокация. Для некоторых видов льдов существует однозначная
зависимость яркости изображения/радиолокационных контрастов и их возраста.
Современные спутники позволяют получать изображения высокого и среднего
разрешения в видимом, тепловом инфракрасном и радио- диапазонах, по которым
могут быть оперативно составлены достаточно точные карты ледового покрова для
большинства полярных районов. В настоящее время для оперативных
13
наблюдений за ледовым покровом арктических морей
применяют спектрорадиометры высокого и среднего разрешения (MODIS на
спутниках Terra и Aqua), а также радиолокаторы с синтезированной
апертурой SAR на спутниках ERS-2, Envisat и Radarsat
и микроволновые радиометры (SSM/I на спутнике DMSP и AMRS-E
на спутнике Aqua). К 2005 г. был создан специализированный спутник Cryosat, аппаратура которого,
впервые соединяющая возможности альтиметрии и интерферометрии –
интерферометрический радиометрии с синтезированной апертурой SIRAL (SAR
Interferometric Radar Altimeter) должна была обеспечивать определение
толщины льда на краях ледовых полей по разности высоты льда и воды. К
сожалению, запуск этого спутника оказался неудачным. Четверть-вековой архив
снимков морских льдов накоплен благодаря микроволновой съемке со спутников Nimbus
5 (1975 г.), Nimbus 7
(1978 г.) с разрешением 25 и 12 км (микроволновой радиометр - SMMR (Scanning Multichannel Microwave radiometer),
а затем – со спутника DMSP (SSM/I - Spectral Sensor
Microwave Imagery, разрешение 50 км), и с 2002 г – со
спутника Aqua (AMSR-E – Advanced Microwave Scannning Radiometer,
разрешение 6 км). Большая часть спутниковых данных сосредоточена в США в
Национальном Центре данных по снегу и льду (The National Snow and Ice Data
Center) - эти данные доступны для исследователей по каналам Интернета.
Созданы анимационные фильмы сезонных изменений
распространения морских льдов, а по разновременным изображениям - карты
«индекса движения льда». Создан атлас дрейфа морских льдов в Антарктике с 1979
года на основе сочетания данных микроволновой съемки и наблюдений буев[7].
14
Глава 7.
Фольклор: легенды и
мифы о морском льде.
Фольклор, в котором
встречаются легенды и мифы о морском льде в присущ в основном народам крайнего
севера.
Одной из самой
известных легенд является легенда о примерзшем языке людоеда. Она приобретает
разную окраску и инерпритацию у разных народов, но смысл остается схожим.
Буряты.
Тнехон закалывает быка, зовет ворона,
сороку есть мясо; те отвечают, что будут клевать глаза, рубец; Т. гонит их;
зовет семиголового мангатхая; тот все съедает, не сыт, уносит Т. в мешке к
себе; вешает над огнем, оставляет под присмотром своих семи сыновей; Т.
мочится, те думают, что капает сало, пьют; Т. обещает каждому по стреле и луку,
те выпускают его из мешка; он отрубает им спящим головы, варит мясо, головы
кладет на постель, желудки с кровью вешает себе на шею, копает ход под стеной
жилища; м. съедает мясо сыновей; зовет Т. слышит его голос то на улице, то в
доме; Т. убегает по льду желтого моря, льет кровь на лед, м. ее лижет, его язык
примерзает; Т. отрубает по очереди семь голов, тело сжигает, пепел развеивает.
Амур - Сахалин.
Орочи.
Дэвэкта велит птичке раздувать меха, та
придумывает предлоги, почему ей не перейти к нему через реку; обращается к нему
Старший брат; он бьет ее, он взлетает на дерево; его стрела застревает;
он лезет на дерево, прилипает к нему; Сандунга вынимает Д. из ловушки, приносит
домой, вешает над очагом, идет за дровами; Д. велит маленьким сыновьям С.
освободить его; показать, где копье их отца; ранит себе ногу, кровь течет по
льду; С. лижет
15
ее, его язык примерзает, Д. убивает его
копьем; поджигает дом Нерп, они гибнут, он берет их запасы рыбы; Лиса просит
везти ее в нарте, съедает рыбу, убегает, прячется у старухи; Д. кричит как
филин и как заяц, Лиса смеется; просит не убивать ее, приводит Д. в жены дочь
старика Ка; приводит оленя; сама съедает его; жене Д.: Старший брат
сказал, чтобы ты привязала мне к хвосту жирной лососины; Д. Лису не догнал.
Ср. уильта.
