stringtranslate.com

Торосистый хребет (лед)

Гипотетическое взаимодействие двух льдин, приводящее к образованию торосистого хребта — линейного нагромождения фрагментов морского льда.
Внутренняя структура однолетнего морского ледяного хребта, экспедиция MOSAiC , 4 июля 2020 г.

Торосистый хребет , состоящий изо льда в океанической или прибрежной среде, представляет собой линейное нагромождение фрагментов морского льда, образованное в паковом льду путем накопления в месте схождения льдин.

Такой торосистый гребень образуется в ледяном покрове в результате режима напряжений, установившегося в плоскости льда. В пределах морских ледяных пространств торосистые гребни возникают из-за взаимодействия между льдинами, [примечание 1] когда они сталкиваются друг с другом. [1] Течения и ветры являются основными движущими силами, но последний особенно эффективен, когда они имеют преобладающее направление. [2] Торосистые гребни состоят из угловатых ледяных глыб разного размера, которые нагромождаются на льдины. Часть торосистого гребня, которая находится над поверхностью воды, известна как парус , а та, что под ней, — как киль . [примечание 2] Торосистые гребни являются самыми толстыми образованиями морского льда и составляют до 30–40% от общей площади морского льда [3] и около половины общего объема морского льда. [4] Стамухи — это торосистые гребни, которые закреплены на дне и образуются в результате взаимодействия между припаем и дрейфующим паковым льдом . [5] [6] Подобно недеформированному льду, торосы давления могут быть одно-, двух- и многолетними в зависимости от того, сколько сезонов таяния им удалось пережить. Торосы могут быть образованы изо льда разного возраста, но в основном состоят из блоков тонкого и молодого льда толщиной 20–40 см. [2]

Внутренняя структура

Хотя формы торосов ледяного давления сильно различаются (которые также изменяются со временем), эта диаграмма (не в масштабе) показывает, как часто идеализируют дрейфующий торос. [7] [4]
Полевой пример хребта давления. На этой фотографии показан только парус. Киль сложнее задокументировать.
Хребет давления на Северном полюсе , экспедиция Гиссенского университета , 17 апреля 1990 г.
Хребет давления во льдах Антарктиды около базы Скотт- Бейс с линзовидными облаками в небе.
Топография дна хребта первого года, измеренная с помощью подводного многолучевого сонара во время экспедиции MOSAiC .

Блоки, составляющие торосы давления, в основном состоят из более тонкой ледяной льдины, участвующей во взаимодействии, но они также могут включать в себя куски другой льдины, если она не слишком толстая. [1] Летом хребет может подвергаться значительному выветриванию, что превращает его в гладкий холм. Во время этого процесса лед теряет свою соленость (в результате дренажа рассола и промывки талой водой). Это известно как старый хребет . [8] Полностью консолидированный хребет — это тот, основание которого подверглось полному замерзанию. [8] Термин консолидированный слой используется для обозначения замерзания обломков чуть ниже ватерлинии. [2] Существование консолидированного слоя зависит от температуры воздуха — в этом слое вода между отдельными блоками замерзает, что приводит к уменьшению пористости и увеличению механической прочности. Глубина киля ледяного тороса намного превышает высоту его паруса — обычно примерно в 3–5 раз. Киль также в 2–3 раза шире паруса. [9] Хребты обычно тают быстрее, чем ровный лед, как на поверхности [10] , так и на дне. [11] В то время как однолетние хребты тают примерно в 4 раза быстрее, чем окружающий ровный лед, [12] двухлетние хребты тают всего в 1,6 раза быстрее, чем окружающий ровный лед. [10] Морские ледяные хребты также играют важную роль в удержании талой воды в слоях талой воды под льдом, что может привести к образованию ложного дна . [13] Хребты также играют важную роль в контроле значений коэффициентов атмосферного сопротивления . [14]

Толщина и консолидация

Один из крупнейших зафиксированных торосов давления имел парус, возвышающийся на 12 м над поверхностью воды, и глубину киля 45 м. [1] Общая толщина многолетнего хребта, как сообщается, составляла 40 м. [15] В среднем общая толщина колеблется от 5 м до 30 м, [4] при средней высоте паруса, которая остается ниже 2 м. [2] Средняя глубина киля арктических хребтов составляет 4,5 м. Высота паруса обычно пропорциональна квадратному корню толщины блока хребта. Ледяные торосы в проливе Фрама обычно имеют трапециевидную форму с нижним горизонтальным сечением, покрывающим около 17% от общей ширины хребта, и со средней осадкой 7 м, [16] в то время как ледяные торосы в Чукотском море и море Бофорта имеют вогнутую форму, близкую к треугольной. [17]

