Морской лед возникает при замерзании морской воды . Поскольку лед менее плотен , чем вода, он плавает на поверхности океана (как и пресноводный лед, плотность которого еще ниже). Морской лед покрывает около 7% поверхности Земли и около 12% мирового океана. [1] [2] [3] Большая часть мирового морского льда заключена в паки полярных льдов в полярных регионах Земли : арктический ледяной покров Северного Ледовитого океана и антарктический ледяной покров Южного океана . Полярные пакеты претерпевают значительные ежегодные циклические изменения по площади поверхности — естественный процесс, от которого зависит экология Арктики , включая экосистемы океана . Из-за действия ветров, течений и колебаний температуры морской лед очень динамичен, что приводит к широкому разнообразию типов и особенностей льда. Морской лед можно противопоставить айсбергам , которые представляют собой куски шельфовых ледников или ледников , отколовшихся от океана. В зависимости от местоположения просторы морского льда могут также включать айсберги.
Морской лед не просто растет и тает. В течение своей жизни он очень динамичен. Из-за совместного действия ветров, течений, колебаний температуры воды и воздуха морские ледяные пространства обычно подвергаются значительной деформации. Морской лед классифицируется в зависимости от того, способен ли он дрейфовать, и в зависимости от его возраста.
Морской лед можно классифицировать в зависимости от того, прикреплен ли он (или заморожен) к береговой линии (или между отмелями или к севшим на мель айсбергам ). Если он прикреплен, то его называют припаем, или чаще припаем (от припая ). Альтернативно, в отличие от припая, дрейфующий лед встречается дальше от берега на очень обширных территориях и включает в себя лед, который может свободно перемещаться под действием течений и ветров. Физической границей между припаем и дрейфующим льдом является граница припая . Зону дрейфующего льда можно разделить на зону сдвига , краевую ледовую зону и центральную пачку . [4] Дрейфующий лед состоит из льдин , отдельных кусков морского льда диаметром 20 метров (66 футов) и более. Существуют названия льдин разных размеров: малые — от 20 до 100 м (от 66 до 328 футов); средний – от 100 до 500 м (от 330 до 1640 футов); большой – от 500 до 2000 м (от 1600 до 6600 футов); обширный - от 2 до 10 километров (от 1,2 до 6,2 миль); и гигантский - более 10 км (6,2 мили). [5] [6] Термин «паковый лед» используется либо как синоним дрейфующего льда , [5] либо для обозначения зоны дрейфующего льда, в которой льдины плотно упакованы. [5] [6] [7] С точки зрения подводного плавания общий морской ледяной покров называется ледяным покровом . [6] [7]
Другая классификация, используемая учеными для описания морского льда, основана на возрасте, то есть на стадиях его развития. Эти стадии следующие: новый лед , нилас , молодой лед , однолетний и старый . [5] [6] [7]
Новый лед — это общий термин, используемый для обозначения недавно замерзшей морской воды, которая еще не представляет собой твердый лед. Он может состоять из хрупкого льда (пластины или спикулы льда, взвешенные в воде), слякоти (насыщенного водой снега) или шуги (губчатых белых кусков льда диаметром несколько сантиметров). Другие термины, такие как жирный лед и блинный лед , используются для обозначения скоплений кристаллов льда под действием ветра и волн. [ нужна цитата ] Когда морской лед начинает формироваться на пляже с легкой волной, могут образовываться ледяные яйца размером с футбольный мяч. [8]
Нилас обозначает корку морского льда толщиной до 10 сантиметров (3,9 дюйма). Он изгибается, не разбиваясь о волны и вздутия. Нилас можно разделить на темный нилас - толщиной до 5 см (2,0 дюйма), а также очень темный и светлый нилас - толщиной более 5 см (2,0 дюйма) и более светлого цвета.
Молодой лед представляет собой переходную стадию между ниласом и однолетним льдом и имеет толщину от 10 см (3,9 дюйма) до 30 см (12 дюймов). Молодой лед можно подразделить на серый лед - от 10 см (3,9 дюйма) до 15. см (5,9 дюйма) толщиной и серо-белый лед - толщиной от 15 см (5,9 дюйма) до 30 см (12 дюймов). Молодой лед не такой гибкий, как нилас, но имеет тенденцию ломаться под действием волн. При сжатии он будет либо наплывать (на стадии серого льда), либо торосить (на стадии серо-белого льда).
