Трещины во льду на озере

Лед на озере Байкал

Образование торосов и трещин на льду Байкале. Нажимы, пропарины.

Лед Байкала не представляет ровной поверхности; наоборот, на Байкале значительное развитие имеют тороса.

Их особенно много вдоль Забайкальского берега. Старинные исследователи озера — Дыбовский и Годлевский считают, что тороса занимают три четверти всей поверхности озера. Несмотря на видимое разнообразие своих форм и очертаний, торосы могут быть разделены на сплошные и дугообразные; первые залегают иногда на протяжении нескольких квадратных верст, вторые — узкие всегда сопровождают щели и извилистыми линиями пересекают Байкал по всем направлениям.

Многочисленные измерения толщины глыб льда, образующих торосы, привели наблюдателей к убежденно, что все сплошные торосы должны были образоваться в первые дни замерзания Байкала. Сплошные торосы представляют собой хаотическое накопление льдин, то стоящих отвесно, то наклоненных под различными углами; у основания они сплачиваются крепким ледяным цементом, а сверху занесены снегом, из–под которого выглядывают одни только верхушки льдин; высота торосов весьма различна — от 2 сантиметров до одного метра.

В течение зимы лед на Байкале претерпевает различные изменения, главным образом на нем образуются многочисленные щели.

По наблюдениям тех же исследователей, большая часть трещин, именно: семь–восьмых образуются обычно в первые дни после покрытия озера льдом.

Ширина этих щелей чаще всего достигает 1 /2–2 сантиметров, но встречаются и более широкие в 5–10 сантим. Эти щели происходят, вероятно, от действия сильных ветров.

Когда несколько спустя после дня замерзания лед окрепнет, то при сильном ветре ледяной покров трескается на значительное пространство в несколько верст, и оторванные льдины передвигаются ветром, пока не наткнутся на препятствие, которое им представляет уцелевшее ледяное полотно; ударяясь об его край, льдины дробятся, нагромождаются друг на друг на этом краю, образуя род вала на наветренной стороне передвигаемой льдины, тогда как на подветренной остается щель; если ветер переменит направление, то наоборот — около вала образуется щель, а около прежней щели нагромождается вал (торос).

Образование торосов, конечно, уменьшается и, наконец, совершенно прекращается по мере того, как утолщается лед, но щели, раз образовавшиеся, сохраняются всю зиму, представляя собой места наименьшего сопротивления, легче уступающие действию ветра.

Зимой эти щели мало заметны, так как они наполняются водой, в них замерзающей, но присутствие их обнаруживает нагроможденный по их соседству вал; весной, с прекращением сильной стужи, вода в трещинах, постоянно возобновляющихся, не успевает замерзнуть, щели остаются открытыми и даже расширяются, вследствие передвижения льда и соединенного с ним истирания краев льдин; таким образом, ширина щели может достигать от 0.5 до 2.0 метров.

Но лед на Байкале трескается и в продолжение всей зимы; на озере в ясный день после холодной ночи, или, наоборот, поздно вечером, слышен постоянный шум от образующихся трещин во льду.

Тишина зимней ночи прерывается то взрывами, переходящими в раскатистый гул, теряющийся в отдалении, то слышатся будто бы глухие стоны, то неясная трескотня, будто ружейная пальба, то отдаленный пушечный гром и все это сливается нередко в хаотическую смесь разнородных звуков. Эти щели вызываются изменениями объема льда при различных температурах.

Благодаря всем этим процессам, трудно найти пространство льда в несколько квадратных аршин, свободное от трещин.

Обыкновенно везде лед пронизан по всем направлениям массой трещин, начиная от волосных и кончая трещинами в 1–2 сантиметра толщиной.

Кроме описанных трещин, на Байкале часто встречаются еще нажимы. Нажимы представляют в окончательном своем виде щели, края которых нажаты друг на друга, благодаря чему над щелью лежит крышеобразно торос, образовавшийся из обломанных краев щели.

Торос достигает иногда полторы и более сажени в ширину.

Нажимы образуются главным образом во вторую половину зимы и, может быть, представляют не что иное, как явление складчатости льда, замеченное на многих озерах.

