Почему реки и озёра начинают замерзать с берегов. Секреты погружений в холодной воде
С наступлением холодов, и низких температур воздуха, нам было интересно наблюдать за действием рек и озёр. Ведь маленькие лужи сразу замерзают при низких температурах. А реки и озёра нет, хотя это ведь всё вода. Почему так в природе происходит? Почему реки и озёра замерзают не сразу, а постепенно. Как же всё-таки происходит замерзание воды в озёрах и реках?
Обычно река берёт своё начало в горах. Сначала это маленький ручеёк, потом он сливается с другими ручейками и получается большой ручей. Постепенно вода скапливается и множество ручейков образует полноводную реку.
У большой реки могут появляться притоки, то есть другие реки. Реки впадают не только друг в друга, но и могут впадать в море или океан.
Как начинает замерзать лёд у реки, которая впадает, в какое-нибудь озеро?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос проведём небольшой опыт. Наливаем воду в тарелку и ставим на мороз. Примерно через тридцать минут вода начинает замерзать. Первый ледок появляется на воде у краёв тарелки. Дальнейшее наблюдение показывает, что ледяной покров устанавливается постепенно по мере охлаждения воды, от края тарелки к середине. Это можно объяснить тем, что на краях тарелки воды меньше, Поэтому она охлаждается и замерзает быстрее. Ближе к центру водяной слой толще и для его охлаждения и замерзания требуется больше времени.
Тоже самое происходит и в природе. При установлении минусовых температур на озёрах и мелких водоёмах у берегов, где глубина маленькая появляется мелкий ледок, в народе его называют закраины. По мере усиления морозов вода охлаждается и в более глубоких местах и замерзает. Процесс этот идёт так же, как в нашем опыте от берегов водоёма к центру.
У берегов очень маленькая глубина и чтобы застыть, у берега нужна не очень низкая температура. Река не может начинать замерзать от середины. У середины реки слишком большая глубина, которая примерно может достигать в глубину около 50-и метров.
Если лёд начнёт замерзать с середины, то его может раздавить давление реки. На глубине температура значительно выше окружающего воздуха – это задерживает замерзание реки
Давайте понаблюдаем за рекой в месте впадения её в озеро:
За несколько дней наблюдения за этим местом мы видим, что замерзание реки в месте её впадения замедленно из-за течения, и льдина не успевает зацепиться за берега. В этом месте река замерзает очень долго, если морозы не сильнее. Замерзание в этом месте происходит также от берега к середине, но медленнее, чем в верховьях реки.
Когда река сделает ледяной мост через реку, льдину по течению отнесёт к месту, эта льдина зацепиться за берега. Так будет, пока вся река не будет покрыта этими льдинами. Когда ударят, морозы эти все льдины соединятся в один крепкий лёд.
Весной, когда лёд начинает таять, льдины пот течению начинают плыть по рекам или лесным ручейкам. Оттаивать реки начинают от середины, а по краям льдины не растают долго. Но бывают случаи, когда плывущие льдины натыкаются на не растаявший лёд. И тогда начинается наводнение.
Замершее озеро под слоем снега
Для этого можно провести эксперимент:
Поставим тарелку с водой на мороз, мы увидим, что тарелка начнёт замерзать с краёв, постепенно к центру, потому что на глубине вода теплее, чем на поверхности.
Когда вся вода охладится, лёд покроет всю тарелку, так же происходит замерзание и в озере.
Почему реки и озёра начинают замерзать так? У берега вода холоднее, а на глубине вода теплее.
Реки и озёра начинают замерзать от берега, а таять от середины.
Перед выходом на лёд надо знать правила.
Правила поведения на льду
1. Нельзя выходить на тонкий лёд - можно провалиться под лёд.
2. Безопасным для человека считается лёд толщиною не менее 10 сантиметров в пресной воде и 15 сантиметров- в солёной. В устьях рек и притоках прочность льда ослаблена. Лёд непрочен в местах быстрого течения, бьющих ключей и стоковых вод, а также в районах произрастания водной растительности, вблизи деревьев, кустов и камыша.
