Донный лед что это такое

Донный лед

В отличие от всех остальных жидкостей вода расширяется при замерзании. Это свойство воды позволяет льду плавать на ее поверхности. Жидкости, как правило, замерзают снизу вверх, вода же — сверху вниз. Это первое необычное свойство, благодаря которому вода находится на поверхности земли, а лед плавает по воде. Если бы не это свойство, большая часть нашей планеты была закована во льды, и жизнь в ее морях, озерах, прудах и реках была бы невозможна.
Но существует и такое природное явление как лед на дне водоема.

Донный лед — скопление масс льда на дне водоемов.

Важным условием образования льда, кроме охлаждения воды является присутствие в ней ядер кристаллизации. Эту роль могут выполнять любые взвешенные в воде мельчайшие частички неорганического и органического вещества, в том числе живые микроскопические организмы, а также уже образовавшиеся кристаллики льда. Они становятся «затравкой», ускоряя рост льда.

Образовавшиеся в воде кристаллики льда продолжают расти, превращаясь в ледяные иглы и пластинки длиной 2-3 см, шириной 0,5-1 см и толщиной 0,5-1 мм. Их называют ледяными иглами. Они появляются у поверхности, но токами воды могут переносится ко дну. По дороге они смерзаются друг с другом и с крупными предметами у дна. Частички льда возникают и дна в тончайшем слое воды, обволакивающем различные объекты. Быстрее всего лед образуется на металлических предметах, несколько медленнее на стекле, а на деревянных предметах возникает очень редко.

Для образования донного льда необходимо, чтобы поверхность воды была свободна ото льда. Дело в том, что при образовании льда выделяется много тепла. Оно может согреть воду, и дальнейшее образование льда прекратится. Но если вода перемешивается и ничто не мешает теплу уходить в атмосферу, образование льда будет продолжаться.

Существуют места, где донный лед образуется регулярно. Они известны в Азовском, Балтийском морях, у берегов Шпицбергена, Лабрадора, Гренландии, Ньюфаундленда. Донный лед у берегов Антарктиды ежегодно покрывает поверхность дна и прибрежных скал на глубинах до 30 метров.

В Азовском море у косы Долгой рыбаки однажды вбили в грунт на глубину 30 см металлический стержень. Над поверхностью дна осталось торчать лишь 10 сантиметров. На этом небольшом кусочке металла начал быстро образовываться лед. В конце концов образовался такой огромный ледяной поплавок, что выдернул из грунта стальной стержень и всплыл с ним на поверхность.

Аналогичный случай произошел в Гудзоновом заливе. Там донный лед, образовавшийся на палубе давно затонувшего судна, поднял на поверхность ящик с металлическими инструментами. Иногда в балтийском море неожиданно всплывают массы донного льда, серьезно мешая движению судов. Всплывший на поверхность донный лед всегда содержит вмерзший в него песок камни и другие предметы.

Источник

Донный лёд

Донный лед — скопление масс льда рыхлого губчатого строения на дне естественных водотоков, обычно перед началом ледохода.

Содержание

История изучения донного льда

Накопление данных наблюдений позволило установить, что:

• донный лед образуется в условиях быстрого течения реки, например, на порожистых участках
• образование донного льда происходит до момента установления на реке сплошного ледяного покрова

Гипотеза Гей-Люссака. Одна из первых попыток теоретического объяснения причин образования донного льда принадлежит физику Гей-Люссаку. Он считал, что лед на дне образуется от смерзания между собой и со дном реки ледяных кристалликов, образовавшихся на поверхности воды и унесенных в глубь потока поперечным течением (верткальными составляющими скростей). Постепенное намерзание ледяных кристаллов приводит к образованию масс губчатого льда, который затем всплывает на поверхность, когда его подъемная сила оказывается больше, чем существующая сила сцепления. Гипотезу Гей-Люссака более детально разработал и углубил на основании своих опытов, проведенных на р. Неве и в полевой лаборатории, В.М. Лохтин. Считая, что ледяные кристаллы могут образовываться лишь на поверхности воды и затем вследствие перемешивания всей массы потока распространяются по всему сечению, Лохтин ввел понятие ледяного наноса. Ледяной нанос, по Лохтину, имеется во всех точках живого сечения реки, но лишь те кристаллы, которые зацепились за выступ дна, являются центрами дальнейшей кристаллизации. Вокруг этих центров происходит дальнейшее нарастание губчатого донного льда. И по гипотезе Гей-Люссака, и по гипотезе Лохтина образование ледяных наносов происходит лишь в условиях переохлаждения всей массы потока.

