Лёд: классификация, температура, свойства, применение
Лёд – это вода в твердом агрегатном состоянии. Мы часто встречаем его в повседневной жизни: в холодное время лёд сковывает реки и лужи, появляется в виде ледяных узоров на окнах, сосульках на крышах. Мы можем приготовить его в любое время в холодильнике.
Лёд выполняет важную роль на Земле: участвует в круговороте воды в природе, снабжает нашу планету огромным объёмом пресной воды и сдерживает глобальный уровень воды в мировом океане.
Не только вода подвергается замораживанию. Поэтому название «лёд» получили и другие вещества. Например, существует сухой, аммиачный, метановой.
В данной статье мы подробно остановимся на природном кристаллический льде, который получается при замерзании воды. Рассмотрим: уникальные свойства, температуру, плотность, формулу и разновидности льда, которые создаются в лабораторных условиях при разном давлении и температуре.
Что такое лёд
Лёд – (вода в твердом агрегатном состоянии), твердое тело, образующееся из воды при понижении ее температуры до нуля и ниже. Образование происходит в результате кристаллизации – изменения состояния молекулярной решетки. Химическая формула — H2O. Рассмотрим строение молекулы на изображении № 1.
Кристаллическая структура напоминает структуру алмаза. Каждая молекула Н2О связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя.
Лёд в природе
Изучением природных льдов во всех разновидностях на поверхности Земли, атмосфере, гидросфере, литосфере занимается наука – Гляциология.
Рассмотрим подробнее основные виды льда:
Атмосферный
Образуется в атмосфере и на земной поверхности. Выпадает на Землю в виде осадков: снега, инея, града. Также может образовать ледяные облака и туман.
Ледниковый (глетчерный)
Образуется в результате накопления и его последующего преобразования в ледяную массу. Ледники занимают 11 процентов суши. Наибольшая часть ледников расположены в Антарктиде. Самый известный шельфовый ледник Его площадь превышает 500 тыс. км2, а толщина льда достигает 700 м.
Подземный
Находится в верхней части земной коры. Основная масса находится в Северном полушарии. По подсчетам ученых запасы достигают от 0,3 до 0,5 млн км3
Морской
Образуется в море, океане при замерзании воды. Различают следующие виды:
По форме айсберги бывают столообразные и пирамидальные. Часто достигают гигантских размеров. Площадь гигантов уменьшается прогрессивно по мере их продвижения в более низкие широты.
Космический
Ледяной покров можно встретить в солнечной системе: на планетах, спутниках, кометах.
Температура
На Земле практически весь лёд относится к одному виду, названному «обычный кристаллический» или по-научному — лёд Ih.
Кристаллический лёд (Ih) образуется при t от 0 °C и ниже, соленая вода замерзает при t 1,9 °C. При нагревании тает и снова превращается в воду.
Существуют другие виды льда, созданные в экспериментальных условиях. Для них соответствует своя температура и давление. Рассмотрим изображении № 3.
Плотность
Уникальные свойства молекулы воды позволяют ей трансформироваться в разные агрегатные состояния: жидкое, твердое, газообразное. Молекула льда, как и жидкой воды, имеет один и тот же состав.
Одна молекула состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.
Плотность льда (р-0,917 г/см3), жидкой воды (р-0,9982 г/см3)
Рассмотрим различия в строении молекулы на изображении № 4.
В кристалле льда между молекулами воды остаются пустоты. Объем пустот чуть больше, чем размер отдельной молекулы воды. Поэтому он имеет наименьшую плотность.
Таким образом, образующийся зимой ледяной покров не тонет, а плавает на поверхности воды, так как его плотность меньше плотности жидкой воды.
Иначе все водоемы зимой наполнились бы льдом, и в них не могли бы существовать живые организмы. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замерзании.
Физические свойства льда
Виды и фазы
В настоящее время науке известны следующие разновидности и фазы. Подробная информация предоставлена на изображении № 3.
Получение
В современном мире получение льда – процесс доступный. Достаточно взять любую емкость, наполненную водой, поставить на время в морозилку и получить твердое состояние воды.
Ледяной покров появляется при замерзании воды, при температуре от 0°C и ниже. Замерзание начинается с верхнего слоя. В ней образуются микроскопические ледяные иголочки, которые затем смерзаются между собой.
Применение
Лед имеет широкий спектр применения в разных сферах жизнедеятельности:
7 интересных фактов
Подведём итоги
Лед – одно из уникальных явлений природы на Земле. Он всегда приковывал к себе пристальное внимание. Ученые постоянно проводят исследования в данной области, открывая новые фазы и виды.
Вода на Земле существует в трех агрегатных состояниях: жидком — это ее преимущественное состояние, твердое (лед), газообразное (водяной пар). Благодаря этому происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле.
Лёд – твердое состояние воды, его свойства, классификация, формы и фото …
Лёд – хорошо знакомое для большинства из нас вещество. Он всегда вокруг нас в зимнюю пору. В быту мы часто пользуемся его уникальными свойствами …
Лёд — что это …
Лёд — это твёрдое состояние воды. Он образуется при понижении температуры воды ниже 0 градусов по Цельсию. Эта температура называется температурой Кристаллизации воды. Лёд, как и снег, состоит из кристаллов льда, с формами которых вы можете ознакомиться в нашей статье Снег кружится.