3. Прочность льда можно определить визуально: лёд голубого цвета – прочный, белого – прочность его в 2 раза меньше, серый, матово-белый или с желтоватым оттенком лёд – ненадёжен.
4. Во время движения по застывшей реке надо обходить участки, покрытые слоем снега
3.2. МОРСКОЙ ЛЕД
Все наши моря, за редким исключением, зимой покрываются льдом различной мощности. В связи с этим в одной части моря навигация в холодную половину года затрудняется, в другой прекращается и может осуществляться только с помощью ледоколов. Таким образом, замерзание морей нарушает нормальную работу флота и портов. Поэтому для более квалифицированной эксплуатации флота, портов и морских сооружений необходимы определенные знания физических свойств морского льда.Морская вода, в отличии от пресной, не имеет определенной точки замерзания. Температура, при которой начинают образовываться кристаллы льда (ледяные иглы), зависит от солености морской воды S . Опытным путем установлено, что температуру замерзания морской воды можно определить (рассчитать) по формуле: t 3 = -0,0545S. При солености 24,7% температура замерзания равна температуре наибольшей плотности морской воды (-1,33°С). Это обстоятельство (свойство морской воды) позволило разделить по степени солености морскую воду на две группы. Вода с соленостью меньшей 24,7% называется солоноватой и при охлаждении сначала достигает температуры наибольшей плотности, а затем замерзает, т.е. ведет себя как пресная, у которой температура наибольшей плотности 4° С. Вода с соленостью больше 24,7°/00 называется морской.
Температура при наибольшей плотности ниже температуры замерзания. Это ведет к возникновению конвективного перемешивания, задерживающего замерзание морской воды. Замерзание замедляется также и из-за осолонения поверхностного слоя воды, которое наблюдается при появлении льда, так как при замерзании воды только часть солей, растворенных в ней, остается во льду, значительная же их часть остается в воде, увеличивая ее соленость, а следовательно, и плотность поверхностного слоя воды, тем самым понижая температуру замерзания. В среднем соленость морского льда в четыре раза меньше солености воды.
Как же происходит образование льда в морской воде, имеющей соленость 35°/00 и температуру замерзания -1,91° С? После того, как поверхностный слой воды охладится до указанной выше температуры, плотность его увеличится и вода будет опускаться вниз, а более теплая вода из нижележащего слоя будет подниматься вверх. Перемешивание будет продолжаться до тех пор, пока температура всей массы воды верхнего деятельного слоя не понизится до -1,91° С. Затем, после некоторого переохлаждения воды ниже температуры замерзания, на поверхности начинают появляться кристаллы льда (ледяные иглы).
Ледяные иглы образуются не только на поверхности моря, но и во всей толще перемешанного слоя. Постепенно ледяные иглы смерзаются, образуя на поверхности моря ледяные пятна, напоминающие по виду застывшее сало . По цвету оно мало чем отличается от воды.
При выпадении снега на поверхности моря процесс льдообразования ускоряется, так как при этом поверхностный слой опресняется и охлаждается, кроме того, в воду вводятся готовые ядра кристаллизации (снежинки). Если температура воды ниже 0°С, то снег не тает, а образует вязкую кашеобразную массу, называемую снежурой . Сало и снежура под действием ветра и волн сбивается в куски белого цвета, называемые шугой . При дальнейшем уплотнении и смерзании начальных видов льда (ледяные иглы, сало, шуга, снежура) на поверхности моря образуется тонкая, эластичная корка льда, легко прогибающаяся на волне и при сжатии образующая зубчатые наслоения, называемая ниласом . Нилас имеет матовую поверхность и толщину до 10 см, подразделяется на темный (до 5 см) и светлый (5-10 см) нилас.