Явление складчатости льда может быть объяснено тем, что в холодные ночи ледяной покров сокращается и, так как на берегах он примерзает к почве, то это сокращение выражается образованием трещин, которые немедленно заполняются водой, в них замерзающей и восстановляющей непрерывность льда; на следующий день ледяной покров под влиянием дневного повышения температуры начинает расширяться (линейное расширение 1 километра льда для каждого градуса Цельсия будет приблизительно 70 миллиметров) и это расширение может выразиться в местах наименьшего сопротивления образованием складок или береговых валов; следующей ночью опять начинается образование трещин и замерзание их, на следующий день опять расширение льда и увеличение складки и т.д., так что конечная величина передвижения льда зависит от обилия и величины колебаний температуры и от пространства ледяного покрова; она равна сумме ширины всех трещин, что дает уже величину, достаточно большую.

Огромная поверхность ледяного покрова Байкала, обилие образующихся трещин и резкие колебания температуры, достигающие нередко 20°–30° в течение суток, делают весьма вероятным, что дневное расширение льда, которое для протяжения в 30 километров и амплитуд колебания температуры в 20° составит целых 42 метра, должно выразиться образованием громадных или многочисленных складок.

Некоторые наблюдатели описывают еще совсем особый вид трещин.

Читайте также:  Место впадения озеро байкал

Это трещины, средняя часть которых расширяется до 1.5 метров, имея в длину не более 10 метров. Затем расширенная часть суживается и переходит с обеих сторон в узкие, обыкновенные щели длиной в 80–100 метров. Появление таких щелей, может быть, зависит от резких изменений объема незначительной части льда под влиянием колебания температуры.

Кроме упомянутых причин, появление трещин может быть вызвано и быстрым подъемом уровня воды. По крайней мере в Переемной, одном из пунктов, где производились наблюдения над колебанием уровня воды, неоднократно отмечено появление массы трещин от подъема воды. Так, например, повышение уровня воды 8 февраля 1902 г. на 2.3 сотки сажени с 7 часов утра до 1 часа дня сопровождалось массовым появлением щелей, которые можно было проследить на большое пространство.

Весьма вероятно также, что щели могут образоваться и при быстром изменении атмосферного давления.

Вышеописанные процессы ведут к тому, что лед к весне теряет свое однородное строение, деформируется и является, благодаря целой сети трещин, разделенным на отдельные более пли менее крупные куски, сравнительно слабо соединенные между собой замерзшей в трещинах водой.

С наступлением тепла хрупкость льда частью исчезает; он делается как бы вязким: в это время прорубь долбится с большим трудом.

Еще задолго до полного взламывания льда появляются на Байкале голые места, носящие у местных жителей характерное названье пропарин и образующихся, по их мнению, вследствие действия теплых подводных ключей, бьющих под пропаринами.

Некоторое подтверждение правильности этого предположения можно вывести из следующего измерения температуры воды у Нижнего Изголовья Святого Носа, как раз в том месте, где ежегодно образуется пропарина: 24 мая 1904 г. над этим местом температура воды достигала 7°.5, в то время как вокруг температура равнялась только 3°.2–3°.7. Пропарины образуются недалеко от берегов (1.5 версты), преимущественно около мысов и представляют для путешествий большую опасность, потому что еще задолго до появления полого места лед у пропарины сильно подъедается снизу и делается настолько непрочным, что не выносит веса лошади и проваливается. Пропарины появляются из года в год на одних и тех же местах; вначале образуется на льду одна или целое гнездо небольших дыр, которые быстро увеличиваются, сливаются в одну полынью, которая растет более или менее быстро, смотря по температуре воздуха.

Нам известны пропарины у Кадильного, Голоустинского и Голого мысов, вдоль всей дельты Селенги, у улуса Берхина, в Ольхонских воротах, у мыса Кобылья Голова и в Малом море между Кобыльей Головой и Сармой.

Пропарины образуются также около Ушканьих островов и у Нижнего Изголовья Святого Носа. Появление пропарин в зиму 1901 года у Сармы и Кобыльей Головы записано наблюдателем метеорологической станции Ольхон. Первая пропарина появилась 19 февраля, вторая 4 марта.

10 марта наблюдатель измерил толщину льда около первой пропарины.

Оказалось, что толщина льда была:

в расстоянии от про пропарины 0.5 сажени 7 см,
в расстоянии от про пропарины 1.0 сажени 6 см,
в расстоянии от про пропарины 1.5 сажени 8 см,
в расстоянии от про пропарины 10.5 сажени 23 см,
в расстоянии от про пропарины 17.0 сажени 43 см.

Вообще же толщина льда около этого места достигала 100 сантиметров.

Эти измерения показывают, что лед подъедается на большое расстояние вокруг пропарины.

По всей вероятности, количество мест, где появляются пропарины, значительно увеличится при детальном исследовании этого вопроса.

Здесь будет уместно упомянуть, что жители связывают появление пропарин не с обыкновенными ключами, а с особыми, выделяющими пузыри газа, который горит ярким пламенем.