Приведем ещё несколько определений.
Большой Энциклопедический словарь
Большой Энциклопедический словарь. 2000
Морской словарь
Лед (Ice) — вода в твердом состоянии. Обыкновенный лед легче воды, удельный вес при 0° — 0,9175. Сто объемов Льда образуются из 92 объемов воды, этим объясняется разрушительное действие воды при замерзании в закрытых сосудах, трубопроводах, отсеках и т. п.
Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941
Словарь по географии
Лед — Твердая форма воды, образуемая в природе путем замерзания воды на реках, озерах и морях, конденсации атмосферного водяного пара в ледяные кристаллы, уплотнения снега и т.п.
Словарь по географии. 2015
Свойства льда — свойства воды в твердом состоянии
В результате процесса образования льда – кристаллизации воды, выделяется некоторое количество газов и солей. Это свойство используется для очистки питьевой воды, подробно про это мы писали в материале ТАЛАЯ ВОДА, ПРИГОТОВЛЕНИЕ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ → .
Лёд имеет меньшую плотность чем жидкая вода, поэтому он и не тонет. Это свойство относится к аномальным. Поскольку, как правило, большинство веществ, в твердом состоянии имеет большую плотность. Меньшая плотность льда говорит о том, что вода при замерзании увеличивается в объеме. Этот факт необходимо учитывать в быту. Например, если замерзнет водопровод, то образовавшийся в процессе этого лёд может «порвать» трубы.
Свойства воды в твёрдом состоянии как таковые мы уже рассматривали и в других наших материалах — ЛЕДНИК — ХРАНИТЕЛЬ ПРЕСНОЙ ВОДЫ → , БЕЛЫЕ СНЕЖИНКИ НА НОВЫЙ ГОД → , СНЕГ КРУЖИТСЯ → . Тем не менее ещё раз перечислим главные из них ниже.
Виды льда — классификация льдов
Формы льда в природе
В природе встречается несколько проявлений воды в твёрдом состоянии.
Ледостав и поведение на тонком льду
Природное явление образования твердого ледового покрова на поверхности водоемов само по себе удивительно и связано прежде всего со свойствами воды – уникальной жидкости. Так вот, при плюсовой температуре все молекулы воды в каком-то объеме связаны между собой в бесконечные цепочки, поэтому в данном состоянии жидкость представляет из себя аморфное соединение с характерными свойствами. Однако, когда вода охлаждается ниже определенного температурного значения, начинается льдообразование – по сути это означает, что происходит разрыв цепочек воды на отдельные молекулы с распределением их в кристаллическую решетку. Вода из жидкого переходит в твердое агрегатное состояние – в лед, плотность которого заметно меньше плотности воды, поэтому лед имеет положительную плавучесть и может выдерживать значительную внешнюю нагрузку, которая тем больше, чем толще и однороднее ледовый покров.
Становление льда, или перволедье, практически никогда не проходит по идеальному с точки зрения физики сценарию. Часто бывает так, что наблюдается по нескольку коротких периодов образования временного ледового покрытия, которое, не достигнув достаточной прочности, размывается затем дождями, ослабляется сырыми туманами и разбивается ветром. В лучшем случае период перволедья может быть и очень коротким – одна-две тихие ночи с крепким морозом. Кроме того, само перволедье, если оно уже сложилось, можно условно разделить на некие фазы: перволедок (тонкий, но уже не разрушающийся ледок), крепкий хотя бы местами лед и надежный лед, сплошь покрывший некоторые водоемы и везде пригодный для рыбалки. Ясно, что не только на разных водоемах, но даже на одном эти фазы разнесены и по времени, и по акватории, порой значительно. Поэтому, планируя первые выходы на лед, нужно хорошо представлять, что происходит на том или ином водоеме в зависимости от его типа и от сложившейся погодной ситуации. Такие знания даются только благодаря ежегодным наблюдениям и сравнительному анализу.
Теперь подробнее о тех природных процессах, которые ведут к образованию на поверхности воды льда, и о его свойствах, обусловленных качеством самой воды и рядом внешних факторов. Самое главное тут – конвективный теплообмен между двумя средами, водой и воздухом, происходящий на границе раздела. Вода, являясь очень емким аккумулятором тепла, к концу летнего сезона оказывается гораздо более нагретой, чем атмосфера вблизи поверхности земли. Воздух, как менее плотный, а потому не такой энергоемкий, быстро остывает из-за ставших длинными ночей и удаления планеты от светила с изменением интенсивности и наклона солнечных лучей к поверхности. И чем ниже опускается температура воздуха, тем быстрее происходит теплообмен с водой.
Когда поверхностный слой воды охладится до температуры плюс 4 градуса, при которой эта жидкость скачком становится максимально плотной, она, практически не перемешиваясь, опустится вниз, вытесняя вверх теплую и более легкую воду. Таким образом происходит вертикальная циркуляция и очень медленное перемешивание всей толщи воды. Этот процесс конвекции постепенно затухает по мере приближения общей температуры к 4 градусам, но совсем никогда не прекращается – донные слои постоянно получают тепло от ложа водоема, которое зимой всегда несколько теплее воды, иначе бы водоемы промерзли до дна, а лед бы нарастал и сверху, и снизу, что обычно происходит в климатических зонах с вечной мерзлотой.