Однолетний морской лед — это лед, который толще молодого льда , но имеет прирост не более одного года. Другими словами, это лед, который растет осенью и зимой (после того, как прошел новый лед – нилас – молодой лед, стадирует и растет дальше), но не переживает весенние и летние месяцы (тает). Толщина этого льда обычно колеблется от 0,3 м (0,98 футов) до 2 м (6,6 футов). [5] [6] [7] Однолетний лед можно разделить на тонкий (от 30 см (0,98 фута) до 70 см (2,3 фута)), средний (от 70 см (2,3 фута) до 120 см (3,9 фута) ) и толстый (>120 см (3,9 фута)). [6] [7]
Старый морской лед – это морской лед, переживший как минимум один сезон таяния ( т.е. одно лето). По этой причине этот лед обычно толще однолетнего морского льда. Старый лед принято делить на два типа: двухлетний лед , переживший один сезон таяния, и многолетний лед , переживший более одного сезона. (В некоторых источниках [5] возраст старого льда превышает два года.) Многолетние льды гораздо чаще встречаются в Арктике, чем в Антарктике . [5] [9] Толщина старого морского льда обычно колеблется от 2 до 4 м. [10] Причина этого в том, что морской лед на юге дрейфует в более теплые воды, где тает. В Арктике большая часть морского льда не имеет выхода к морю.
Хотя припай относительно стабилен (поскольку он прикреплен к береговой линии или морскому дну), дрейфующий (или паковый) лед подвергается относительно сложным процессам деформации, которые в конечном итоге приводят к образованию типично широкого разнообразия ландшафтов морского льда. Ветер является основной движущей силой наряду с океанскими течениями. [1] [5] Также использовались сила Кориолиса и наклон поверхности морского льда. [5] Эти движущие силы вызывают состояние напряжения в зоне дрейфующего льда. Льдина , приближающаяся к другой и толкающая ее, создаст состояние сжатия на границе между ними. Ледяной покров также может находиться в состоянии напряжения , что приводит к расхождению и раскрытию трещин. Если две льдины пролетят боком мимо друг друга, оставаясь при этом в контакте, это создаст состояние сдвига .
Деформация морского льда возникает в результате взаимодействия льдин, когда они сталкиваются друг с другом. В результате могут быть три типа особенностей: [6] [7] 1) Наплыв льда , когда один кусок перекрывает другой; 2) Торосы давления , линия битого льда, направленная вниз (для образования киля ) и вверх (для образования паруса ); и 3) Торос — холм битого льда, образующий неровную поверхность. Сдвиговый гребень — это гребень давления, образовавшийся под действием сдвига. Он имеет тенденцию быть более линейным, чем гребень, вызванный только сжатием. [6] [7] Недавно появился новый хребет – он имеет острый гребень, а его боковая часть наклонена под углом, превышающим 40 градусов. Напротив, выветрившийся хребет имеет закругленный гребень и склоны, наклоненные менее чем на 40 градусов. [6] [7] Стамухи — это еще один тип скоплений, но они заземлены и поэтому относительно стационарны. Они возникают в результате взаимодействия припая и дрейфующего пакового льда.
Ровный лед — это морской лед, который не подвергся деформации и поэтому является относительно плоским. [6] [7]
Лиды и полыньи — это участки открытой воды, которые встречаются в пределах морских ледяных просторов, хотя температура воздуха ниже нуля и обеспечивают прямое взаимодействие океана и атмосферы, что важно для живой природы. Отводы узкие и линейные, их ширина варьируется от метра до километра. Зимой вода в колодцах быстро замерзает. Они также используются в навигационных целях — даже после повторного замерзания лед в выводах тоньше, что позволяет ледоколам получить более легкий путь плавания, а подводным лодкам легче всплыть на поверхность. Полыньи более однородны по размеру, чем лиды, а также крупнее – различают два типа: 1) полыньи явного тепла , вызванные апвеллингом более теплой воды, и 2) полыни скрытого тепла , возникающие в результате постоянных ветров с береговой линии. [5]
Только верхний слой воды должен остыть до точки замерзания. [11] Конвекция поверхностного слоя охватывает верхние 100–150 м (330–490 футов), вплоть до пикноклина повышенной плотности.