По рассказам, сейчас же после покрытия озера льдом, когда лед еще очень тонок, на местах будущих пропарин подо льдом собираются большие пузыри воздуха (газа). Если лед пробить ловким ударом пешни и поднести к отверстию зажженную спичку, то из отверстия вырывается яркое пламя, подымающееся иногда на вышину сажени, смотря по величине пузыря.

С наступлением тепла начинают появляться первые признаки освобождения Байкала от своих оков. Снег, покрывающий местами лед, стаивает, самый лед теряет свой гладкий зеркальный вид, делается неровным, как бы изъеденным, причем становится ослепительно белого цвета, подергивается «чиром» или «саком» — говорят байкальцы.

Полые места все увеличиваются, после сильных ветров появляются большие разносы и, наконец, лед взламывается. Через единственный исток озера — Ангару, если годом и выносится, то самая незначительная часть взломанного ледяного покрова; почти весь лед остается в озере и постепенно тает. Благодаря этому, в конце мая и начале июня встреча заберегов и плавучих льдин в открытом озере представляет обычное явление. Только во второй половине июня Байкал освобождается от последних остатков своих зимних оков.

Как видно из приведенной выше таблицы, в южной половине озера (от Култука до острова Ольхона) лед взламывается в среднем около 14/1 мая, в северной позже — около 25/12 мая. В южной части западный Иркутский берег освобождается от льда раньше Забайкальского; только около устья Селенги озеро очищается почти в одно время с западным берегом, вероятно, благодаря влиянию реки.

Раньше всего 26/13 мая, Байкал разбивает лед у Голоустного, позже всего 26/13 апреля, у устья р. Верхней Ангары.

Читайте также:  Озеро поганое курганской области

Таким образом, на освобождение ото льда идет в среднем 19 дней. Но далеко не сразу после разбития льда озеро очищается от него.

Обыкновенно за первой подвижкой льда следует остановка, потом лед снова двигается, измельчается все больше и больше, его то уносит ветром, то снова пригоняет.

Считая за день вскрытия озера первую подвижку льда, получаем на основании приведенной выше таблицы, что южная часть озера свободна ото льда 232, а северная 216 дней в году.

Но далеко не все это время возможна на Байкале навигация. Как осенью, так и весной ей препятствуют плавучие льды, и в среднем навигация начинается с первой половины июня, продолжаясь в южной части озера до начала декабря.

Источник: Лоция и физико–географический очерк озера Байкал, под ред. бывшего начальника Гидрографической экспедиции Байкальского озера Ф.К. Дриженко, 1908 г.

Источник

ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ЛЬДА

Ледовый режим водоема — это циклы покрытия акватории льдом, неизменный каждый год. На водоемах Ленинградской области ледовый режим состоит из трех фаз: замерзание, ледостав и вскрытия водоёмов.

Для возникновения льда в водоёмах необходимо:
— небольшое переохлаждение воды, температура должна быть чуть ниже 0 °С, начиная с сотых долей и ниже;
— наличие ядер кристаллизации, которыми могут являться снежинки, льдинки, минеральные и органические взвеси;
— турбулентное перемешивание для отвода выделяющегося при кристаллизации тепла. Если перемешивания нет, то процесс кристаллизации прекращается.

В водоёмах образуется лед поверхностный и глубинный (внутриводный), кристаллизующийся не только на взвеси, но и на микроорганизмах, частицах песка, гальке и т. д. Температура замерзания снижается с глубиной и с увеличением минерализации.

К факторам, определяющим возможность образования ледовых явлений, относят:
• интенсивность теплоотдачи поверхности водоёма с наступлением холодов;
• величину теплоемкости водоема. Чем больше объём водной массы в водоёме, и чем он глубже, тем длительнее процесс его охлаждения;
• интенсивность перемешивания, связанная с транзитными течениями. Чем более проточен водоем, тем интенсивнее вынос тепла из глубинных слоёв к поверхности, в атмосферу.

Очень важным фактором образования ледяного покрова на водоёмах и наступления ледостава служит ветер. Чем сильнее ветер, тем интенсивнее теплоотдача в атмосферу вследствие испарения и турбулентного теплообмена с морозным воздухом. Перемешивание слоев воды ветром и волнами усиливает теплообмен и вынос теплых глубинных вод к поверхности, что тормозит процесс льдообразования. Интенсивное перемешивание увеличивает толщину слоя воды, в котором возможно образование ледяных кристаллов, всплывающих к поверхности воды (лёд имеет плотность на 10 % меньшую по сравнению с плотностью воды). Ветровое волнение разрушает образовавшиеся ледяные корки, чем замедляет формирование ледяного покрова.