Когда основная масса воды примет температуру 4 градуса, начинается ее дальнейшее охлаждение до 0 градусов – это точка перехода дистиллированной воды в кристаллическое состояние, то есть точка замерзания. Переохлаждение ниже 0 градусов приводит к образованию льда.
В реальности в различных водоемах вода представляет собой некий раствор из солей и микровзвесей, отличающийся по составу, что обычно снижает температуру, необходимую для становления льда, и для разных водоемов эта температура неодинаковая. Опять же, идеальной картины замерзания воды в природе не бывает, и лед каждый год встает по-разному – это зависит от погоды, которой ледостав сопровождается, а также от типа водоема: большой он или маленький, глубокий или мелководный, с течением или непроточный. На образование льда влияют также колебания уровня воды, значительные по объему теплые бытовые стоки, продолжающееся кое-где судоходство.
Если ледостав происходит в тихую морозную погоду, то лед практически равномерно покрывает весь водоем, нарастая от берегов, и прежде всего в местах мелководий. Когда процесс становления льда сопровождается сильным ветром, то образование ледяного покрова на открытых пространствах больших водоемов задерживается надолго – крутые волны ломают и уносят непрочный тонкий перволедок и сбивают его к подветренному берегу, где при достаточно сильном морозе, быстро схватывающем этот хрупкий строительный материал, может образоваться весьма толстая, но менее прочная, чем сплошной лед, широкая закраина. Другая закраина из монолитного льда будет расти от наветренного берега, и чем круче, выше этот берег, тем шире прозрачный отмосток ляжет на воду.
При затихании ветра, если не случится внезапной оттепели, эти две закраины быстро соединятся, так как хорошо перемешанная и охлажденная вода будет готова к замерзанию. Однако рыболову еще долго следует помнить: где лед встал вначале – там он толще и прочнее. Понятно, что над большими глубинами, где масса воды велика, охлаждаться она будет дольше и образование льда наступит позже, чем на мелких местах. Такая же закономерность существует при ледоставе на обширных или небольших водоемах – на первых надежный лед встанет значительно позднее и при более крепких морозах.
На реках свои особенности ледостава: из-за течения вода постоянно перемешивается по всему объему и переохлаждение наступает для всей движущейся массы, на что нужно дополнительное время, поэтому лед на реке встает несколько позже, чем на водоемах со стоячей водой. Однако вода в реках подо льдом в целом холоднее, чем на озерах и водохранилищах, и, как это ни парадоксально, дальнейший прирост льда на реке идет быстрее.
Разумеется, на сильном течении лед встает позже, чем на слабом. К тому же, после обильных осенних дождей в начале зимы на реках бывают ощутимые и достаточно резкие колебания уровня воды – обычно наблюдается его падение, связанное с уменьшением стока из притоков по причине замерзания поверхностных грунтовых вод. Это ведет к тому, что тонкий лед повисает и обламывается по берегам и течение уносит всю массу перволедка. Движущиеся льдины скапливаются в местах с обратным течением за мысами и на стрелках сбоя струй, а также на границе, где быстрый поток вливается в медленнотекущий плес. Во всех таких характерных местах образуются затем торосы, достигающие порой толщины до 3 метров – они всю зиму служат хорошим ориентиром для рыболовов при поиске рыбьих стоянок, поскольку подводные обитатели скапливаются вблизи подобных особенностей поведения речного потока, так как здесь естественным образом концентрируется корм.
Как уже было сказано выше, становление льда в начале зимы может происходить при разных внешних условиях, от чего в конечном итоге будут зависеть толщина и качество ледового покрова, а значит, и безопасность нахождения на нем.
Прежде всего, наиболее прочен чистый, монолитный лед, образовавшийся от замерзания переохлажденного верхнего слоя воды. Однако ловить рыбу с такого льда имеет смысл лишь над большой глубиной, куда доходит мало света и рыба не пуглива. Поэтому безопасным он будет при достижении толщины не менее 5 сантиметров – лишь в этом случае лед надежно выдерживает одного человека, а вот группами на нем собираться нельзя.
Прочность ледового покрова линейно увеличивается с ростом его толщины и с понижением температуры. Но тут надо представлять, что температура льда по толщине различна: вверху она равна атмосферной, а внизу – соответствует точке замерзания воды, то есть около ноля градусов. А поскольку температурный коэффициент линейного расширения льда огромен (например, в пять раз больше, чем у железа) и многие, наверное, видели, как разрываются прочные сосуды с замерзшей водой, то становится понятно, что аналогичные процессы неизбежны и со льдом на водоеме: по мере роста его толщины имеющие разную температуру слои испытывают расширяющую нагрузку как поперечного, так и продольного направления. Именно поэтому при резких потеплениях или похолоданиях лед на водоемах лопается с оглушительным грохотом и по нему разбегаются длинные трещины. Кроме того, на огромных акваториях озер и водохранилищ эти трещины, с одной стороны, вызывают образование ледовых торосов, а с другой (для компенсации) – широкие разводья, в которые можно запросто угодить, особенно после укрывающих открытую воду снегопадов.
