Соленый лед

Ежегодно с наступлением зимы арктические моря одеваются ледяным покровом, который идет от берегов и смыкается с дрейфующими льдами океана, образуя необозримую белую равнину. Это обыденный на первый взгляд природный процесс таит в себе немало интересных превращений. Морская соленая вода по сравнению с пресной замерзает при более низкой температуре. Сначала в море появляются кристаллики чистого льда с вкраплениями рассола. Вода в такой момент кажется тяжелой и похожей на ртуть. Затем ледяные образования интенсивно разрастаются и в зависимости от погодных и гидрологических условий формируют различные виды льда.

Помнится, промелькнуло недолгое арктическое лето и наступила скоротечная северная осень. Солнце день ото дня все ниже склонялось к горизонту, укорачивая светлое время суток, словно напоминая о том, что не за горами затяжная суровая зима с пургой и сплошной многомесячной ночью. Мы заканчивали научные наблюдения в море Лаптевых, и наше исследовательское судно пошло от кромки многолетних дрейфующих льдов к побережью, ближе к бухте Тикси. Стояла тихая, безветренная погода, какая случается в этих широтах осенью. Море напоминало огромное со свинцовым отливом потускневшее зеркало. Прошло несколько дней, и мороз вступил в свои права, подернув поверхность воды причудливой ледяной сеткой. Вслед за ней появился на воде серый налет, похожий на застывшее сало. Так на глазах начался удивительный и многогранный процесс морского ледообразования.

Близ дельты реки Лены мы столкнулись со склянкой - тонким прозрачным льдом, который возникает в районах распространения выносимых реками пресных вод. Когда наше судно проходило через поля этого льда, постоянно слышался звон, словно разбивали стекла. Этот звон напоминал о справедливости данного такому льду названия.

Буйковая станция

Интересное зрелище - блинчатый лед. При неспокойном море ледообразование совершается как бы в отдельных точках. В результате поверхность воды оказывается покрытой массой дисков ("блинов") со слегка приподнятыми краями.

Зарождение льда в морях не всегда начинается с поверхности. При перемешивании замерзающей воды сильными течениями или волнением лед образуется в водной толще или даже на грунте. Перед ледообразованием в этих условиях вода очень мутнеет, как будто в ней разливается туман. Со временем глубинный лед поднимается на поверхность. Известны случаи, когда суда внезапно оказывались окруженными всплывающим льдом. Такой лед иногда выносит на поверхность грунт и затонувшие предметы.

Море недолго сопротивляется морозу. Как только последний окончательно берет верх, то, куда ни бросишь взгляд, везде виден сплошной серый ледяной покров. Он довольно тонок, каких-нибудь десять сантиметров. Это нилас - эластичный, изгибающийся на небольшой волне лед. Со временем нилас превращается в молодик, который в конце концов становится однолетним льдом, покрытым снегом. Часть его тает в следующий летний сезон, а часть переходит в многолетний очень толстый лед.

Морской лед, состоящий из замерзшей пресной воды и вкраплений рассола, с самого рождения начинают рассекать мелкие трещины, по которым рассол медленно стекает вниз. В результате лед постепенно преснеет. Интересно, что чем ниже температура окружающей среды, тем более соленым рождается лед. При сильном морозе часть рассола выдавливается на поверхность льда, отчего она становится влажной. Если стужа слишком сильная, из проступившего на поверхность льда рассола вымерзает вся влага, и зимнее одеяние моря покрывается красивыми, как их называют, ледяными цветами, образованными кристалликами соли. Они затрудняют, подобно насыпанному на лед песку, скольжение лыж и саней. Способность соленого морского льда превращаться в пресный является его замечательным свойством, поскольку этот лед становится пригодным для получения питьевой воды. Полярные мореплаватели широко этим пользуются. Они находят на многолетних льдах небольшие озерца - снежницы, которые возникают при таянии льдов под действием летнего солнца, и берут из них воду для пищевых и технических целей. Эта вода по вкусу немного напоминает дистиллированную, которой она действительно сродни, поскольку в ней очень мало растворенных солей.

Превращение воды в лед - обычное явление природы. Но как ни странно, лед представляет собой аномальное тело. Он легче воды, тогда как все другие твердые тела, за очень редким исключением, тонут в жидкостях, образующихся при их плавлении. Не имей лед такого свойства, на значительной территории земного шара Жизнь в водоемах оказалась бы невозможной. Ледяной покров воды плохо проводит тепло, а следовательно, уменьшает потери тепла из водоемов и защищает их от полного промерзания.

