Морський лід

Морський лід, Азовське море

Сезонне поширення льоду у Світовому океані

Поширення криги в Арктиці в березні-вересні

Супутникова світлина морського льоду в Беринговому морі

Сезонні коливання в довгостроковій перспективі зниження арктичного морського льоду

Сезонні коливання арктичного морського льоду в довгостроковій перспективі, зниження його обсягу за оцінками вимірювання і чисельного моделювання

Морськи́й лід, морська крига — лід, що утворюється при замерзанні морської води при температурі нижчої за 0 °C. При утворенні морського льоду між цілком прісними кристалами льоду опиняються дрібні краплі солоної води, які поступово стікають вниз.

Властивості

Найважливіші властивості морського льоду — пористість і солоність, що визначають його густину (від 0,85 до 0,94 г/см ³). Через малу густину льоду крижини підносяться над поверхнею води на 1/7 — 1/10 їх об'єму. Танення морського льоду починається при температурі вище за −2,3 °C. У порівнянні з прісним він важче піддається роздробленню на частини і більш еластичний.

Солоність

Солоність морського льоду залежить від солоності води, швидкості льодоутворення, інтенсивності перемішування води і його віку. Чим старше лід, тим менше його солоність, так як солона ропа при таненні стікає в море. У середньому солоність льоду в 4 рази нижче солоності води з якої він утворився, коливаючись від 0 до 15 ‰ (проміле), в середньому 3-8 ‰. У Антарктичних водах зустрічалися льоди з солоністю більше 22 ‰.

Густина

Морський лід є складним фізичним тілом, що складається з кристалів прісного льоду, ропи, бульбашок повітря і різних домішок. Співвідношення складових залежить від умов льодоутворення і наступних льодових процесів і впливає на середню густину льоду. Так, наявність бульбашок повітря (пористість (оцінюється у відсотках від загального об'єму зразка льоду) значно зменшує густину льоду. Солоність льоду впливає на його густину і щільність менше, ніж пористість. При солоності льоду 2 проміле і нульовий пористості густина льоду становить 922 кг/м³, а при пористості 6 відсотків знижується до 867 кг/м³. У той же час при нульовій пористості збільшення солоності з 2 до 6 проміле призводить до збільшення густини льоду тільки з 922 до 928 кг/м³.

Теплофізичні властивості

Середня питома теплопровідність морського льоду приблизно в п'ять разів вище, ніж у води, і у вісім разів вище, ніж у снігу, і становить близько 2,1 Вт/м·градус, але до нижньої і верхньої поверхонь льоду може зменшуватися через збільшення солоності і зростання кількості пор.

Теплоємність морського льоду наближається до теплоємності прісного льоду з пониженням температури, коли сольовий розсіл вимерзає. Із зростанням солоності, а отже, збільшенням маси розсолу, теплоємність морського льоду все більше залежить від теплоти фазових перетворень, тобто змін температури. Ефективна теплоємність льоду збільшується з підвищенням його солоності і температури.

Теплота плавлення (і кристалізації) морського льоду коливається від 150 до 397 кДж/кг у залежності від температури і солоності (з підвищенням температури або солоності теплота плавлення знижується).

Оптичні властивості

Чистий лід прозорий для світлоових променів. Включення (повітряні бульбашки, сольовий розсіл, пил) розсіюють промені, значно зменшуючи прозорість льоду. Відтінки кольору морського льоду в великих масивах варіюють від білого до коричневого.

Білий лід утворюється з снігу й має багато пухирців повітря або осередків з розсолом.

Молодий морський лід зернистої структури зі значною кількістю повітря і розсолу часто має зелений колір.

Багаторічні торосисті льоди, з яких видавлені домішки, і молоді льоди, які замерзали в спокійних умовах, часто мають блакитний або синій колір. Блакитним також буває глетчерний лід і айсберги. У блакитному льоду чітко видно голчасту структуру кристалів.

Коричневий або жовтуватий лід має річковий або прибережний генезис, в ньому є домішки глини або гумінових кислот.

Початкові види льоду (крижане сало, шуга) мають темно-сірий колір, іноді зі сталевим відтінком. Зі збільшенням товщини льоду його колір стає світліше, поступово переходячи в білий. При таненні тонкі крижинки знову стають сірими.

У випадку, якщо лід містить велику кількість мінеральних або органічних домішок (планктон, еолові суспензії, бактерії), його колір може змінюватися на червоний, рожевий, жовтий , аж до чорного.

У зв'язку з властивістю льоду затримувати довгохвильову радіацію, він здатний створювати парниковий ефект, що призводить до нагрівання шару води, що знаходиться під ним.

Механічні властивості

Під механічними властивостями льоду розуміють його здатність протистояти деформаціям.