Можно подумать, что трещины на ледовой поверхности образуются бессистемно, хаотично. Однако не все так просто, если вспомнить механизм льдообразования: в начале зимы, когда лед еще не везде одинаков по толщине, напряжения локализуются в узких зонах стыковки толстого и тонкого ледового покрова, то есть там, где мелководье резко переходит на глубину. Опытные рыболовы знают, что донные свалы, где часто держится рыба, следует искать по старым и широким, идущим обычно параллельно основному руслу трещинам. При этом глубокая сторона водоема будет определяться по близко располагающейся к обычно крутому берегу трещине, и наоборот.
Чтобы представлять, какой лед может ожидать на водоеме в начале зимы, следует знать, что его прирост в течение суток сильно зависит от температуры воздуха и уже имеющейся толщины. Это выглядит примерно так: если лед был уже около 10 сантиметров, то за следующие сутки он прибавит 4 см при морозе минус 5; 6 см – при морозе 10; 8 см – при минус 15; 9 см – при минус 20. Но если исходная толщина льда составляет, допустим, 20-30 см, то суточный прирост при тех же температурах уменьшится примерно в 3-4 раза – точнее сказать нельзя, поскольку на это влияет и качество воды.
Конечно, идеальную картину намерзания льда сильно меняет толщина имеющегося на нем снежного покрова, который выполняет как бы роль шубы. Известно, что теплопроводность (холодопроводность) снега до 30 раз меньше, чем у льда (многое зависит еще от плотности снега), поэтому при снегопадах в зависимости от их интенсивности надо вносить в расчеты соответствующую поправку.
Важно понимать по виду первого, непрочного льда, как он реагирует на нагрузку. Рыболовы с опытом говорят, что молодой лед не обманет, не подведет, а вовремя сообщит об опасности громким треском и видом трещин. Приложенная к тонкому льду нагрузка (рыболов на льду) вызывает его прогиб (деформацию) в виде чаши. При малом грузе деформация носит упругий характер, а чаша расширяется симметрично по периметру. Если нагрузка будет выше предела упругости, то начнется пластическая деформация льда и чаша прогиба станет быстрее увеличиваться в глубину, чем в ширину – это начало разрушения льда. В количественном выражении это будет выглядеть так. Для наиболее прочного прозрачного льда центральный прогиб его на глубину в 5 см трещин не вызовет; прогиб в 9 см ведет к усиленному образованию трещин; прогиб в 12 см вызывает сквозное растрескивание; при 15 см лед проваливается.
Под действием нагрузки трещины во льду возникают как радиальные – исходящие от точки приложения, так и концентрические – вокруг этой точки. Радиальные трещины лишь предупреждают о недостаточной прочности льда, что требует предельной осторожности на нем. Но если к радиальным трещинам добавляется концентрическое растрескивание, сопровождаемое характерным скрипящим звуком, нужно скользящим шагом немедленно покинуть опасный участок, в особо критической ситуации лучше лечь на лед, чтобы увеличить площадь распределения веса по поверхности, и отползти в обратном направлении. Нужно знать и другие правила поведения на тонком льду:
– ни в коем случае не ходить по нему гуськом, иначе радиальные трещины на тропе быстро прирастут концентрическими;
– не отправляться на рыбалку в одиночку;
– проверять каждый шаг на льду остроконечной пешней, но не бить ею лед перед собой – лучше сбоку;
– не подходить к другим рыболовам ближе чем на 3 метра;
– не приближаться к местам, где в лед вмерзли коряги, водоросли, воздушные пузыри;
– не ходить рядом со свежей трещиной или по участку льда, отделенному от основного массива несколькими трещинами;
– быстро покинуть опасное место, если из проделанной лунки начинает бить фонтаном вода;
– обязательно иметь средства страховки и спасения (шнур с грузом на конце, длинную жердь, широкую доску);
– не совмещать рыбалку с потреблением спиртного.
При какой температуре появляется лед
Автор Виктор На чтение 6 мин. Просмотров 1.2k. Опубликовано 07.11.2020
Лёд – это вода в твердом агрегатном состоянии. Мы часто встречаем его в повседневной жизни: в холодное время лёд сковывает реки и лужи, появляется в виде ледяных узоров на окнах, сосульках на крышах. Мы можем приготовить его в любое время в холодильнике.
Лёд выполняет важную роль на Земле: участвует в круговороте воды в природе, снабжает нашу планету огромным объёмом пресной воды и сдерживает глобальный уровень воды в мировом океане.
Не только вода подвергается замораживанию. Поэтому название «лёд» получили и другие вещества. Например, существует сухой, аммиачный, метановой.
В данной статье мы подробно остановимся на природном кристаллический льде, который получается при замерзании воды. Рассмотрим: уникальные свойства, температуру, плотность, формулу и разновидности льда, которые создаются в лабораторных условиях при разном давлении и температуре.
Что такое лёд
Лёд – (вода в твердом агрегатном состоянии), твердое тело, образующееся из воды при понижении ее температуры до нуля и ниже. Образование происходит в результате кристаллизации – изменения состояния молекулярной решетки. Химическая формула – H2O. Рассмотрим строение молекулы на изображении № 1.