Замерзание водоёмов.

При интенсивном теплообмене и охлаждении вод водоема, но при отсутствии ветра и перемешивания верхних слоем воды образуются первичные кристаллики льда в виде мелких иголочек. Когда вода покрыта ими, кажется, что на её поверхности разлит растопленный жир. Такое состояние водно- кристаллизованной смеси называют «сало». При продолжающемся морозе и безветрии кристаллики смерзаются. Образуется однородный прозрачный кристаллический лед, толщина которого довольно быстро увеличивается. За ясную и морозную ночь толщина такого льда может достичь 2-3 см. При этом, как правило, весь небольшой водоём замерзает единовременно. На крупных озёрах в такую погоду обычно покрываются льдом только мелководные заливы.

Кристаллический лёд в начале зимы наиболее прочный и при толщине 5 см выдерживает вес человека, а при 10 см — снегохода. В озёрах, покрывшихся льдом в морозную, штилевую погоду, подо льдом сохраняется обратная стратификация с относительно тонким подлёдным слоем воды, охлажденной до 0 °С. Если замерзание водоёма происходило в ветреную погоду с перемешиванием и более интенсивной теплоотдачей с водной поверхности, средняя температуры воды в водоеме зимой меньше.

При даже слабом ветре замерзание водоёма начинается с береговых отмелей, выхолаживающейся быстрее из-за малой глубины. Первичные кристаллики сбиваются к урезу и смерзаются, образуя полосы кристаллического льда — забереги, примёрзшие к береговому склону. С усилением мороза забереги расширяются, а открытая поверхность воды сокращается. На крупных и глубоких озёрах и водохранилищах замерзание длительно и проходит разновременно в разных районах.

В формировании ледяного покрова принимают участие всплывающие комья внутриводного льда (шуга) обычно грязно-белого цвета, снежура, образующаяся из снега во взволнованной, ещё не замерзшей водной поверхности. Неровность такого покрова увеличивается, если сильный ветер и колебания поверхности водоёма взламывают ещё не окрепший лед. Он дробится, и трущиеся друг о друга его кусочки превращаются в блинчатый лёд — дискообразные льдинки с выпуклым белым краем смерзшихся ледяных крошек.

Штормовым ветром взламывается и уже достаточно прочный лёд, льдины надвигаются одна на другую и смерзаются в торосы с наступлением менее ветреной, но морозной погоды. На нагонных участках пологого берега из битого льда, шуги и частиц донного грунта в шторм образуются береговые ледяные валы.

Структура и деформации ледяною покрова.

Ледостав — период неподвижного ледяного покрова. В Ладожском озёре в теплую зиму с малой суммой отрицательных температур воздуха площадь ледяного покрова не превышает 50% площади акватории. В такие зимы теплозапас его водной массы наименьший вследствие особенно интенсивной теплоотдачи с большой открытой водной поверхности. В умеренно холодные зимы почти 100 %-ная покрытость льдом продолжается всего 2 месяца, а в суровые зимы она длится почти 3 месяца.

Читайте также:  Прокат байдарок на ладожском озере

Скорость нарастания кристаллического слоя льда (вследствие кристаллизации воды на его нижней поверхности) зависит от его теплопроводности и того, насколько интенсивны теплопотери с ледяного покрова в атмосферу при морозе. Чем ниже температура воздуха и продолжительнее морозная погода, тем больше намерзает льда снизу, тем всё более толстым становится кристаллический лед на водоёме, увеличивается теплоизоляция воды под ним.

Как правило, ледяной покров неоднороден и имеет двух- или трёхслойную структуру и покрыт слоем снега неравномерной толщины и плотности. Под весом снега лёд прогибается, трескается, из трещин, рыбацких лунок и майн на лёд вытекает вода, смачивает нижний слой снега и в мороз замерзает. Так образуется водно-снеговой лёд, менее плотный и малопрозрачный белёсого цвета из-за включения пузырьков воздуха и пыли.

В оттепели талая вода с подтаивающего снежного покрова в последующие морозы превращается в снеговой лёд. Он по физическим свойствам сходен с водно-снеговым льдом, но отличается по химическому составу, подобному составу атмосферных осадков. Лёд этих двух видов имеет меньшую теплопроводность и отражающую способность, чем кристаллический лёд, что замедляет утолщение ледяного покрова.

Деформации ледового покрова.