Средняя толщина консолидированного слоя арктических хребтов составляет 1,6 м. Обычно хребты консолидируются быстрее, чем ровный лед из-за их изначальной макропористости. Пористость щебня хребта (или заполненная водой пустотная доля неконсолидированной части хребта) находится в широком диапазоне 10–40%. Зимой ледяные торосы консолидируются до двух раз быстрее, чем ровный лед, причем соотношение толщины ровного льда и консолидированного слоя пропорционально квадратному корню из пористости щебня хребта. [18] Это приводит к соотношению толщины консолидированного слоя и ровного льда 1,6–1,8 к концу зимнего сезона. [19] Между тем, снег над хребтами обычно примерно в три раза толще, чем над ровным льдом. [20] Иногда хребты можно найти полностью консолидированными с общей толщиной до 8 м. [21] Хребты также могут содержать от 6% до 11% массовой доли снега, что может быть потенциально связано с механизмами консолидации хребта. [22] Наблюдения за хребтом пролива Фрама показывают, что большая часть консолидации хребта происходит в весенний сезон, когда во время вторжений теплого воздуха или динамических событий снег может проникать в кили хребта через открытые разводья и увеличивать скорость консолидации хребта. [23] Эти наблюдения подтверждаются высокой долей массы снега в повторно замерзших разводьях, наблюдаемой в весенний сезон. [24] Консолидация хребта потенциально снижает уровень освещенности и пригодное для жизни пространство, доступное для организмов, что может иметь негативные экологические последствия, поскольку хребты были определены как экологические горячие точки.

Методы характеристики

Физическую характеристику гребней давления можно выполнить с помощью следующих методов: [2]

Интерес к хребтам давления

С точки зрения морской инженерии и военно-морского флота, есть три причины, по которым торосы являются предметом исследования. [4] Во-первых, самые высокие нагрузки, прикладываемые к морским сооружениям, работающим в холодных океанах, дрейфующим льдом, связаны с этими особенностями. [29] Во-вторых, когда торосы дрейфуют в более мелководные районы, их киль может соприкасаться с морским дном, тем самым представляя риск для подводных трубопроводов (см. Выпахивание морского дна льдом ) и других донных сооружений. В-третьих, они оказывают значительное влияние на навигацию. В Арктике торосистый лед составляет около 40% от общей массы морского льда. [9] [3] Однолетние торосы с большой макропористостью важны для связанных со льдом симпагических сообществ и определены как потенциальные экологические горячие точки и предложены в качестве убежищ для связанных со льдом организмов. [30]

Смотрите также

На Викискладе есть медиафайлы по теме Торосистый хребет (лед) .

Примечания

  1. ^ Льдина — это отдельный кусок морского льда размером более 20 м (66 футов).
  2. ^ Эти термины также применяются к любым плавучим ледяным образованиям, таким как айсберги .