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

Умови утворення

При утворенні морського льоду між цілком прісними кристалами льоду опиняються дрібні краплі солоної води, які поступово стікають вниз. Температура замерзання і температура найбільшої густини морської води залежить від її солоності. Морська вода, солоність якої нижче 24,695 проміле (так звана солонувата вода), при охолодженні спочатку досягає найбільшої густини, як і прісна вода, а при подальшому охолодженні і відсутності перемішування швидко досягає температури замерзання. Якщо солоність води вище 24,695 проміле (солона вода), вона охолоджується до температури замерзання при постійному збільшенні щільності з безперервним перемішуванням (обміном між верхніми холодними і нижніми теплішими шарами води), що не створює умов для швидкого вихолоджування і замерзання води, тобто при однакових погодних умовах солона океанічна вода замерзає пізніше солонуватої.

Нашарований лід. На початку процесу замерзання поверхні води проходить утворення тонкого льоду. Під дією вітру і течії окремі частинки льоду починають взаємодіяти – наповзати одна на одну без значного формування битого льоду. Пізніше шари льоду змерзаються і утворюють нашарований лід. Нашарований лід формується із шарів обмеженої довжини, а його товщина може складати 1-1,2 м. Інколи зустрічаються утворення нашарованого льоду товщиною 3-4 м.

Вплив на клімат

Прогноз зміни товщини крижаного покриву до 2050 року

Морський лід має значний вплив на глобальний клімат, хоча і розташований переважно біля полюсів. Завдяки великому альбедо, лід відбиває значну кількість сонячних променів у космос, і сприяє охолодженню всієї планети. При підвищенні температури, кількість льоду зменшується, а отже більше сонячної енергії поглинається океаном, підвищуючи його температуру, що призводить до ще більшого танення льоду. Розвиток цих процесів може порушити глобальну циркуляцію води в океані, у якій полярні шапки відіграють значну роль. Площі максимального розповсюдження льоду в Арктиці у 2015, 2016, 2017 і 2018 роках стали чотирма найнижчими значеннями за всю історію спостережень (з 1979 року).

Класифікації

Морський лід, стислий під дією хвиль на шугу, розмір плит 1-3 м

Нілас в Арктиці

Морський лід за своїм розташуванням і рухливості поділяється на три типи:

• припай,
• плавучі (дрейфуючі) льоди,
• пакові багаторічні льоди (пак).

За стадіями розвитку льодувиділяють кілька так званих початкових видів льоду (у порядку часу утворення):

• Крижані голки,
• Крижане сало,
• Снежура,
• Шуга,
• Внутрішньоводний (у тому числі донний або якірний), що утворюється на певній глибині і на предметах, що знаходяться у воді в умовах турбулентного перемішування води.

В наступній стадії льодоутворення розрізняють:

• Нілас, що утворюється при спокійній поверхні моря з сала і снежури (темний нілас до 5 см завтовшки, світлий нілас до 10 см завтовшки) — тонка еластична кірка льоду, легко прогинається на воді або брижах і утворює при стисканні зубчасті нашарування;
• Склянки, що утворюються в розпрісненій воді при спокійному морі (в основному, в затоках, близько гирла річки — тендітна блискуча кірка льоду, яка легко ламається під дією хвилі і вітру;
• Блинчатий лід, що утворюється при слабкому хвилюванні з крижаного сала, снежури або шуги або внаслідок розлому в результаті хвилювання склянки, ніласу або так званого молодого льоду. Являє собою пластини льоду округлої форми від 30 см до 3 м в діаметрі і товщиною 10 — 15 см з піднятими краями через обтирання та ударів крижин.

Подальшою стадією розвитку льодоутворення є молоді льоди, які поділяються на сірий (товщина 10 — 15 см) і сіро-білий (товщиною 15 — 30 см) лід.

Морський лід, що розвивається із молодого льоду і має вік не більше одного зимового періоду, називається однорічним льодом. Цей однорічний лід може бути:

• Тонким однорічним льодом — білий лід товщиною 30 — 70 см,
• Середньої товщини — 70 — 120 см,
• Товстим однорічним льодом — завтовшки більше 120 см.

Якщо морський лід піддавався таненню хоча б протягом одного року, він належить до старих льодів. Старі льоди поділяються на:

• Залишковий однорічний — лід, що не розтанув літом і знаходиться знову в стадії замерзання,
• Дворічний — проіснував більше одного року (товщина досягає 2 м),
• Багаторічний — старий лід товщиною 3 м і більше, що пережив танення не менше двох років. Поверхня такого льоду покрита численними нерівностями, горбами, що утворилися в результаті неодноразового танення. Нижня поверхня багаторічних льодів також відрізняється великою нерівністю і різноманітністю форми.

