Подводный лед

До конца прошлого века предполагалось, что вода представляет собой аморфное вещество, молекулы которого движутся беспорядочно. Однако рентгеновский анализ обнаружил, что структура воды сходна со структурой льда, хотя молекулы воды постоянно перемещаются. Кристаллический лед имеет более рыхлую структуру, чем вода, в которой молекулы уложены плотнее. Только у очень немногих веществ, например висмута, кремния, галлия, твердая фаза оказывается, как и у воды, легче жидкой.

Итак, лед легче воды, образуется он на поверхности воды и плавает на ней. И все же...

И все же лед часто появляется и на дне рек, озер... Если мы признаем, что вода - это обыкновенное чудо, то подводный лед может и не вызывать особого удивления.

Подводный лед стал известен еще в XVIII в. (1730 г.), когда англичанин Хэль наблюдал его на дне Темзы.

А вот при каких обстоятельствах познакомились с ним жители столичного Петербурга. 14 декабря 1914 г. все водопроводные краны в городе перестали подавать воду. Начали останавливаться фабрики и заводы, нависла угроза взрыва паровых котлов, лишенных воды. Жители потянулись с ведрами к Неве. Появились предприимчивые "дельцы", продававшие воду по 10-20 копеек за ведро.

На центральную водопроводную станцию были срочно вызваны водолазы. Спустившись на дно незамерзшей еще Невы, водолазы обнаружили, что оно сплошь устлано толстым, почти в метр толщиной, слоем рыхлого, губчатого льда, состоящего из отдельных хрупких полупрозрачных ледяных пластинок. Широкие раструбы приемных труб водопровода диаметром почти 2 м, снабженные металлическими решетками, были покрыты сплошными шапками рыхлого льда толщиной ³/₄ м.

Город многие часы был без воды, пока водолазы не очистили отверстия водоприемников ото льда.

Что же это за странный лед?

Это так называемый донный, или, как его теперь чаще называют, внутриводный лед.^* Он образуется в начале зимы на тех участках реки, которые еще не успели замерзнуть и покрыться льдом; здесь открытая водная поверхность усиленно отдает тепло в атмосферу и вода переохлаждается (всего лишь на несколько сотых градуса ниже нуля). Лед на таких участках возникает не только на поверхности воды, но и во всей ее толще. Необходимо при этом, чтобы течение реки здесь было быстрое для интенсивного перемешивания. Вот почему самыми благоприятными для образования донного льда являются незамерзающие порожистые участки реки, которые иногда называют фабриками донного льда. Скопления внутриводного льда закрепляются на дне реки и забивают отверстия гидротехнических сооружений.

^* (Англичане называют его якорным льдом (anchor ice), потому что в старину среди моряков ходили рассказы о том, что этот лед, всплывая, увлекает с собой со дна потонувшие якоря и якорные цепи.)

Всплывая на поверхность, внутриводный лед создает шугу - скопления рыхлого, кашеобразного, сероватого, пропитанного водой льда.

Шуга, сплывая вниз по течению, сбивается в крупные, беловатые комья и достигает участка реки, на котором уже установился ледостав. Все больше шуги прибивает течением к кромке льда, она скапливается там и постепенно начинает затягиваться под край ледяного покрова. Шуга забивает подо льдом русло реки, течение воды замедляется и в конце концов все поперечное сечение русла почти закупоривается. Образуется так называемый зажор^*. Течение реки почти прекращается.

^* (Не следует смешивать с затором льда, нагромождением крупных льдин в суженных участках русла реки во время ледохода; заторы бывают обычно весной, а зажоры - осенью, в период замерзания реки.)

Ниже зажора уровень воды в реке начинает понижаться, а выше зажора - повышаться. При мощном зажоре вода может выступить из берегов.

Все знают, что в Ленинграде во время наводнений, возникающих при штормовом ветре с моря, который нагоняет воду в устье Невы, затапливает самые низкие, приморские районы города. Но мало кто слышал, что, кроме приморских районов, от наводнений страдают и части города, лежащие вдали от моря вверх по Неве. Наводнения эти бывают вызваны ледяными зажорами.

Нева замерзает снизу вверх по течению. Ледяной покров устанавливается раньше всего на устьевом участке, где вследствие небольшого уклона русла течение слабее, а затем распространяется вверх по реке. Навстречу медленно нарастающей кромке льда с верхних, еще незамерзших участков Невы, в частности с Ивановских порогов, плывет шуга, забивается под лед и создает зажор.

Бороться с зажором и ликвидировать его очень трудно, так как он часто занимает несколько километров в длину. Рыхлую ледяную массу пробовали взрывать, разбивать ледоколами, но эффект получался незначительный - полыньи быстро заполняла шуга, а зажор оставался на месте. В Канаде, где мощные зажоры, вызывающие наводнения, возникают на порожистой реке Св. Лаврентия, в частности в районе Монреаля, применяли термит - смесь порошкообразного алюминия и железной окалины,- температура которого при горении достигает 3000 °С, но тоже с небольшим успехом.

Избавиться от зажоров и их последствий - наводнений можно только в том случае, если с помощью крупных гидротехнических сооружений удастся уменьшить скорость течения реки и интенсивность образования внутриводного льда, а также ускорить образование ледяного покрова.

До постройки Иркутской ГЭС, от зажоров на Ангаре очень страдал Иркутск. Почти ежегодно зимой уровень воды в реке повышался до 6 м с лишним. Быстрая Ангара, питаемая теплыми водами Байкала, замерзала лишь в начале января, причем так же, как и на Неве, кромка льда в период ледостава продвигалась на ней в районе Иркутска снизу вверх по течению. После постройки плотины скорость течения на Ангаре уменьшилась, река стала замерзать раньше и зажоры прекратились.

Иркутяне, используя суровые сибирские морозы, довольно успешно боролись с наводнениями во время зажоров, наращивая, вернее, намораживая, на набережной Ангары высокие ледяные валы.