Застывшая вода издавна служит прообразом кристаллического вещества. Это обстоятельство когда-то отразилось в ее названии. В Древней Греции словом "кристалл" именовали лед. Специалисты относят его к самым легким и низкотемпературным минералам. Этими особенностями обусловлены закономерности распределения льда на Земле, где он встречается в виде покровов, ледников, вечной мерзлоты. Казалось бы, что свойства этого, так знакомого образования должны быть хорошо известны. Однако тех, кто так считает, ждет разочарование, ибо лед по сей день таит в себе немало загадок. В зависимости от физических условий, в которых идет замораживание воды, возникают разные формы льда, отличающиеся друг от друга строением и свойствами при одинаковом химическом составе.

Формирующийся в природной среде лед специалисты называют обыкновенным, подчеркивая тем самым его обособленность от получаемых искусственно специфических форм. Среди последних интересен аморфный лед. Полагают, что в природе он не существует. Этот лед был получен в особых лабораторных условиях. Особенность этого льда состоит в том, что он не имеет кристаллической структуры, о чем и говорит его название. Аморфный лед очень неустойчив и при температуре выше минус семидесяти градусов обретает кристаллическую структуру. Таким образом, на Земле и в атмосфере нет условий для его существования, чего нельзя сказать о космическом пространстве.

Подготовка прибора

Другая, пожалуй, наиболее примечательная форма искусственного льда образуется (даже трудно в это поверить) при положительной температуре. Этот лед зарождается и существует в условиях очень высоких давлений. В научно-технической литературе его именуют горячим. Такой лед в отличие от обыкновенного тяжелее воды. Получена, например, форма горячего льда, тающего при температуре двести градусов выше нуля, при более низкой температуре он находится в твердом состоянии. Двести градусов - это в два раза выше, чем температура кипения воды! Горячий лед, возникший при давлении свыше сорока восьми тысяч атмосфер и температуре плюс двадцать градусов, имеет плотность 1,67 грамма на кубический сантиметр. Это говорит о том, что его структура близка к структуре плотно уложенных атомов.

Наша планета в целом не подходит для существования также и горячего льда, поскольку на ней нет требуемого сочетания температуры и давления для его зарождения. Взять хотя бы недра земли. На тех глубинах, где есть нужное давление, слишком высока температура, намного выше точки плавления этого образования. И тем не менее, по мнению специалистов, в окружающем нас мире есть среда, в которой мог бы сформироваться и существовать горячий лед. Это поверхность твердых тел. Правда, давление здесь обусловлено действием электромолекулярного притяжения.

Известно, что грунты поглощают влагу. Часть воды притягивают и прочно связывают мелкие частицы грунтов. В результате возникает так называемая адсорбированная вода. Она находится под огромным давлением и резко отличается от обычной своими свойствами. Это натолкнуло на мысль о том, что тончайшая пленка связанной твердыми частицами воды может оказаться горячим льдом. Такое предположение высказал в свое время академик В. И. Вернадский.

Адсорбированная вода по свойствам приближается к твердому телу, но ее строение, судя по ряду косвенных признаков, должно быть отличным от строения льда. Чем она является на самом деле, решит эксперимент. Если в нашей природе горячий лед и есть, то он существует в скрытом от непосредственного восприятия состоянии. В других мирах, возможно, он занимает более заметное место.

Заканчивая рассказ о таком удивительном хорошо всем известном веществе, как лед, следует, видимо, сказать, что он может иметь девять форм: одну аморфную и восемь кристаллических, которые имеют одинаковый химический состав и отличаются структурой и свойствами. Как уже говорилось, аморфный лед в нашей природе не существует. Что касается остальных форм, то они могут встречаться в небольших количествах в верхних слоях тропосферы либо в виде молекулярных пленок в верхних горизонтах земной коры. Лишь обыкновенный лед является широко распространенным минералом, способным существовать в виде крупных масс - ледяных горных пород. По находящимся в нем примесям обыкновенный лед делят на пресный, соленый и рассольный.

Подготовка измерителей течений

Льды на Земле существуют много миллионов лет. Их общие запасы равны примерно тридцати миллионам кубических километров, что соответствует стоку всех рек нашей планеты за шестьсот пятьдесят - семьсот лет. Самые мощные пласты льда находятся в Антарктиде, их толщина там достигает четырех километров. Около двух третей всей пресной воды Земли заключено в ледниках. Сейчас в связи с возросшими потребностями воды изучается возможность ее получения из айсбергов. Рассчитаны рациональные пути их транспортировки, разрабатываются проекты судов - буксировщиков айсбергов, изыскиваются покрытия для этих ледяных образований, предотвращающие таяние их в пути.