Кристаллическая структура напоминает структуру алмаза. Каждая молекула Н2О связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя.
Лёд в природе
Изучением природных льдов во всех разновидностях на поверхности Земли, атмосфере, гидросфере, литосфере занимается наука – Гляциология.
Рассмотрим подробнее основные виды льда:
Атмосферный
Образуется в атмосфере и на земной поверхности. Выпадает на Землю в виде осадков: снега, инея, града. Также может образовать ледяные облака и туман.
Ледниковый (глетчерный)
Образуется в результате накопления и его последующего преобразования в ледяную массу. Ледники занимают 11 процентов суши. Наибольшая часть ледников расположены в Антарктиде. Самый известный шельфовый ледник Его площадь превышает 500 тыс. км2, а толщина льда достигает 700 м.
Подземный
Находится в верхней части земной коры. Основная масса находится в Северном полушарии. По подсчетам ученых запасы достигают от 0,3 до 0,5 млн км3
Морской
Образуется в море, океане при замерзании воды. Различают следующие виды:
По форме айсберги бывают столообразные и пирамидальные. Часто достигают гигантских размеров. Площадь гигантов уменьшается прогрессивно по мере их продвижения в более низкие широты.
Космический
Ледяной покров можно встретить в солнечной системе: на планетах, спутниках, кометах.
Температура
На Земле практически весь лёд относится к одному виду, названному «обычный кристаллический» или по-научному – лёд Ih.
Кристаллический лёд (Ih) образуется при t от 0 °C и ниже, соленая вода замерзает при t 1,9 °C. При нагревании тает и снова превращается в воду.
Существуют другие виды льда, созданные в экспериментальных условиях. Для них соответствует своя температура и давление. Рассмотрим изображении № 3.
Плотность
Уникальные свойства молекулы воды позволяют ей трансформироваться в разные агрегатные состояния: жидкое, твердое, газообразное. Молекула льда, как и жидкой воды, имеет один и тот же состав.
Одна молекула состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.
Плотность льда (р-0,917 г/см3), жидкой воды (р-0,9982 г/см3)
Рассмотрим различия в строении молекулы на изображении № 4.
В кристалле льда между молекулами воды остаются пустоты. Объем пустот чуть больше, чем размер отдельной молекулы воды. Поэтому он имеет наименьшую плотность.
Таким образом, образующийся зимой ледяной покров не тонет, а плавает на поверхности воды, так как его плотность меньше плотности жидкой воды.
Иначе все водоемы зимой наполнились бы льдом, и в них не могли бы существовать живые организмы. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замерзании.
Физические свойства льда
Виды и фазы
В настоящее время науке известны следующие разновидности и фазы. Подробная информация предоставлена на изображении № 3.
Получение
В современном мире получение льда – процесс доступный. Достаточно взять любую емкость, наполненную водой, поставить на время в морозилку и получить твердое состояние воды.
Ледяной покров появляется при замерзании воды, при температуре от 0°C и ниже. Замерзание начинается с верхнего слоя. В ней образуются микроскопические ледяные иголочки, которые затем смерзаются между собой.
Применение
Лед имеет широкий спектр применения в разных сферах жизнедеятельности:
7 интересных фактов
Подведём итоги
Лед – одно из уникальных явлений природы на Земле. Он всегда приковывал к себе пристальное внимание. Ученые постоянно проводят исследования в данной области, открывая новые фазы и виды.
Вода на Земле существует в трех агрегатных состояниях: жидком – это ее преимущественное состояние, твердое (лед), газообразное (водяной пар). Благодаря этому происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле.
Список литературы
Как образуется лёд?
На водоёмах области тонкий слой льда может образоваться уже за несколько холодных ночей. Но это происходит не сразу – сначала должна остыть вся вода в водоёме. Из-за высокой удельной теплоёмкости воды это происходит не сразу. Охлаждённые поверхностные водные слои из-за своей более высокой плотности, по сравнению с более тёплыми, опускаются на дно, а тёплые снизу подымаются. И до тех пор пока вся вода не охладится – льда не будет. Температура придонных слоёв в итоге, после образования льда, получается около +4 градусов, а слоёв непосредственно примыкающих к льду – около 0 градусов. Первоначально лёд образуется снизу: верхние слои льда промерзают на холоде до минуса и как только холод дойдёт до границы льда с водой – тут же начинается новое льдообразование.
Поскольку плотность льда ниже плотности воды, то несжимаемая вода давит снизу на лёд и он трескается. Трещины заполняются водой, которая сразу замерзает. В итоге, ледяной панцирь, расширяясь, наползает на берег, образуя торосы. Так что даже в лютый мороз можно попасть ногой( колесом) в ещё незамёрзшую трещину :))
По моим многолетним наблюдениям, лёд, намёрзший таким образом, на наших водоёмах почти никогда не превышает 20см. Дальнейшее его утолщение происходит только из-за оттепелей – замерзания растаявшего снега. В итоге суммарная толщина может достигнуть, в зависимости от величины водоёма, 70-100см. Ледобур мой, иногда, по ручку входит и приходится добуривать стоя на коленях 🙂
Самый прочный это первый, прозрачный лёд. Лёд из замороженого снега – мутный, белый и слабее первого в 1,5 раза. Не бойтесь ступать на прозрачный, тёмный – бойтесь белого, мутного.