Ссылки

  1. ^ abc Weeks, WF (2010) О морском льду . Издательство Университета Аляски, Фэрбанкс, 664 стр.
  2. ^ abcde Strub-Klein, L. & Sudom, D. (2012). Комплексный анализ морфологии торосов однолетнего морского льда. Cold Regions Science and Technology, 82, стр. 94–109.
  3. ^ ab Hansen, E., Ekeberg, O. ‐C., Gerland, S., Pavlova, O., Spreen, G., Tschudi, M. (2014), Изменчивость категорий арктического морского льда в проливе Фрама, Американский геофизический союз (AGU)
  4. ^ abcd Леппяранта, М. (2005). Дрейф морского льда. Springer-Verlag, Нью-Йорк, 266 стр.
  5. ^ Barnes, PW, D., McDowell & Reimnitz, E. (1978). Характеристики ледового пропахивания: их меняющиеся закономерности с 1975 по 1977 год, море Бофорта, Аляска. Министерство внутренних дел США, Геологическая служба, открытый отчет 78-730, Менло-Парк, США, 42 стр.
  6. ^ Огородов С.А. и Архипов В.В. (2010) Размыв дна Каспийского моря торосистыми льдинами. Доклады наук о Земле, 432, 1, стр. 703-707.
  7. ^ Timco, GW & Burden, RP (1997). Анализ форм морских ледяных хребтов. Cold Regions Science and Technology, 25, стр. 65-77.
  8. ^ ab http://nsidc.org/cryosphere/seaice/index.html Архивировано 28 октября 2012 г. на Wayback Machine .
  9. ^ ab Wadhams, P. (2000). Лед в океане. Gordon and Breach Science Publ., Лондон, 351 стр.
  10. ^ ab Perovich, Donald K.; Grenfell, Thomas C.; Richter-Menge, Jacqueline A.; Light, Bonnie; Tucker, Walter B.; Eicken, Hajo (2003). "Тонче и тоньше: измерения баланса массы морского льда во время SHEBA". Journal of Geophysical Research: Oceans . 108 (C3). Американский геофизический союз (AGU). doi : 10.1029/2001jc001079 . ISSN  0148-0227.
  11. ^ ab Amundrud, TL (2004), «Геометрические ограничения на эволюцию торосистого морского льда», Журнал геофизических исследований
  12. ^ Салганик, Евгений; Ланге, Бенджамин А.; Катлейн, Кристиан; Матеро, Илкка; Анхаус, Филипп; Муйлвейк, Морвен; Хёйланд, Кнут В.; Гранског, Матс А. (2023-11-20). «Наблюдения за преимущественным летним таянием килей арктических морских ледовых торосов по результатам повторных многолучевых гидролокационных съемок». Криосфера . 17 (11). Copernicus GmbH: 4873–4887. doi : 10.5194/tc-17-4873-2023 . ISSN  1994-0424.
  13. ^ Салганик, Евгений; Кэтлейн, Кристиан; Ланге, Бенджамин А.; Матеро, Илкка; Лей, Руибо; Фонг, Эллисон А.; Фонс, Стивен В.; Дивайн, Дмитрий; Огиер, Марк; Кастеллани, Джулия; Боццато, Дебора; Чемберлен, Эмилия Дж.; Хоппе, Клара Дж. Мюллер, Оливер; Гарднер, Джесси.; Ринке, Аннет; Перейра, Патрик Симойнс; Ульфсбо, Адам; Марсей, Крис; Вебстер, Мелинда А.; Маус, Сёнке; Хёйланд, Кнут В.; Гранског, Матс А. (2023). «Временная эволюция подледных слоев талой воды и ложного дна и их влияние на летний баланс массы арктического морского льда». Elementa: Science of the Anthropocene . 11 (1). дои : 10.1525/elementa.2022.00035 . HDL : 10037/30456 .
  14. ^ Мчедлишвили, Александр; Люпкес, Кристоф; Петти, Алек; Цамадос, Мишель; Шпреен, Гуннар (2023-09-21). «Новые оценки коэффициентов нейтрального сопротивления панарктического морского льда и атмосферы по данным о высоте ICESat-2». Криосфера . 17 (9). Copernicus GmbH: 4103–4131. doi : 10.5194/tc-17-4103-2023 . ISSN  1994-0424.
  15. ^ Джонстон, М., Мастерсон, Д. и Райт, Б. (2009). Толщина многолетнего льда: известное и неизвестное. Труды 20-й Международной конференции по портовому и морскому строительству в арктических условиях (POAC), Лулео, Швеция.
  16. ^ Экеберг, Оле-Кристиан; Хёйланд, Кнут; Хансен, Эдмонд (январь 2015 г.). «Геометрия и форма киля ледяного хребта, полученные на основе данных гидролокатора, направленного вверх, за один год в проливе Фрама». Наука и технологии холодных регионов . 109 : 78–86. doi : 10.1016/j.coldregions.2014.10.003 . ISSN  0165-232X.
