No Image

Температура замерзания соленой морской воды

СОДЕРЖАНИЕ
1 просмотров
11 марта 2020

Морско́й 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.

Оценка количества (густоты) морского льда даётся в баллах — от 0 (чистая вода) до 10 (сплошной лёд).

Содержание

Свойства [ править | править код ]

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. Таяние морского льда начинается при температуре выше −2,3 °C. По сравнению с пресноводным он труднее поддаётся раздроблению на части и более эластичен.

Солёность [ править | править код ]

Солёность морского льда зависит от солёности воды, скорости льдообразования, интенсивности перемешивания воды и его возраста [1] . В среднем солёность льда в 4 раза ниже солёности образовавшей его воды, колеблясь от 0 до 15 промилле (в среднем 3—8 ‰) [2] .

Плотность [ править | править код ]

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. Так, наличие пузырьков воздуха (пористость [3] ) значительно уменьшает плотность льда. Солёность льда оказывает на плотность меньшее воздействие, чем пористость. При солёности льда 2 промилле и нулевой пористости плотность льда составляет 922 килограмма на кубический метр, а при пористости 6 процентов понижается до 867. В то же время при нулевой пористости увеличение солёности с 2 до 6 промилле приводит к увеличению плотности льда только с 922 до 928 килограммов на кубический метр [4] .

Теплофизические свойства [ править | править код ]

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).

Оптические свойства [ править | править код ]

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.

Белый лёд образуется из снега и имеет много пузырьков воздуха или ячеек с рассолом.

Молодой морской лёд зернистой структуры со значительным количеством воздуха и рассола часто имеет зелёный цвет.

Многолетние торосистые льды, из которых выдавлены примеси, и молодые льды, которые замерзали в спокойных условиях, часто имеют голубой или синий цвет. Голубым также бывает глетчерный лёд и айсберги. В голубом льду чётко видна игольчатая структура кристаллов.

Коричневый или желтоватый лёд имеет речной или прибрежный генезис, в нём имеются примеси глины или гуминовых кислот.

Начальные виды льда (ледяное сало, шуга) имеют тёмно-серый цвет, иногда со стальным оттенком. С увеличением толщины льда его цвет становится светлее, постепенно переходя в белый. При таянии тонкие льдинки снова становятся серыми.

В случае, если лёд содержит большое количество минеральных или органических примесей (планктон, эоловые взвеси, бактерии), его цвет может меняться на красный, розовый, жёлтый, вплоть до чёрного.

Читайте также:  Программа для воспроизведения blu ray на компьютере

В связи со свойством льда задерживать длинноволновую радиацию, он способен создавать парниковый эффект, что приводит к нагреванию находящейся под ним воды.

Механические свойства [ править | править код ]

Под механическими свойствами льда понимают его способность противостоять деформациям.

Типичные виды деформации льда: растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб. Выделяют три стадии деформации льда: упругая, упруго-пластическая, стадия разрушения. Учёт механических свойств льда важен при определении оптимального курса ледоколов, а также при размещении на льдинах грузов, полярных станций, при расчёте прочности корпуса судна.

Условия образования [ править | править код ]

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.

Классификации [ править | править код ]

Морской лёд по своему местоположению и подвижности разделяется на три типа:

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 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.

Если морской лёд подвергался таянию хотя бы в течение одного года, он 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.
Читайте также:  Поставщик интернет услуг это

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.

По структуре морской лёд условно делится на игольчатый, губчатый и зернистый, хотя обычно он встречается смешанной структуры.

Области распространения [ править | править код ]

По продолжительности сохранения ледяного покрова и его генезису акваторию Мирового океана обычно делят на шесть зон [5] .

  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 (Азовское, 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 бо́льшую часть Мирового океана, на поверхности которых льдов не бывает.

Вода в морях и океанах очень сильно отличается от речной и озерной. Она соленая – и это определяет многие ее свойства. От этого фактора зависит и температура замерзания морской воды. Она не равняется 0 °C, как в случае с пресной водой. Чтобы покрыться льдом, морю требуется мороз покрепче.

Влияние солености

Сказать однозначно, при какой температуре замерзает морская вода, невозможно, так как этот показатель зависит от степени ее солености. В разных местах мирового океана она разная.

Самое соленое – Красное море. Здесь концентрация соли в воде достигает 41‰ (промилле). Меньше всего соли в водах Балтийского залива – 5‰. В Черном море этот показатель равен 18‰, а в Средиземном – 26‰. Соленость Азовского моря – 12‰. А если брать в среднем, соленость морей составляет 34,7‰.

Чем выше соленость, тем больше должна охладиться морская вода для перехода в твердое состояние.

Это хорошо видно из таблицы:

Соленость, ‰ Температура замерзания, °C Соленость, ‰ Температура замерзания, °C
0 (пресная вода) 20 -1,1
2 -0,1 22 -1,2
4 -0,2 24 -1,3
6 -0,3 26 -1,4
8 -0,4 28 -1,5
10 -0,5 30 -1,6
12 -0,6 32 -1,7
14 -0,8 35 -1,9
16 -0,9 37 -2,0
18 -1,0 39 -2,1

Там, где соленость еще выше, как, например, в озере Сиваш (100 ‰), заливе Кара-Богаз-Гол (250 ‰), в Мертвом море (свыше 270 ‰), вода может замерзнуть только при очень большом минусе – в первом случае – при -6,1 °C, во втором – ниже -10 °C.