Если поверхностный слой моря сильно опреснен, то при дальнейшем охлаждении воды и спокойном состоянии моря в результате непосредственного замерзания или из ледяного сала поверхность моря покрывается тонкой блестящей коркой, называемой склянкой . Склянка прозрачна, как стекло, легко ломается при ветре или волне, толщина ее до 5 см.
На легкой волне из ледяного сала, шуги или снежуры, а также в результате разлома склянки и ниласа при большой зыби образуется так называемый блинчатый лед . Он имеет преимущественно круглую форму от 30 см до 3 м в диаметре и приблизительно до 10 см толщины, с приподнятыми краями вследствие удара льдин одна о другую.
В большинстве случаев льдообразование начинается у берега с появления заберегов (ширина их 100-200 м от берега), которые, постепенно распространяясь в море, переходят в припай. Забереги и припай относятся к неподвижному льду, т. е. ко льду, который образуется и остается неподвижным вдоль побережья, где он прикреплен к берегу, ледяной стене, к ледяному барьеру.
Верхняя поверхность молодого льда в большинстве случаев гладкая или слегка волнистая, нижняя, наоборот, очень неровная и в некоторых случаях (при отсутствии течений) похожа на щетку из ледяных кристаллов. В течение зимы толщина молодого льда постепенно увеличивается, поверхность его покрывается снегом, а цвет за счет стекания из него рассола меняется от серого до белого. Молодой лед толщиной 10-15 см называется серым , а толщиной 15-30 см - серо-белым . При дальнейшем нарастании толщины льда лед приобретает белый цвет. Морской лед, просуществовавший одну зиму и имеющий толщину от 30 см до 2 м, принято называть белым однолетним льдом , который подразделяется на тонкий (толщина от 30 до 70 см), средний (от 70 до 120 см) и толстый (более 120 см).
В районах Мирового океана, где лед не успевает растаять за лето и с начала следующей зимы начинает вторично нарастать и к концу второй зимы толщина его увеличивается и составляет уже более 2 м, называется двухлетним льдом . Лед, просуществовавший более двух лет, называется многолетним , толщина его более 3 м. Он имеет зеленовато-голубой цвет, а при большой примеси снега и пузырьков воздуха, имеет беловатый цвет, стекловидного вида. Со временем опресненный и уплотненный сжатиями многолетний лед приобретает голубой цвет. Морские льды по их подвижности разделяют на неподвижный лед (припай) и дрейфующий лед.
Дрейфующий лед по форме (размерам) подразделяют на блинчатый лед, ледяные поля, мелкобитый лед (кусок морского льда менее 20 м в поперечнике), тертый лед (битый лед менее 2 м в поперечнике), несяк (большой торос или группа торосов, смерзшихся вместе, высотой над уровнем моря до 5 м), сморозь (смерзшиеся в ледяное поле куски льда), ледяная каша (скопление дрейфующего льда, состоящее из обломков других форм льда не более 2 м в поперечнике). В свою очередь ледяные поля, в зависимости от горизонтальных размеров, подразделяются на:
Гигантские ледяные поля, более 10 км в поперечнике;
Обширные ледяные поля, от 2 до 10 км в поперечнике;
Большие ледяные поля, от 500 до 2000 м в поперечнике;
Обломки ледяных полей, от 100 до 500 м в поперечнике;
Крупнобитый лед, от 20 до 100 м в поперечнике.
Очень важной характеристикой для судоходства является сплоченность дрейфующего льда. Под сплоченностью понимается отношение площади морской поверхности, фактически покрытой льдом, к общей площади поверхности моря, на которой располагается дрейфующий лед, выраженное в десятых долях.
В СССР принята 10-балльная шкала сплоченности льда (1 балл соответствует 10% покрытой льдом площади), в некоторых зарубежных странах (Канаде, США)-8-балльная.
По сплоченности дрейфующий лед характеризуется так:
1. Сжатый дрейфующий лед. Дрейфующий лед, сплоченность которого составляет 10/10 (8/8), и воды не видно.