Зимой лёд как любое твёрдое тело при охлаждении сжимается. Сжатие больше у верхней поверхности льда, где зарождаются морозные трещины. Нижняя поверхность льда крепко примерзает на мелководьях к грунтам вблизи уреза, поэтому с усилением мороза в трещинах происходит разрыв ледяного покрова, и в расширяющихся до 1-2 м трещинах образуется на воде корка молодого льда. При потеплении лед расширяется, трещины сдвигаются, вызывая торошение молодого льда. Торосы порой достигают высоты 0,5-1,5 м.

Кроме термических деформаций ледяного покрова на озёрах происходят и динамические деформации, вызванные сейшами (стоячими волнами, возникающими в замкнутых или частично замкнутых водоёмах) на открытой воде. На Ладожском озере неоднократно возникало по три трещины вдоль продольной оси и поперёк под действием многоузловой сейши, когда наибольшие изгибы ледяного покрова происходят в прибрежной зоне. При сильном морозе достаточно небольшого изгиба ледяного поля над пучностью сейши, чтобы он треснул.

Таяние льда в водоёмах.

Разрушение ледяного покрова, т. е. вскрытие замерзашего водоема, включает три стадии:

I стадия — таяние снежного покрова. Талая вода пропитывает снег, он темнеет, снижается величина отражающей способности поверхности водоёма, увеличивается поглощение суммарной солнечной радиации, что ускоряет таяние. Вода накапливается на льду, протаивают вдольбереговые трещины, заполняющиеся талой водой. Увеличение расхода воды в притоках приводит к подъему уровня воды в водоёме. Ледяной покров, освободившийся от снега, всплывает. Талая вода с него уходит под лёд. Вдоль берегов образуются закраины у скалистых крутых берегов и более широкие — на мелководьях.

II стадия — активное таяние ледяного покрова. Оно происходит на его верхней поверхности вследствие поглощения льдом солнечной радиации (большая величина радиационного баланса) и турбулентного теплообмена с более тёплым воздухом.

Подтаивает и нижняя поверхность льда вследствие конвективного перемешивания подлёдной воды с нижележащим слоем, нагретым днем проникающей сквозь лед солнечным излучением. Локально оно интенсифицируется динамическим перемешиванием в приустьевых зонах, куда поступают воды притоков. Плотностные течения, несущие теплоту и распространяющиеся из этих зон в подледном слое из-за малой минерализации и плотности вод речного половодья, усиливают подтаивание снизу ледяного покрова. Стаивание льда сверху и снизу уменьшает толщину ледяного покрова примерно на 30 %.

Одновременно таяние происходит внутри пористого водноснегового и прозрачного кристаллического слоев. Оно начинается вокруг содержащихся во льду частиц ионного состава. Образующиеся капли внутрилёдной солоноватой талой воды, поглощающие солнечное излучение, вызывают протаивание вертикальных канальцев диаметром 0,1-1,0 мм между ледяными кристаллами. Это увеличивает рассеяние и поглощение солнечного света в толще льда и ускоряет таяние. Канальца расширяются до 5 мм и более в диаметре, и внутрилёдная вода стекает под лёд, происходит его обессоливание.

Прочность ледяного поля уменьшается настолько, что любая даже небольшая на него нагрузка — ветровое пульсирующее давление сверху или сейшевые колебания воды снизу — разрывает ослабевшие связи между кристаллами льда. Лед рассыпается на отдельные кристаллы диаметром до 5-7 см и длиной 20-30 см и более. В эту стадию выход на лёд крайне опасен.

III стадия — таяние возникающих полей ледяных иглообразных кристаллов и еще не раздробленных льдин. Оно происходит обычно быстро благодаря резкому снижению альбедо смеси воды и ледяных кристаллов, их механическому дроблению волнением и трением друг о друга. Из-за поглощения льдом солнечного излучения весной для его таяния и разрушения в водоёме достаточна в 5 раз меньшая сумма положительных температур воздуха, чем сумма её отрицательных значений зимой для формирования толщи ледяного покрова.

Вскрытие малых озёр, прудов и водохранилищ происходит практически одновременно на всей их акватории. В целом сроки начала ледостава и очищения ото льда озёр и водохранилищ — более поздние, чем на реках. Их запаздывание тем значительнее, чем больше размеры водоёма и меньше его проточность.

Другие статьи раздела

Дамба как комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений

Санкт-Петербургу угрожает сама дамба, нежели стихийные бедствия

Карты глубин Финского залива, Ладожского озера и водоемов Ленинградской области

Источник

Поделиться с друзьями
Байкал24