За средний же показатель для всех морей можно принять -1,9 °C.

Этапы замерзания

Очень интересно наблюдать, как замерзает морская вода. Она не покрывается сразу равномерной ледяной коркой, как пресная. Когда часть ее превращается в лед (а он пресный), остальной объем становится еще более соленым, и для его замерзания требуется еще более крепкий мороз.

Виды льда

По мере охлаждения в море образуется лед разных видов:

Если море еще не замерзло, но очень близко к этому, и в это время выпадает снег, он при соприкосновении с поверхностью не тает, а пропитывается водой и образует вязкую кашеобразную массу, которая называется снежурой. Смерзаясь, эта каша превращается в шугу, которая очень опасна для кораблей, попавших в шторм. Из-за нее палуба мгновенно покрывается ледяной коркой.

Читайте также:  Management engine interface asus driver

Когда столбик термометра достигает нужной для замерзания отметки, в море начинают образовываться ледяные иглы – кристаллы в форме очень тонких шестигранных призм. Собрав их сачком, смыв с них соль и растопив, вы обнаружите, что они пресные.

Сначала иглы растут горизонтально, потом они принимают вертикальное положение, и на поверхности видны только их основания. Они напоминают пятна жира в остывшем супе. Поэтому лед на этой стадии называют салом.

Когда еще больше холодает, сало начинает смерзаться и образует ледяную корку, такую же прозрачную и хрупкую, как стекло. Такой лед называют нилас, или склянка. Он соленый, хотя и образован из пресных игл. Дело в том, что во время смерзания иглы захватывают мельчайшие капли окружающей соленой воды.

Только в морях наблюдается такое явление, как плавучие льды. Возникает оно потому, что вода здесь быстрее остывает у берегов. Образующийся там лед примерзает к береговой кромке, почему и получил название припай. По мере усиления морозов во время тихой погоды он быстро захватывает новые территории, достигая порой десятков километров в ширину. Но стоит подняться сильному ветру – и припай начинает разламываться на куски различной величины. Эти льдины, часто огромных размеров (ледяные поля), разносятся ветром и течением по всему морю, создавая проблемы судам.

Температура таяния

Тает морской лед не при той же температуре, при которой замерзает морская вода, как можно было бы подумать. Он менее соленый (в среднем в 4 раза), поэтому его превращение обратно в жидкость начинается раньше достижения этой отметки. Если средний показатель замерзания морской воды – -1,9 °C, то среднее значение температуры таяния образовавшегося из нее льда – -2,3 °C.

Замерзание солёной воды: Видео

Температура замерзания морской (океанической) воды = плавления морского льда и температуры наибольшей плотности океанической воды в зависимости от солености воды. Соленость 0, 5, 10, 15, 20, 24.695, 25, 30, 35, 40 o/oo.

Морская вода не имеет определенной точки замерзания. При общей солености воды 33o/oo образование льда начнется при -1,8°С. Но между кристаллами льда остается небольшое количество морской воды, в которой отдельные соли выкристаллизовываются при более низких температурах и только при -5,5°С образовавшийся рассол полностью замерзает.

Таблица: Температура замерзания морской (океанической) воды = плавления морского льда и температуры наибольшей плотности океанической воды в зависимости от солености воды. Соленость 0, 5, 10, 15, 20, 24.695, 25, 30, 35, 40 o/oo

Соленость, o/oo 0, o/oo 5, o/oo 10, o/oo 15, o/oo 20 24,695, o/oo 25, o/oo 30 35, o/oo 40, o/oo
Температура замерзания,°С 0°С -0,3°С -0,5°С -0,8°С -1,1°С -1,332°С -1,35°С -1,6°С -1,9°С -2,2°С
Температура наибольшей плотности воды,°С 3,98°С 2,9°С 1,9°С 0,8°С 0,3°С -1,332°С -1,4°С -2,5°С -3,5°С -4,5°С
  • Справочно:
  • Соленость воды в океанах и морях варьируется от 30 до 50 промилле (тысячных частей, pptw), в среднем 35 pptw = 35 г растворенной соли/кг соленой воды =35 pptw =35 o/oo=3.5 %=35,000 ppmw
  • Характерные для поверхности моря (океана) значения плотности морской воды, зависящие от температуры находятся в диапазоне от 0,9960 до 1,0283 кг/м 3 = г/см 3
  • Известные для океана значения плотности морской воды, зависящие от температуры и давления находятся в диапазоне от 0,9960 до 1,0757 кг/м 3 = г/см 3

Источник: Справочник «Физические величины». -Энергоатомиздат 1991 г. / Раздел "Физика земли" – И.А. Маслов

Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team

Комментировать
1 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
Adblock detector