2. Смерзшийся сплошной лед. Дрейфующий лед, сплоченность которого составляет 10/10 (8/8), и льдины смерзлись вместе.
3. Очень сплоченный лед. Дрейфующий лед, сплоченность которого больше 9/10, но меньше 10/10 (от 7/8 до 8/8).
4. Сплоченный лед. Дрейфующий лед, сплоченность которого от 7/10 до 8/10 (от 6/8 до 7/8), состоящий из льдин, большинство которых соприкасается друг с другом.
5. Разреженный лед. Дрейфующий лед, сплоченность которого составляет от 4/10 до 6/10 (от 3/8 до 6/8), с большим числом разводий, льдины обычно не соприкасаются одна с другой.
6. Редкий лед. Дрейфующий лед, в котором сплоченность составляет от 1/10 до 3/10 (от 1/8 до 3/8), и пространство чистой воды преобладает над льдом.
7. Отдельные льдины. Большая площадь воды, в которой имеется морской лед сплоченностью менее 1/10 (1/8). При полном отсутствии льда эту площадь следует называть чистая вода.
Дрейфующие льды под влиянием ветра и течений находятся в постоянном движении. Всякая перемена ветра над районом, покрытым дрейфующим льдом, вызывает изменения в распреде- лении льда: тем больше, чем сильнее и продолжительнее действие ветра.
Многолетние наблюдения над ветровым дрейфом сплоченного льда показали, что дрейф льда находится в прямой зависимости от ветра, вызвавшего его, а именно: направление дрейфа льда отклоняется от направления ветра приблизительно на 30° в северном полушарии вправо, а в южном - влево, скорость дрейфа связана со скоростью ветра ветровым коэффициентом, равным приблизительно 0,02 (r = 0,02).
В табл. 5 приведены вычисленные значения скорости дрейфа льда в зависимости от скорости ветра.
Таблица 5
Дрейф отдельных льдин (мелких айсбергов, их обломков и небольших ледяных полей) отличается от дрейфа сплоченного льда. Скорость его больше, так как ветровой коэффициент возрастает от 0,03 до 0,10.Скорость перемещения айсбергов (в Северной Атлантике) при свежих ветрах колеблется от 0,1 до 0,7 уз. Что же касается угла отклонения их движения от направления ветра, то он составляет 30-40°.
Практика ледового плавания показала, что самостоятельное плавание обычного морского судна возможно при сплоченности дрейфующего льда 5-6 баллов. Для крупнотоннажных судов со слабым корпусом и для старых судов предел сплоченности 5 баллов, для судов среднего тоннажа, находящихся в хорошем состоянии,-6 баллов. Для судов ледового класса этот предел может быть повышен до 7 баллов, а для ледокольных транспортных судов - до 8-9 баллов. Указанные пределы проходимости дрейфующего льда выведены из практики для средне- тяжелого льда. При плавании в тяжелых многолетних льдах эти пределы следует снизить на 1-2 балла. При хорошей видимости плавание во льдах сплоченностью до 3 баллов возможно для судов любого класса.
В случае необходимости следовать через район моря, покрытый дрейфующим льдом, необходимо иметь в виду, что легче и безопасней входить в кромку льда против ветра. Входить в лед при попутном или боковом ветре опасно, так как создаются условия навала на лед, что может привести к повреждению борта судна или его скуловой части.