Лесной человек (мызрьепу нивх)
поймал охотника, приковал цепью в своей пещере, надел на голову коническую
шапку из бересты, велел развлекать его песнями; предложил человечину; охотник
не стал есть, пел, пока людоед не заснул; вырвал цепь, окровавив себе руки,
убежал; людоед догнал его, но увидев кровь, облизал и ушел; если бы охотник поел
человечины, шапка приросла бы к его голове, он бы сам превратился в мызрьепу
нивха; людоед не трогает человека, у которого есть раны.
Глава 8.
Влияние морского льда на окружающую
среду и деятельность человека.
Влияние морского льда сильно ощущается
на таком роде деятельности человека как судоходство. Морские льды опасны для
плавающих судов. А в высоких широтах Арктики в течении зимнего периода плавание
часто бывает совсем невозможно.
В истории много случаев, когда человек
сдавался под напором могучей стихии. В очередной раз свою грозную силу Арктика
продемонстрировала осенью 1983 года. Таких тяжелых условий, как тогда не помнил
никто. В ледовом плену к 7 октября находилось 68 судов. Битва со льдом длилась
около месяца. От пробоин затонул теплоход « Нина Сагайдак», более 30 судов
получили серьезные повреждения. 18 судов Дальневосточного флота из-за
невозможности преодоления Айонского ледяного массива были вынуждены
возвращаться к своим портам западным путем вокруг Европы через 4 океана.
Современные ледоколы весьма упрощают
плавание в подобным территориях, но все же до конца покорить стихию в ближайшее
время человеку вряд ли удастся.
Плавание среди морских ледяных полей
небезопасно и для крупных
16
животных – китов, кашалотов и тюленей.
Несмотря на феноменальную приспособленность к жизни в арктических условиях,
иногда они становятся пленниками ледовых ловушек и могут погибнуть от голода.
Жители Чукотки часто обнаруживают вмерзших погибших животных.
В истории запомнился случай, когда зимой
1985 года в ледяную ловушку попало огромное стадо белух, численностью не менее
3 тысяч особей. Это произошло в проливе Сенявина на Чукотке. Внезапный
шквальный ветер сдвинул тяжелые ледяные массивы, прижал их к берегу и закупорил
мелководный пролив. Тысячи дельфинов сгрудились в нескольких небольших
полыньях, удаленных от чистой воды на расстояние не менее ста миль. Для
спасения животных было решено отправить ледокол «Москва», но он не смог пройти
и, не дойдя до полыньи 16 миль, вынужден был повернуть обратно. Положение дельфинов
еще более осложнилось тем временем. Оставались лишь две небольшие полыньи,
общей площадью около 100 м2. Люди вручную скалывали лед по краям
полыней, вытаскивали ледяные глыбы тракторами на берег. После ледокол все же
смог пробиться и объединил полыньи между собой, проложил путь к чистой воде.
Животные были спасены[4].
Глава 9.
Влияние человека и возможность управления.
Влияние человека на морские льды можно
отметить как весьма пагубное. Одним из таких важных негативных моментов
является повышение потенциала потепления, который связан с уровнем атмосферных
парниковых газов. Наблюдаемое в летнее время таяние арктического морского льда
намного превышает наихудшие прогноза климатических моделей Четвертого доклада IPCC.
Кроме того, Turner и
др.(2009) отмечают, что разрушение стратосферного озона из-за антропогенных
хлорфторуглеродов (ХФУ), приводит к усилению приповерхностных ветров вокруг
Антарктиды с декабря по февраль (летом). Они утверждают, что эти ветры на самом
деле являются первопричиной незначительных положительных тенденций в Антарктике
в наблюдаемой площади ледового покрова за последние три десятилетия. Однако,
поскольку ХФУ ограничены в соответствии с Монреальским протоколом и их
атмосферные концентрации сокращаются, озоновая дыра над Антарктикой, как
ожидается, затянется и, следовательно, ожидается ускорение таяния льдов в Южном
полушарии в последующие десятилетия.
17
Возможность же управления
не столь велика и стала возможна благодаря появлению современных ледоколов и навигации,
в том числе спутниковой[7].
Для корректировки курса ледоколов часто
применяют вертолетное сообщение, обычно прямо с палубы самого ледокола. Об
эффективности таких методов говорит то, что скорость в таком случае возрастает
в 3-5 раз, со спутниковой навигацией таковая возрастает в 5-7 раз. Традиционный
принцип работы ледокола, когда льдина раскалывается под весом наплывающего на
нее судна, к сожалению слишком энергоемок. Одним из перспективных введений
является придание носу формы так называемого ледового плуга. Он подныривает под
лед выступающей частью и ломает его снизу. Также эффективны ледоколы на
воздушной подушке. Специальная система выдувает воду, создавая большие пустоты.