Считается, что человека уже выдерживает 4-х сантиметровый лёд, машину – 10см, танк – 25-30см 🙂 Но помните, что при плюсовой температуре лёд слабее такого же при минусовой в 2 раза. Особенно плохо, когда вода сверху тонкого льда – он ещё больше тает.
Я лично считаю, что можно безбоязненно выходить только на 10см т.к. наверняка найдётся место на озере, где толщина меньше 10см( ключи и т. п.)
Если на льду толстый слой снега, то это препятствует дальнейшему льдообразованию и даже в сильный мороз можно выйти на лесное озеро, с которого снег никуда не сдувается, а только накапливается, и провалиться. Также надо учесть, что большой слой снега давит сверху на лёд и он, трескаясь, выпускает воду. Под снегом на таком озере почти всегда вода. Яркий пример – озеро Фигурное(Верхолино) в Орехово. Прошлой зимой под полуметровым и более слоем снега там было 10-15см льда. На крупных озёрах вода под снегом по краям, на мелких – и в центре. Ножки уж точно промочите 🙂
На внутренних водоёмах сейчас, после заморозков, ходить( ездить) можно почти везде. Исключение – большие озёра, такие как Отрадное, Глубокое, Суходольское, Вуокса. В Отрадном и Глубоком лёд разной толщины, на Суходольском – течение, на Вуоксе – ключи. На Финский залив соваться совсем не советую. На Ладоге можно кататься и ходить только в район Чёрного-Леднёво. Это сейчас.
Опасное место на Ладоге – Кокорево-Краськово – даже не заметите, как понесёт на экскурсию на Валаам :)) Очень опасное место – юг Финского залива, особенно район Лебяжьего – Красной Горки – там из-за постоянного течения ломает лёд всегда и любой толщины и ветром вас унесёт в глухую тёмную ночь 🙂 В Маркизовой луже( залив до дамбы) скоро можно спокойно кататься, но не по фарватеру, где суда ходят.
Откалывается вначале очень большая льдина (несколько кв. км) – сразу и не заметите. Потом волны её быстро ломают на кусочки и на следующий день, если переживёте ночь, вам от льдины останется 15-20 кв.м. 🙂
Лёд любой толщины на наших водоёмах исчезает к концу апреля. Таяние начинается в начале апреля – у берегов, в районе камышей. Стало быть в начале зимы лёд у берега самый прочный, весной он же – самый слабый. Солнце начинает подогревать белую поверхность льда, лёд становится ноздреватый, шершавый. Более тёмные предметы (камыши) прогреваются больше и лёд вокруг них тает. Весной также талая (более тёплая, чем подо льдом) вода стекает с берегов в озёра и тоже подмывает лёд. В результате весной получается, что в центре припай ещё есть, а по берегам уже вода.
Как спасаться, если провалился?
Вначале слабый лёд только трещит. В этом случае нельзя подымать ноги, надо двигаться скользя. Это естественно – ведь если поднимаешь ногу, то другая нога держит вес всего тела – на лёд нагрузки больше. Если лёд всё ж продолжает трещать, то надо ложиться на брюхо и ползти.
Три года назад я в новогоднюю ночь прополз таким образом на животе всё Полянское озеро поперёк (это около 2км). Это заняло 3 часа, на льду был мокрый снег с водой. Выхода не было – кратчайшее расстояние до автобусной остановки к Каннельярви, вокруг никак не обойти. Хотя с утра тогда было холодно и лёд по дороге туда держал спокойно, к вечеру резко потеплело и пошёл дождь со снегом. Но я всё ж выбрался и успел к новогоднему столу : ))
Если провалился с великом – скажи ему прощай и спасайся сам 🙂 Естественно, паниковать не надо. Вода, конечно, ледяная, но холод сразу не чувствуется и, опершись за края пролома можно спокойно обдумать план спасения. Перво-наперво нельзя сразу же грудью наползать на лёд – он будет ломаться, как перед ледоколом. Барахтаясь, ты только увеличиваешь размеры промоины, теряешь силы и способствуешь более быстрому охлаждению организма, судорогам и скорому концу 🙂 Если проём достаточно велик, то надо, уцепившись руками за один край дыры, всплыть и попытаться раздвинутыми в стороны ногами уцепиться за противоположный край. Далее, упираясь руками и ногами, поднять туловище из воды и боком, как человек-паук, отползти в сторону от полыньи. Ползти надо туда, где был до проваливания – там ведь лёд ещё держал. Вставать на ноги пока нельзя, лучше ползком – на лёд нагрузки меньше. Ну и потом обратно по своим следам. Совсем забыл – к провалившемуся подходить нельзя, только ползком и только бросать верёвку.