Практическое значение

Вследствие всплывания донного льда образующиеся массы внутриводного льда могут оказывать существенное влияние на работу гидротехнических сооружений, вызывая закупорку водозаборных сооружений, уменьшение напора силовых установок, закупорку льдом решеток турбин и пр.

См. также

Литература

Чеботарев А.И. Гидрология суши и расчеты речного стока. Гидрометеоиздат, Л., 1953

Источник

Байкальский лед звенит, поет: что такое донный лед

Зимний Байкал, скованный льдом, — одно из чудес природы. Многие выбирают поездку на озеро зимой только для того, чтобы увидеть невероятный байкальский лед. Знали ли вы, что на Байкале есть несколько типов льда? Сегодня мы расскажем об одном из самых необычных — донном льде, который нарастает по ночам, а всплывает днем.

Непременный атрибут этого времени года, особенно в нашей Сибири – обилие снега, снежных баб, ледяных фигур, ледяных горок… И красота закованного в прекрасные ледяные доспехи Байкала и байкальских рек. Мы уже рассказывали вам об особенностях водного зимнего одеяния, но из-за актуальности и популярности темы решили вернуться к ней еще раз и подробнее рассказать про необычный донный лед Байкала.

Странное явление природы – донный лед

Лед, который образуется в толще воды, называется донным и является одним из распространенных видов льда.

Вообразите, что вы занимаетесь зимним дайвингом, погрузились в воду и вдруг заметили перед лицом большое скопление льда. Сначала в голову придет мысль, что это просто куски, отломавшиеся от льдины. Но, подумав, нельзя будет не обнаружить противоречие: лед не всплывает и не тает, долгое время при этом находясь в воде.

Донный лед – это кристаллические пластины различной величины. Так же, как и снежинки в воздухе, кристаллы донного льда имеют всевозможные формы, но у них более сглаженные грани. Изучение донного льда показало, что он представляет собой рыхлую губчатую массу. На бурных участках течением на дно заносится шорох. Известный исследователь Байкала академик Г.И. Галазий писал, что «шорохом на Байкале называют внутриводный крупинчатый лед. Кристаллы шороха имеют игловидную, чечевицеобразную, бобовидную, гороховидную формы размером от 1–2 до 10–20 мм в поперечнике». Шорох задерживается между пластинами донного льда. После образования цельного ледяного слоя, при потеплении, пластины всплывают, укрепляя, утолщая ледяной покров.

Донный лед нарастает ночью, а всплывает днем. Его образование усиливается, а всплытие замедляется, например, при ветреной погоде.

Как образуется

В момент образования донного льда вода имеет отрицательную температуру. Процесс его формирования возможен и на поверхности воды, и на ее глубине.

Ученые называют несколько базовых требований для образования донного льда:

– минусовая температура на улице (от -10°C);
– открытая водная гладь (увеличивает теплопотерю воды и обеспечивает переохлаждение);
– быстрый водоток, который способствует сохранению переохлажденного состояния воды и не дает образоваться корке льда на ее поверхности;
– наличие так называемой «затравки» (лед нарастает на что-то, а не сам по себе).

Ситуация здесь следующая – если, активно перемешивая, охлаждать воду, то ее температура будет минусовой. Мельчайшие крупинки, попадающие в воду из внешней среды, обрастают льдом и, постепенно погружаясь, кристаллизовываются, как снежный ком, превращаясь в крупные кристаллы льда. Формирование донного льда может происходить не только с поверхности. К сожалению, мы регулярно получаем информацию о сильной загрязненности акватории Байкала и его рек. Чего там только нет: сгнившие сваи, старые рыбачьи сети, бытовой мусор… Они служат уже упоминаемой нами «затравкой», то есть являются центрами льдообразования, когда омываются переохлажденной на поверхности водой. По мере утолщения ледяная корка всплывает на поверхность, иногда вместе с мелкими предметами, галькой, песком и так далее. Свидетельством этому являются частички земли, камешки, которые порой хорошо просматриваются в толще льда. Бывалые туристы рассказывают, что регулярно встречают подобные вкрапления во время зимних походов по бурным, предпочтительным для спортивного сплава притокам Ангары – Иркуту и Китою.

Безобиден ли донный лед?

Плотность льда совсем немного меньше плотности воды, и поэтому кусочки льда всплывают в быстром потоке не сразу. В результате по водной поверхности идет «шуга» – перемешанные с водой частички донного и поверхностного притопленного льда, снежные комочки.