Товщина багаторічних льодів в Північному Льодовитому океані в деяких районах досягає 4 м. У антарктичних водах в основному знаходиться однорічний лід товщиною до 1,5 м, який зникає в літній час.

За структурою морський лід умовно ділиться на голчастий, губчастий і зернистий, хоча зазвичай він зустрічається змішаної структури.

Області поширення

Через низькі температури повітря в полярних широтах у відкритому океані та в морі льоди поширені цілий рік. Суцільний крижаний покрив встановлюється у захищених від хвилювань районах. Товщина морської криги в таких акваторіях може досягати 3 м. Найпотужнішій та найстійкіший він біля берегів Антарктиди. Рухливі морські льоди переміщуються разом з течіями чи під дією вітрів. У Північному Льодовитому океані лід зберігається цілий рік. В арктичних морях взимку утворюється суцільний крижаний покрив та плавучі льоди, а влітку — тільки плавучі льоди. У Баренцовому морі, яке зігрівається теплою Північноатлантичною течією, льодів немає. У північній частині Тихого океану лід утворюється на півночі Берингового та Охотського морів та під дією вітрів і течій досягає острова Хоккайдо. У Південній півкулі межа плавучих льодів знаходиться набагато далі від полюса, ніж у північному (досягає 60–55° південної широту в Індійському океані та 50° південної широти в Атлантичному).

За тривалістю збереження крижаного покриву і його генезис у акваторію Світового океану зазвичай ділять на шість зон:

• Акваторії, на яких крижаний покрив присутній цілий рік (центр Арктики, північні райони морів Північного Льодовитого океану, антарктичні моря Амундсена, Беллінсгаузена, Ведделла.
• Акваторії, на яких льоди щорічно змінюються (Баренцове, Карське моря).
• Акваторії з сезонним крижаним покривом, що утворюється взимку і повністю зникає влітку (Балтійське, Біле, Каспійське, Охотське, Японське моря).
• Акваторії, на яких льоди утворюються тільки в дуже холодні зими (Мармурове, Північне, Чорне моря).
• Акваторії, на яких є лід, принесений течіями з-за їх меж (Гренландське море, район острова Ньюфаундленд, значна частина Південного океану, включно з областями поширення айсбергів.
• Решта акваторій, що становлять більшу частину Світового океану, на поверхні яких океанічна крига відсутня.

Див. також

• Гляціологія
• Айсберг
• Торос
• Брайнікл

Інтернет-ресурси

• (англ.) Антарктична сторінка [Архівовано 10 лютого 2007 у Wayback Machine.] та Дослідження та моделювання морської криги [Архівовано 2 квітня 2011 у Wayback Machine.] на сайті Національної адміністрації з океанографічних та метеорологічних досліджень США (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA).
• (англ.) Cryosphere Today: Current Arctic sea ice conditions [Архівовано 23 лютого 2011 у Wayback Machine.]
• (англ.) Морська крига [Архівовано 7 червня 2011 у Wayback Machine.] на сайті Британської антаркитичної інспекції (British Antarctic Survey, BAS).
• (англ.) Морська крига [Архівовано 12 грудня 2012 у WebCite] на сайті Національного центру досліджень снігу та льоду США (National Snow and Ice Data Center, NSIDC).
• (англ.) Arctic ice 'disappearing quickly' [Архівовано 5 травня 2011 у Wayback Machine.]. BBC News, 28 September 2005.
• (англ.) (нім.) Німецька група з досліджень морської криги. [Архівовано 5 березня 2022 у Wayback Machine.]
• Відео [Архівовано 27 липня 2013 у Wayback Machine.] утворення морської криги на узбережжі Балтійського моря.
• (англ.) (рос.) Фазова діаграма Вода-пара-лід. [Архівовано 5 січня 2008 у Wayback Machine.]
• (англ.) Фізичні властивості льоду [Архівовано 9 лютого 2010 у Wayback Machine.] — сторінка на сайті Каліфорнійського технологічного інституту (California Institute of Technology, Caltech).
• (англ.) Лід [Архівовано 14 лютого 2010 у Wayback Machine.] в мінералогічній базі Webmineral.
• (англ.) Лід [Архівовано 25 липня 2012 у Wayback Machine.] в мінералогічній базі MinDat.org
• (англ.) The physics of ice. [Архівовано 27 грудня 2009 у Wayback Machine.]
• Yearly Arctic Sea Ice Age with Graph of Ice Age By Area: 1984 - 2016 : [англ.] : [арх. 28 лютого 2018 року] / Cindy Starr // NASA. Scientific Visualization Studio. — . — Дата звернення: 28 лютого 2018 року. — анімація зменшення багаторічної криги в акваторії Північного Льодовитого океану за період 1984-2016 років; відео на YouTube