Вроде всё написал, что хотел. Надеюсь, что моя “инструкция по применению” вам не пригодится. В любом случае можете сказать мне спасибо – ведь писал я её больше двух часов 🙂
Неоднократный призер соревнований
по спортивному рыболовству,
веломеханик и краеевед
«Лёд – это замороженная вода» – истина, известная каждому человеку. Ситуация обоюдоострая, поскольку вода также может быть растаявшим льдом. Если брать за основу подтвержденное знание о реальных ледниковых периодах в истории Земли, то можно предположить, что все воды – это растаявшие ледники. К тому же, вода и лёд имеют одну химическую запись: H2O. Даже определение льда однозначно – вода в твердом агрегатном состоянии.
Плотность меньше плотности воды – и это одна из важных загадок природы. Вода в твердом состоянии намного легче, чем в текучем, что попирает физические явления. Впрочем, это единственное исключение из правил.
Структура
Замерзание и таяние – процесс самостоятельной очистки воды. Природный лёд, как правило, значительно чище воды. Растущие кристаллы создают собственную решетку, вытесняя посторонние примеси обратно в жидкость.
Кристаллическая решетка напоминает соты или даже структуру драгоценного камня. Каждая молекула окружена другими, в результате формируется водородная связь. Отсюда и сетчатая структура, что приводит к понижению плотности. Известно 14 видов замершей воды. Большинство отличающихся структур образуются только при экстремально низких температурах. Потому и не встречаются на Земле, а лишь в Космосе.
Лёд оказывает большое влияние на условия существования флоры, фауны и даже деятельность человека. Именно он образует на воде плавучий покров, своеобразно защищая подводную жизнь от гибели.
Благодаря свой структуре, кристаллизованный лёд способен сохранять информацию обо всем, включая флору и фауну (он просто её замораживает), также данные о том, при каких условиях произошло замерзание. На это влияют слоистая структура льда. Именно так удалось выявить ДНК мамонтов, к примеру. Слои ледников детектируются разными годами и даже эпохами. Так было выяснено, что теплыми годами для Арктики были 1550 и 1930.
Молекулы льда кристаллизуются в форме двойной спирали при воздействии низких минусовых температур и высокого давления. При таких условиях ледяной кристалл напоминает структуру ДНК.
Происхождение
Лёд образуется на поверхности воды, сковывая её течение при понижении температуры воздуха. Начальная температура льда всего 0°С – этого достаточно, чтобы начали появляться иголки, которые образуют кристаллизованную чашу. То есть в основе происхождения льда лежит вода и минусовая температура.
Существует несколько районов на Земле, где в слоях залегает вечная мерзлота. Грунтовый лёд в таких местах оттаивает лишь на незначительную глубину. Ниже встречается подземный лёд, который также имеет два вида: современный и ископаемый. 10% процентов планеты покрыто ледниковым льдом. А на поверхности морей и океанов образуется морской лёд – но не везде, существует пресноводный вид и множество других. Все они имеют различное происхождение, в зависимости от типа воды.
Фазы льда
Достоверно неизвестно точное количество фаз льда. На сегодняшний день выявлено всего 14 основных разновидностей, некоторые из которых являются внеземными.
Кроме того, ведутся исследования в других фазах. Основное отличие заключается именно в химической структуре и условиях для образования льдов.
Классификация
Разновидности льда характеризуют сразу по нескольким признакам: форма, возраст, происхождение, подвижность и ряду других.
По происхождению бывают следующими:
Процесс образования достаточно прост: морские – в море, речные – в реках, могут выносить потоком в открытое морское пространство. Материковые – плавающие ледники, их обломки и, в особенности, айсберги.
Следующий признак – возраст, здесь виды льда различаются так:
Различаются они по тому, как двигаются. Есть неподвижные – вроде ледяного покрова Арктики и Антарктики. Это сплошной покров, закрепленный на суше, либо примерзший к чему-то и не тающий. Он буквально припаивается, постепенно разрастаясь – отсюда ещё одно название «припай». Также есть стамух (фактически айсберг, севший на мель) и береговой вал.
Следующий вид – плавучий, дрейфующий тип льдов. Он постоянно движется по воде, передвигаясь под внешним влиянием – ветром и течениями. Такая форма преобладает, они дополнительно классифицируются по размерам: на ледяные поля разного размера, мелкобитный лёд.
Материковые появляются в результате сколов массивных частей припая. Край называется ледниковым барьером, а съехавший и плавающий – языком. К ним же относятся айсберги (толщина льда достигает десятков метров), острова льда (свыше 30км в диаметре).
Свойства
Основная масса бесцветна. Совсем прозрачный лёд характерен для пресноводных водоемов. Ярчайший пример – лёд на озере Байкал. Намерзшие глыбы абсолютно чистые и прозрачные. Морской и речной обычно имеют белый цвет с легким синеватым оттенком, а речной также имеет – грязный серый цвет, к тому же такие льды быстро тают.
Цвет льда напрямую зависит от окружающей обстановки. Так, лёд в воде кажется синим, потому что принято считать, что вода имеет именно такой оттенок.
Следующее свойство – блеск, похожий на стекло. Он также может порезать кожу человека. Основные массы не имеют спаек, вода буквально замерзает в монолитную массу без швов.
Минерал насчитывает более 14 модификаций, уже приведенных выше. На Земле встречается только два первых вида. Связано это с экстремально низкими температурами и высоким давлением, что свойственно другим планетам. Температура льда также может различаться: на вершинах гор она равна 0 градусов, тогда как самыми теплыми являются гренландские – 28 градусов.