Когда куски донного льда начинают подниматься, они, как кессоны, могут потянуть за собой со дна совсем не маленькие камни. Совместно с «шугой» эти новообразования способны создать серьезную проблему – перекрыть все сечение потока под слоем поверхностного льда. И, как результат, «зажор» – ледяная плотина, пробка, которая неизбежно приведет к выходу воды на лед, водно-ледяной смеси, замерзающей буграми.

Но жители прибайкальских поселений издавна используют лед, замерзшие реки как альтернативные дороги. Которые, к сожалению, вообще иногда бывают единственными. А подобные неровно-бугристые наледи, имеющие еще и опасность проваливаться из-за потока воды, пробивающегося снизу, делают этот путь очень опасным для транспорта.

Крайне не любят подобные сюрпризы и туристы-зимники. По такой поверхности невозможно идти на лыжах, да и «кошки» на специальной обуви особо не помогают, проскальзывают.

Жители Култука (поселок на юго-западной части Байкала) рассказывали, что небольшая речушка Тягунчиха, проходящая сквозь поселок, могла к весне принести огромные проблемы – наледь, покрывающую дорогу, фундаменты домов, огороды.

Более того, старые иркутские газеты сообщали, что на Рождество или Крещение «в гости» к горожанам могло зайти зимнее наводнение, заливающее парящей на морозе снежно-водяной кашей все попадающиеся навстречу объекты. Последний декабрьско-январский разлив «порадовал» жителей города в 1953 году. После сильного мороза наступила оттепель, Ангара оживилась, вспорола ледяной панцирь в месте зажора над Иркутском и вышла из берегов.

Кстати, сегодня мы застрахованы от подобных неожиданностей благодаря созданному каскаду ГЭС.

Источник

Донный лёд – странное явление природы

Лёд который образуется в толще воды

Представьте, вы погружаетесь под воду в зимнее время года и видите огромное скопление льда перед собой. На первый взгляд может показаться, что это всего лишь обломки льдины, да и вообще, что в этом может быть интересного? Парадокс в том, что лёд не всплывает и не тает, при этом долгое время находясь в воде.

История изучения донного льда имеет необычное прошлое, ведь споры об этом явлении шли более ста лет. Точкой отправления в выявлении природы донного льда стал тот факт, что он наносит существенный вред водопроводу, а также силовым гидроустановкам.

В 1914 году Петроград остается без воды вследствие обмерзания наконечников водоприемных труб.

Как лёд может застывать под водой, ведь её температура положительная?

В момент образования донного льда вода имеет отрицательную температуру

Вот и весь секрет – если интенсивно перемешивая охлаждать воду, то её температура будет минусовой. Для протекания данного “феномена” хватит отклонения даже в одну тысячную градуса. Мелкие частицы, попавшие в воду из атмосферы обрастают льдом, затем, по мере погружения, они, словно снежный ком начинают кристализоваться, образуя крупные кристаллы льда (не всегда образование донного льда происходит с поверхности, наличие затравки в виде взвешенных в воде частиц может также поспособствовать образованию льда, но уже со дна).

В итоге мы имеем несколько основных условий для образования донного льда в природе:

• Минусовая температура на улице – примерно от -10°C
• Открытая водная гладь – увеличит теплопотерю воды и обеспечит переохлаждение
• Сильный ток воды – поддерживает переохлажденное состояние воды и не дает образоваться корке льда на повехности
• Затравка – без неё льду просто не на что нарастать (обратите внимание, практически весь лёд на видео “растет” на чем-то, а не сам по себе)

Где можно наблюдать данное явление?

Приличные морозы и быстробегущие реки – под это описание прекрасно подходит вся Сибирь. Здесь донный лёд можно наблюдать из года в год (к примеру на реке Ангара). Любопытно, но не каждая местность может похвастаться данным явлением. К примеру в Шотландии, среднегодовая температура которой не сильно отличается от сибирской, всего единожды наблюдали замерзание гидрооборудования со дна водоема – Источник – https://ufn.ru/ufn23/ufn23_4/Russian/r234d.pdf

Прочие факты из истории изучения донного льда

Явление изучал знаменитый французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак

Истории известны случаи, когда донный лёд серьёзно мешал нормальной работе канадских ГЭС

Большие скопления донного льда могут менять рельеф речного русла, что способствует локальному повышению уровня воды в реках