Вперед
Оглавление
Назад
Памятка по выходу на лед С приходом зимы водные объекты покрываются льдом. Постоянная низкая температура воздуха приводит к образованию ледостава. В это время водные объекты часто используются для проведения активного отдыха населения, катания на коньках, проведения подвижных игр и для рыбной ловли. Однако наступает весна, лед подтаивает и выход на лед становится опасен. Всегда необходимо знать, что существуют условия безопасного пребывания людей на льду. Толщина льда даже на одном водоеме не везде одинакова. Тонкий лед находится у берегов, в районе перекатов и стремнин, в местах слияния рек или их впадения в море (озеро), на изгибах, излучинах, около вмерзших предметов, подземных источников, в местах слива в водоемы теплых вод и канализационных стоков. Чрезвычайно опасным и ненадежным является лед под снегом и сугробами. Опасность представляют собой полыньи, проруби, лунки, трещины льда, которые покрыты тонким слоем снега. Этот лед проламывается, если наступить на него, и человек неожиданно может оказаться в холодной воде. Основным условием безопасного пребывания на льду является соответствие его толщины прилагаемой нагрузке. Для одного человека безопасной считается толщина люда не менее 7 см. Каток можно соорудить при толщине льда 12 см и более, пешие переправы считаются безопасными при толщине люда 15 см и более. Легковые автомобили могут выезжать на лед, при его толщине более 30 см (и только при условии, если есть обозначения, указывающие на наличие действующей ледовой переправы). Перед выходом на лед необходимо определить его прочность. Очень опасно выходить на лед в период неустойчивых температур, во время продолжительной оттепели. Чтобы обезопасить себя при выходе на лед водных объектов необходимо знать и выполнять следующие правила: - прежде чем выйти на лед, убедитесь в его прочности; помните, что человек может погибнуть в воде в результате утопления, холодного шока, а также от переохлаждения через 15-20 минут после попадания в ледяную воду; - используйте нахоженные тропы по льду. При их отсутствии, стоя на берегу, наметьте маршрут движения, возьмите с собой крепкую длинную палку, обходите подозрительные места; - в случае в случае появления типичных признаков непрочности люда: треск, прогибание, вода на поверхности льда – немедленно вернитесь на берег, идите с широко расставленными ногами, не отрывая их от поверхности льда, в крайнем случае – ползите; - не допускайте скопления людей и грузов в одном месте на льду; - исключите случаи пребывания на льду в плохую погоду: туман, снегопад, дождь, а также ночью; - не катайтесь на льдинах; - обходите перекаты, полыньи, проруби, край льда. При отсутствии уверенности в безопасности пребывания на льду лучше обойти опасный участок по берегу; - никогда не проверяйте прочность льда ударом ноги. Дополнительную опасность представляют проламывания льда для человека, который несет тяжелый груз: рюкзак, мешок. Переносимый груз увеличивает нагрузку на лед, способствует падению, препятствует быстрому принятию вертикального положения тела, мешает выбраться из воды на лед. Перед выходом на лед нужно ослабить лямки рюкзака и быть готовым к его быстрому сбрасыванию на случай внезапного проламывания льда. В результате намерзания льда или примерзания дрейфующих льдов к берегу водоема образуется неподвижный ледяной покров, который называется береговой припай. Он может удаляться от берега на десятки, а порой и сотни километров. Это опасно ввиду возможного отрыва и выноса в открытое море больших льдин, на которых могут находиться люди. Если вдруг лед под вами проломился: - не паникуйте; - сбросьте тяжелые вещи, удерживайтесь на плаву, зовите на помощь; - обопритесь на край льдины широко расставленными руками, при наличие сильного течения согните ноги, снимите обувь, в которую набралась вода; - старайтесь не обломать кромку льда, навалитесь на нее грудью, поочередно поднимите и вытащите ноги на льдину; - держите голову высоко над поверхностью воды, постоянно зовите на помощь. Если вам удалось самостоятельно выбраться из воды на лед, помните, что вставать на ноги и бежать категорически воспрещается, поскольку можно провалиться вновь. Бывают ситуации, когда самостоятельно выбраться из воды невозможно. Но рядом с вами оказались люди, способные вам помочь. Делать это следует очень