В спокойной воде первый морской лед, образующийся на поверхности, представляет собой слой отдельных кристаллов, которые первоначально имеют форму крошечных дисков, плоско плавающих на поверхности, диаметром менее 0,3 см (0,12 дюйма). Каждый диск имеет вертикальную ось С и растет наружу вбок. В определенный момент такая форма диска становится нестабильной, и растущие изолированные кристаллы принимают шестиугольную звездчатую форму с длинными хрупкими рукавами, вытянутыми над поверхностью. Эти кристаллы также имеют вертикальную ось c. Дендритные ветви очень хрупкие и вскоре ломаются, оставляя смесь дисков и фрагментов рук. При любом виде турбулентности в воде эти фрагменты далее распадаются на мелкие кристаллы произвольной формы, которые образуют взвесь возрастающей плотности в поверхностной воде, тип льда, называемый жидким или жирным льдом . В спокойных условиях кристаллы шлама вскоре смерзаются, образуя сплошной тонкий слой молодого льда; на ранних стадиях, когда он еще прозрачен – это лед, называемый нилас . После того, как нилас сформировался, происходит совершенно другой процесс роста, при котором вода замерзает на дне существующего ледяного щита, процесс, называемый ростом замерзания . В результате этого процесса роста образуется однолетний лед.
В бурной воде свежий морской лед образуется в результате охлаждения океана по мере потери тепла в атмосферу. Самый верхний слой океана переохлаждается до температуры немного ниже точки замерзания, в это время образуются крошечные ледяные пластинки (разбитый лед). Со временем этот процесс приводит к образованию мягкого поверхностного слоя, известного как жирный лед . Образование хрупкого льда также может начаться из-за снегопада , а не из-за переохлаждения. Затем волны и ветер сжимают эти частицы льда в более крупные пластины диаметром несколько метров, называемые блинами льда . Они плавают на поверхности океана и сталкиваются друг с другом, образуя перевернутые края. Со временем пластины блинного льда могут сами натянуться друг на друга или смерзнуться вместе в более прочный ледяной покров, известный как консолидированный блинный лед. Такой лед имеет очень шероховатый вид сверху и снизу.
Если на морской лед выпадает достаточное количество снега, чтобы опустить надводный борт ниже уровня моря, туда потечет морская вода и образуется слой льда из смеси снега и морской воды. Это особенно распространено вокруг Антарктиды .
Русский учёный Владимир Визе (1886–1954) посвятил свою жизнь изучению арктического ледяного покрова и разработал « Теорию научного предсказания ледовых условий» , за что получил широкое признание в академических кругах. Он применил эту теорию в полевых условиях в Карском море , что привело к открытию острова Визе .
Годовой цикл замерзания и таяния определяется годовым циклом солнечной инсоляции, температуры океана и атмосферы, а также изменчивостью этого годового цикла.
В Арктике площадь океана, покрытая морским льдом, увеличивается зимой от минимума в сентябре до максимума в марте, а иногда и в феврале, а затем тает летом. В Антарктике, где времена года меняются местами, годовой минимум обычно приходится на февраль, а годовой максимум — на сентябрь или октябрь, а наличие морского льда, примыкающего к фронтам откалывания шельфовых ледников, как было показано, влияет на поток ледников и, возможно, на стабильность Антарктический ледниковый покров . [13] [14]
На рост и скорость таяния также влияет состояние самого льда. Во время роста утолщение льда из-за замерзания (в отличие от динамики) само по себе зависит от толщины, поэтому рост льда замедляется по мере его утолщения. [5] Аналогично, во время таяния более тонкий морской лед тает быстрее. Это приводит к разному поведению многолетнего и однолетнего льда. Кроме того, талые пруды на поверхности льда во время сезона таяния снижают альбедо , так что поглощается больше солнечной радиации, что приводит к обратной связи, при которой таяние ускоряется. На наличие талых прудов влияет проницаемость морского льда (т. е. возможность стекания талой воды) и топография поверхности морского льда (т. е. наличие естественных бассейнов, в которых могут образовываться талые пруды). Однолетний лед более плоский, чем многолетний, из-за отсутствия динамической торосистости, поэтому пруды, как правило, имеют большую площадь. У них также более низкое альбедо, поскольку они находятся на более тонком льду, который блокирует меньше солнечной радиации от достижения темного океана внизу. [15]
Изменения состояния морского льда лучше всего демонстрируются скоростью таяния с течением времени. Комплексные данные об арктических льдах показывают, что отступление льдин началось примерно в 1900 году, а в последние 50 лет началось более быстрое таяние. [16] Спутниковое исследование морского льда началось в 1979 году и стало гораздо более надежным показателем долгосрочных изменений морского льда. По сравнению с расширенными данными, протяженность морского льда в полярном регионе к сентябрю 2007 г. составляла лишь половину зарегистрированной массы, которая, по оценкам, существовала в период 1950–1970 гг. [17]
Протяженность морского льда в Арктике достигла рекордно низкого уровня в сентябре 2012 года, когда было установлено, что лед покрывает только 24% Северного Ледовитого океана, компенсируя предыдущий минимум в 29% в 2007 году. Прогнозы того, когда первая «свободная ото льда» Арктика лето может произойти по-разному.