  17. ^ Мецгер, Эндрю Т.; Махони, Эндрю Р.; Робертс, Эндрю Ф. (23 декабря 2021 г.). «Средняя форма килей морского ледяного хребта». Geophysical Research Letters . 48 (24). doi : 10.1029/2021GL095100 . eISSN  1944-8007. ISSN  0094-8276.
  18. ^ Леппяранта, М., Хакала, Р. (1992), «Структура и прочность однолетних ледяных торосов в Балтийском море», Cold Regions Science and Technology
  19. ^ Салганик, Э., Хёйланд, К.В., Маус, С. (2020), «Консолидация свежих ледяных торосов для разных масштабов», Cold Regions Science and Technology
  20. ^ Иткин, П., Хендрикс, С., Вебстер, М., Альбедилл, Л. фон, Арндт, С., Дивайн, Д., Джагги, М., Оггиер, М., Рафаэль, И., Рикер, Р., Роде, Дж., Шнеебели, М., Листон, GE (2023), «Характеристики морского льда и снега по годичным трансектам в Центральной обсерватории MOSAiC», Elementa: Science of the Anthropocene
  21. ^ Марченко, А. (2022), Термогидродинамика обломков морского льда, Springer International Publishing
  22. ^ Ланге, БА, Салганик, Э., Макфарлейн, А., Шнеебели, М., Хойланд, К., Гарднер, Дж., Мюллер, О., Дивайн, Д.В., Кольбах, Д., Катлейн, К., Гранског, МА (2023), «Вклад таяния снега в баланс массы арктического однолетнего ледяного хребта и быстрая консолидация во время летнего таяния», Элемента: Наука об антропоцене
  23. ^ Salganik, E; Lange, BA; Itkin, P; Divine, D; Katlein, C; Nicolaus, M; Hoppmann, M; Neckel, N; Ricker, R; Høyland, KV; Granskog, MA (2023). «Различные механизмы консолидации арктического морского льда первого года, наблюдаемые во время экспедиции MOSAiC». Elem Sci Anth . 11 (1). University of California Press. doi : 10.1525/elementa.2023.00008 . hdl : 10037/29890 . ISSN  2325-1026.
  24. ^ Clemens-Sewall, D; Polashenski, C; Frey, MM; Cox, CJ; Granskog, MA; Macfarlane, AR; Fons, SW; Schmale, J; Hutchings, JK; von Albedyll, L; Arndt, S; Schneebeli, M; Perovich, D (2023-06-23). ​​«Потери снега в свинцах в арктическом морском льду: минимальные в типичных зимних условиях, но высокие во время теплого и ветреного снегопада». Geophysical Research Letters . 50 (12). Американский геофизический союз (AGU). doi : 10.1029/2023gl102816 . ISSN  0094-8276.
  25. ^ Леппяранта, М., Ленсу, М., Кослофф, П., Вейтч, Б. (1995), «История жизни однолетнего морского ледяного хребта», Cold Regions Science and Technology
  26. ^ Харитонов, В.В. (2008), «Внутреннее строение ледяных торосов и стамух по данным термического бурения», Cold Regions Science and Technology
  27. ^ Салганик, Э., Хёйланд, КВ, Шестов, А. (2021), «Эксперимент среднего масштаба по консолидации искусственного морского ледяного хребта в Ван-Мейен-фьорде, Шпицберген», Cold Regions Science and Technology
  28. ^ Иткин, П., Хендрикс, С., Вебстер, М., Альбедилл, Л. фон, Арндт, С., Дивайн, Д., Джагги, М., Оггиер, М., Рафаэль, И., Рикер, Р., Роде, Дж., Шнеебели, М., Листон, GE (2023), «Характеристики морского льда и снега по годичным трансектам в Центральной обсерватории MOSAiC», Elementa: Science of the Anthropocene
  29. ^ Эрвик, Осе; Норд, Тородд С.; Хёйланд, Кнут В.; Самарджия, Илия; Ли, Хонгтао (2019). «Взаимодействие ледяного хребта с маяком Норстрёмсгрунд: глобальные силы и режимы взаимодействия». Наука и технологии холодных регионов . 158 : 195–220. doi : 10.1016/j.coldregions.2018.08.020 . ISSN  0165-232X.
  30. ^ Fernández-Méndez, M., Olsen, LM, Kauko, HM, Meyer, A., Rösel, A., Merkouriadi, I., Mundy, CJ, Ehn, JK, Johansson, AM, Wagner, PM, Ervik, Å., Sorrell, BK, Duarte, P., Wold, A., Hop, H., Assmy, P. (2018), «Горячие точки водорослей в изменяющемся Северном Ледовитом океане: хребты морского льда и интерфейс снег-лед», Frontiers in Marine Science