Источник

Донный лед что это такое

У героев рассказа «На Сороковой Миле» Джека Лондона спор чуть не закончился дуэлью, а начался он потому, что один из старожилов Юкона никак не мог поверить, что лед может образовываться на дне реки. Очевидец описал это явление так:
«Бросили мы грести, предоставив лодку течению, а сами свесились по обе стороны и всматривались в сверкающую воду. Знаешь, мне это напомнило те дни, которые я провел с искателями жемчуга, когда мне приходилось видеть на дне моря коралловые рифы, похожие на цветущие сады. Мы увидели донный лед: каждый камень на дне реки был облеплен гроздьями льда, как белыми кораллами. Но самое интересное было еще впереди. Не успели мы обогнуть порог, как вода вокруг лодки вдруг стала белеть, как молоко, покрываясь на поверхности крошечными кружочками, — как бывает, когда хариус поднимается весной или когда на реке идет дождь. Это всплывал донный лед. Словно лодка продвигалась вперед в густой каше, как клей прилипавшей к веслам».

Сомнения джек-лондоновского героя кажутся вполне оправданными. Еще со школы мы знаем, что вода обладает уникальной особенностью: при охлаждении ниже 4 градусов Цельсия (и нормальном давлении) она не сжимается, как другие вещества, а начинает расширяться. Наиболее плотная т.е. наиболее тяжелая вода при плюс четырех. Особенно значительное расширение происходит при замерзании, точнее, кристаллизации воды. Плотность льда при нуле градусов примерно на 9% меньше, чем плотность воды под ним. Так что у дна температура воды должна быть около 4 градусов, при которой лед не образуется. Однако донный лед все же образуется, и известно это было уже примерно два века назад. Правда, долгое время не могли объяснить этот «таинственный феномен природы», когда вода замерзает раньше не на поверхности, непосредственно соприкасающейся с источником холода, а на дне, где вода должна быть сравнительно теплая и где сказывается почвенное тепло. Серьезное внимание на парадоксальное явление пришлось обратить в связи с тем, что в северных странах из-за него выходили из строя гидротехнические сооружения и иногда большие города лишались воды. Так, 14 декабря 1914 г. в одночасье лед забил решетки заборных труб водопровода в Санкт-Петербурге. В январе 1917-го в Англии почти повсеместно наблюдалось образование донного льда, и там без воды остались многие населенные пункты.

Как выяснилось, донный лед образуется, когда вода по всей толще переохлаждается. Если в воде либо в воздухе нет готовых кристаллов или каких-то частиц, служащих ядрами кристаллизации, жидкая вода может долго находиться в переохлажденном состоянии. Опытным путем, при отсутствии ядер кристаллизации, можно охладить воду до -50 градусов. В природе на поверхности водоемов вода переохлаждается лишь до -1, а вот в облаках температура опускается до -12, иногда и до -30, а снег или град (образующиеся тоже в результате кристаллизации воды) могут и не выпасть. Но для образования донного льда хватает переохлаждения воды всего на малые доли градуса. А это уже вполне реально и в природе. При быстром и значительном падении температуры и перемешивании воды течением или в результате ветрового волнения верхние переохладившиеся слои уходят в толщу и на дно реки прежде, чем в них начнут образовываться кристаллы льда. Лед образуется уже в толще воды или на дне, на корягах, камнях, водорослях и на рыбацких снастях, конечно, окажись они в это время в воде. Донный лед легче воды и удерживается внизу, только если примерзает к подводным предметам или грунту.

Когда образуется донный лед, подводный мир преображается и, как можно видеть из описания жителя Сороковой Мили становится необыкновенно красивым. Однако обитатели реки, видимо, испытывают в это время сильный дискомфорт, потому что вода становится аномально холодной. Ну может, только налимы спокойно переживают это время: его морские родственники к холоду привычные.

Если бы вода подчинялась общему закону сжимания тел при охлаждении, тогда образующийся на поверхности лед должен был бы все время опускаться на дно, пока водоем не промерз бы до дна. Но благодаря необыкновенным свойствам воды этого не происходит, и лед остается наверху. А так как он плохой проводник тепла, то холод сквозь него проникает медленно. Медленно поэтому утолщается и сам лед: в средних широтах метровой толщины он бывает только в особо суровые зимы. На дне (и даже большей части толщи воды) всю зиму сравнительно тепло — около четырех градусов. В известной мере подводные обитатели более защищены от холода, чем остающиеся зимовать на земле. Сложность только в том, что ледовая броня препятствует поступлению в воду кислорода. Не выделяют его и растения, поэтому приходится довольствоваться тем кислородом, что был растворен в воде до появления льда. Увы, нет в мире совершенства.

Источник