Протяженность морского льда Антарктики постепенно увеличивалась в период спутниковых наблюдений, начавшихся в 1979 году, до быстрого сокращения в южном полушарии весной 2016 года.
Морской лед обеспечивает экосистему для различных полярных видов, особенно для белого медведя , чья окружающая среда находится под угрозой, поскольку глобальное потепление приводит к еще большему таянию льда по мере повышения температуры на Земле. Кроме того, сам морской лед помогает поддерживать прохладу в полярном климате, поскольку лед существует в достаточно больших количествах, чтобы поддерживать холодную окружающую среду. При этом связь морского льда с глобальным потеплением носит циклический характер; лед помогает поддерживать прохладный климат, но по мере повышения глобальной температуры лед тает и становится менее эффективным в сохранении холода в этом климате. Яркая, блестящая поверхность ( альбедо ) льда также играет роль в поддержании более низких полярных температур, отражая большую часть падающего на него солнечного света обратно в космос. По мере таяния морского льда площадь его поверхности уменьшается, уменьшая размер отражающей поверхности и, следовательно, заставляя Землю поглощать больше солнечного тепла. По мере таяния льда альбедо снижается, что приводит к поглощению большего количества тепла Землей и дальнейшему увеличению количества тающего льда. [18] Хотя на размер льдин влияет время года, даже небольшое изменение глобальной температуры может сильно повлиять на количество морского льда, а из-за сокращения отражающей поверхности, которая сохраняет океан прохладным, это вызывает циклический цикл льда. сокращение и повышение температуры. В результате полярные регионы являются наиболее подверженными изменению климата местами на планете. [5]
Кроме того, морской лед влияет на движение океанских вод. В процессе замерзания большая часть соли океанской воды выдавливается из замороженных кристаллических образований, хотя некоторая ее часть остается замороженной во льду. Эта соль задерживается подо льдом, создавая более высокую концентрацию соли в воде под льдинами. Эта концентрация соли способствует увеличению плотности соленой воды, и эта холодная, более плотная вода опускается на дно океана. Эта холодная вода движется по дну океана к экватору, а более теплая вода на поверхности океана движется в направлении полюсов. Это называется « движением конвейерной ленты » и представляет собой регулярно происходящий процесс. [5]
Чтобы лучше понять изменчивость, для проведения исследований чувствительности используются численные модели морского льда . Двумя основными составляющими являются динамика льда и термодинамические свойства (см. Моделирование излучательной способности морского льда , Процессы роста морского льда и Толщина морского льда ). Для этого существует ряд компьютерных программ для моделей морского льда, включая числовой набор CICE .
Многие модели глобального климата (GCM) включают морской лед в свою схему численного моделирования, чтобы правильно уловить обратную связь лед-альбедо . Примеры включают в себя:
Проект взаимного сравнения связанных моделей предлагает стандартный протокол для изучения результатов связанных моделей общей циркуляции атмосферы и океана. Соединение происходит на границе между атмосферой и океаном, где может возникнуть морской лед.
Помимо глобального моделирования, морским льдом занимаются различные региональные модели. Региональные модели используются для экспериментов по сезонному прогнозированию и для изучения процессов .
Морской лед является частью биосферы Земли . Когда морская вода замерзает, лед пронизан заполненными рассолом каналами, которые поддерживают симпатические организмы , такие как бактерии, водоросли, копеподы и кольчатые черви, которые, в свою очередь, обеспечивают пищу таким животным, как криль, и специализированным рыбам, таким как лысый нототен , которыми они, в свою очередь, питаются. более крупными животными, такими как императорские пингвины и малые полосатики . [19]
Уменьшение сезонного морского льда ставит под угрозу выживание арктических видов, таких как кольчатая нерпа и белые медведи . [20] [21] [22]
Предполагалось, что другие элементы и соединения существуют в виде океанов и морей на внеземных планетах. Ученые , в частности, подозревают существование «айсбергов» из твердого алмаза и соответствующих им морей жидкого углерода на ледяных гигантах Нептуне и Уране . Это происходит из-за экстремального давления и тепла в ядре, которые превращают углерод в сверхкритическую жидкость . [23] [24]
._05.jpg/1280px-J%C3%A4%C3%A4_on_kulmunud_pallideks_(Looduse_veidrused)._05.jpg)