Ледовый покров в таком случае обрушивается под собственной тяжестью. Также есть
разновидность ледоколов с раздвоенным носом ( американская разработка).
Еще одно направление совершенствования
ледоколов - обогрев корпуса горячей водой, тепло которой передается наружной
обшивке. Между льдом и корпусом появляется смазка из тающего льда – это
облегчает движение судна в условиях сжатия и адгезии.
В настоящее время ведется множество
разработок по улучшению условий и техническому оснащению современных ледоколов[3].
18
Глава 10.
Прогнозирование.
Благодаря современному спутниковому
оснащению и современным методом прогнозирование стало возможно, а из-за
сложившейся и упомянутой выше экологической и климатической обстановки оно
стало просто необходимым.
Потенциал потепления, связанный с
существующим уровнем атмосферных парниковых газов, делает очень вероятным, что
в ближайшие десятилетия Северный Ледовитый океан станет свободным ото льда.
В связи с
существованием природной изменчивости климатической системы не представляется
возможным прогнозировать точный год, когда Северный Ледовитый океан станет
лишенным льда летом. Тем не менее, потенциал потепления, связанный с
существующими уровнями атмосферных парниковых газов весьма вероятно означает,
что летом свободная ото льда Арктика является неизбежностью. Получены также
новые сведения, заставляющие предположить, что переход к свободной ото льда
летом Арктике может быть резким, а не постепенным (Holland и др. 2006), в силу
присущей Арктической климатической системе усиливающей обратной связи. В одной
из симуляций в NCAR Climat System Model версии 3 (CCSM3) (Holland и др. 2006),
Арктика летом стала почти свободной ото льда к 2040 году. Как отметил Лоуренс
(Lawrens) и др.. (2008), резкое сокращение в Арктике летнего морского льда
также вызывает быстрое потепление на земле и последующую деградацию вечной
мерзлоты[1,7].
Благодаря
собранным и проанализированным данным создан прогноз изменения толщины ледового
покрова к 2050 году. С ним можно ознакомиться в приложении № 3.
.
19
Заключение.
Морские льды – явление намного старше
человека, намного его сильнее. За всей невероятной красотой, разнообразием
льдов стоит огромная сила, которая воздействует на наш мир, мир людей, до сих
пор. И будет воздействовать еще много-много лет.
Но не стоит забывать, что это неотрывная
часть необъятной системы нашей Земли, дом для многих животных, явная часть
круговорота веществ в природе, поэтому сейчас как никогда человеку стоит
задуматься, как грамотно взаимодействовать со стихией, а не бороться против нее.
Потому что сейчас благодаря современному веку цифровых технологий появилась
возможность отслеживать, прогнозировать и анализировать поведение морских
льдов, и ,увы, эти прогнозы весьма не радостные. Из-за ухудшения экологии,
парниковых газов мы теряем массы ледяного покрова, с виду бы проще
передвигаться судам, но тем самым мы теряем единую цепь одной слаженной
системы, крах которой может погубить и всех нас…
20
Список использованной литературы:
Книги:
1) Абузяров
З.К., Шамраев Ю.И. «Морские гидрологические информации и прогнозы», Ленинград,
1974 г.-223 стр.
2) Бушуев
А.В., Волков Н.А., Лацилов В.С. «Атлас ледовых образований», Ленинград, 1974
г.- 103 стр.
3) Дерюгин
К.К., Степанюк И.А. «Морская гидрометрия», Ленинград, Гидрометеоиздат., 1974
г.392 стр.
4) Поплавский
В.А. «Природный холод», Киев, 1989г.-172 стр.
5) Смирнов
Ю.И. «Популярная энциклопедия океана», Санкт-Петербург, Издательский дом «МиМ»,
1997 г.-314 стр.
6) Шамраев
Ю.И, Шишкина П.А. «Океанология», Ленинград, Гидрометеоиздат, 1986 г.- 386 стр.
Электронные источники:
7) Национальный
центр данных по льду и снегу (США)
|
22
Приложение №2.
По этим данным четко выявляется тренд
уменьшения площади морских льдов в Северном полушарии и относительно
стабильное состояние площади морских льдов в южном. [7]
Приложение №3.
Прогноз изменения толщины ледового покрова к 2050
году.
23
|
|
|