Другая особенность – расширение массы замерзающий воды при образовании кристаллической решетки. Именно это свойство спасает флору и фауну во время зимы, не позволяя промерзать водоемам до самого дна. Возможно образование сосулек – длинных ледяных полотен до самого дна, но они никак не влияют на окружение.
Уникальность талой воды также не заканчивается на молекулярном уровне. Так, к примеру, талая вода будет довольно чистой и пригодной для питья. Поскольку образование льда является естественным очистителем для воды.
Существуют планеты, которые полностью покрывает горячий лед (например, Gliese 436 b). Разумеется, всё на уровне предположений – никто достоверно не знает. Предположительная температура на приведенной планете держится в 300°C, но сила давления настолько высока, что воду попросту сжимает и удерживает в твердом состоянии.
| Температура, °С | Плотность, кг/м 3 | Теплопроводность, Вт/(м·град) | Теплоемкость, Дж/(кг·град) |
| 0.01 (Вода) | 999,8 | 0,56 | 4212 |
| 916,2 | 2,22 | 2050 | |
| -5 | 917,5 | 2,25 | 2027 |
| -10 | 918,9 | 2,30 | 2000 |
| -15 | 919,4 | 2,34 | 1972 |
| -20 | 919,4 | 2,39 | 1943 |
| -25 | 919,6 | 2,45 | 1913 |
| -30 | 920,0 | 2,50 | 1882 |
| -35 | 920,4 | 2,57 | 1851 |
| -40 | 920,8 | 2,63 | 1818 |
| -50 | 921,6 | 2,76 | 1751 |
| -60 | 922,4 | 2,90 | 1681 |
| -70 | 923,3 | 3,05 | 1609 |
| -80 | 924,1 | 3,19 | 1536 |
| -90 | 924,9 | 3,34 | 1463 |
| -100 | 925,7 | 3,48 | 1389 |
Таким образом, свойства льда не изучены в полной мере и могут предполагаться в лабораторных условиях.
Лёд и его разновидности
Существует дополнительная градация по разновидностям:
Кроме того, разработан искусственный лёд. К нему также относятся разные типы поверхностей и разновидностей. Например, хоккейный лёд – специальное покрытие, максимально подходящее для игры. Сюда же относится материал покрытия для конькобежных видов спорта, фигурного катания и т.д.
Существует другая, сублимированная формула льда (CO2 – диоксид углерода), которая позволяет миновать жидкую фазу и сразу перейти в водяной пар. Таким образом достигается охлаждение пищевых продуктов, проводятся испытания и лабораторные исследования. Называется разновидность – синтетический или же сухой лёд.
Существует ещё много разновидностей: от цветного до обычного кубического льда, который легко делается в холодильнике.
Морфология
Природный лёд – это минерал, имеющий массу разновидностей. Часто это естественное скопление мелких частиц, перешедших из фазы жидкости. Но есть и виды, образованные вследствие сублимации. В целом, это масса, а именно кристаллы встречаются редко – сталактиты, сталагмиты. Наиболее яркий пример – Кунгурская ледяная пещера.
Ледяные забереги – полосы покрова, который образуется на границе между водой и воздухом. При этом основная часть воды не промерзает. Однако, начинаясь от берегов, они могут полностью срастаться на середине водоема, образуя сплошное полотно. Объем льда при этом может достигать как нескольких см, так и много метров.
Применение
Помимо очевидного применения для сохранения продуктов и проведения исследований, лёд применяется в качестве способа спасти жизнь. В 1980-х годах была разработана технология гидросмеси, или получившая название в медицине – «ледяная кровь». Суть в том, что соленая жидкая суспензия охлаждает трубы в здании. Такой же принцип был применен к людям – состав помогает увеличить время на спасение человека.
Также минерал некоторые народы используют для постройки жилища – иглы. Но только в приполярных районах, где он не растает. Используется способность льда проводить тепло.
Секреты льда
Суть в том, что при замерзании образуются полости, где остается воздух. Отсюда меньший вес и плотность. Из-за этих кубиков воздуха лёд и плавает на поверхности воды. Кроме того, в лёд может вмерзнуть газ или большое количество воздуха. Именно по этой причине айсберги по большей части находятся под водой на 90%, а на 10% – сверх. Объем, который скрывает масса воды, может поражать воображение – и всё из-за содержания соли, которая увеличивает плотность воды. Вроде огромная масса должна тонуть, но всё равно выталкивается на поверхность.
Также объем воды увеличивается при замерзании практически на 10%, что опять-таки происходит из-за образования кристаллической решетки, которая имеет полости воздуха.
Лед на земле, в океане, в космосе
Везде встречается разный вид минерала. Различие заключается в основном в том, насколько большое давление и температура замерзания. Водород и кислород можно найти по всему космосу, потому и лёд есть практически везде – даже там, где не доказано. Многие планеты состоят из льда даже в пределах Солнечной системы. Другиеинтересные факты в основном связаны с землей, как с наиболее изученным пространством. Так, к примеру, существует «волосяной лёд» – на деревьях при условиях влажного воздуха и низкой температуры. Лёд на земле и в океане может считаться минералом, а вот в холодильнике – нет.