осторожно и незамедлительно: - если беда произошла недалеко от берега и пострадавший способен к активным действиям, ему нужно бросить веревку, или длинную палку, если есть лестница, можно использовать ее; - обязательно сообщите пострадавшему, что вы идете на помощь, это придаст ему, больше уверенности и сил, а также вселит надежду на спасение; - для обеспечения прямого контакта с пострадавшим к нему можно подползти, подать руку или вытащить за одежду; - для обеспечения безопасности необходимо использовать подручные средства: доску, шест, веревку или щит; - действовать нужно решительно, смело, быстро, поскольку пострадавший теряет силы, замерзает, и в любую минуту может погрузиться под воду; - после извлечения из холодной воды необходимо пострадавшего отогреть. Во время рыбной ловли нельзя пробивать много лунок на ограниченной площади, собираться большими группами. Каждому рыболову рекомендуется иметь с собой спасательное средство в идее шнура длиной 12-15 метров, на одном конце которого закреплён груз весом 400-500 грамм, на другом изготовлена петля для крепления на руку. Пользоваться площадками для катания на коньках разрешается только после тщательной проверки прочности льда. Толщина льда должна быть не менее 12 см, а при массовом катании – не менее 25 см. Взрослые и дети, соблюдайте правила поведения на водных объектах, выполнение элементарных мер предосторожности – залог вашей безопасности! По материалам сайта 78.mchs.gov.ru
Лед имеет массу положительных свойств, как в технологическом плане, так и жизненным, ведь многие его применяют для разных целей. В жаркий день, ничего не идет так же хорошо, как стакан лимонада с кубиками льда. С помощью льда замораживают продукты, и они хранятся дольше. Например, все любят использовать лед, чтобы сделать домашнее мороженое!Когда наступает холодная пора, температура начинает снижаться. Все ручьи, озера, пруды и даже реки превращаются в ледяные катки при минусовой температуре. Однако многие заметили, что океан при такой температуре не замерзает. Тот, кто бывал зимой на море, вероятно, заметил, что вода не замерзает, при такой температуре как на озерах.
Значит океан никогда не замерзает. Если посмотреть фотографии Северного или Южного Полюса, тогда можно заметить, что в тех местах есть полярные льды. Если океан замерзает в этих областях, то почему подобное не происходит в других местах.
Температура замерзания пресной воды составляет 0° Цельсия или 32° по Фаренгейту. Наличие соли в воде, снижает температуру замерзания. Чем больше соли в воде, тем ниже температура замерзания.
Когда пресная вода замерзает, молекулы воды, состоящие из водорода и кислорода, соединяются вместе в кристаллическую структуру льда. Присутствие соли затрудняет для молекул воды образование такого вещества. Таким образом, соль, которая попадает в структуру молекулы воды, блокирует образование льда. Соль также врезается в лед, выбивая молекулы воды из структуры... тем самым плавя его.
Когда молекулы соли вытесняют молекулы воды, скорость замерзания замедляется. Именно поэтому соль часто применяется на обледенелых дорогах. Она затрудняет замерзание и делает её более безопасной для автомобилистов.
Хотя соленость воды в океане изменяется, часто она содержит около 35 г соли на каждые 1000 условных единиц воды. Этот факт понижает температуру замерзания морской воды до -1.8° Цельсия и 28.8° по Фаренгейту. Таким образом, вода в океане замерзает, но для этого необходимо достижение более низких температур.
Еще один фактор, который влияет на замерзание морской воды связан с перемещением. В отличие от водоёма, океанские волны находятся в постоянном движении, также присутствуют подводные течения. Это помогает воде сохранять тепло. В результате, только в очень холодных областях, например, на Северном или Южном полюсе, как правило, образуется достаточно низкая температура, которая способна заморозить воду.
Следует заметить, что только небольшая часть воды океанов замерзает. Молекулы соли опускаются ниже поверхности льда. В результате, полярные льды представляют собой пресноводный лед, который может быть растоплен для питьевой воды!
Около 15% мирового океана покрывает морской лед, по крайней мере, определенную часть года. На первый взгляд не так и много, но данная территория составляет около 10 миллионов квадратных километров морского льда.