Физические свойства морского льда

Главная особенность морского льда — его соленость, под кото­рой понимается соленость воды, образующейся при его таянии. Ее величина прямо зависит от солености воды, из которой лед крис­таллизовался, и от скорости его нарастания. Соленость льда в сред­нем близка 10 % солености воды. С течением времени соленость его уменьшается, и многолетний лед бывает почти совсем пресным.

Кристаллический лед всегда пресный, соленость привносится включениями ячеек с жидкой водой (рассолом) между кристаллами льда. Размер ячеек обычно невелик — десятки граммов на кило­грамм льда. Соленость рассола в них может значительно превышать соленость воды в море. Она зависит от температуры рассола, а сле­довательно, и льда. Так, при температуре -2 °С соленость равна 37 %с, при -10 °С — 144 %с, а при -20 °С — 237 %о. При изменении температуры льда изменяется и соленость рассола: при понижении температуры соленость в ячейке растет вследствие вымерзания воды из рассола, при повышении — уменьшается вытаиванием льда из оболочки ячейки. Такие изменения температуры и солености рас­сола не влияют на среднюю соленость льда. Количество ячеек с рассолом хоть и невелико, но их существование сказывается на многих физических свойствах льда — тепловых, механических и т. п. ]

От количества ячеек с рассолом зависит теплоемкость льда. Чистый лед имеет теплоемкость вдвое меньшую, чем вода, а у мор­ского льда она зависит от его средней солености и температуры. При низкой температуре теплоемкость морского льда приближается

_к 2,2 кДж/(кг-°С), а вблизи температуры замерзания сильно воз- оастает: при температуре -2 °С и солености 4 %о она равна 19,4, при солености 10 %о — 44,5 кДж/(кг-°С). Такие большие значе­ния теплоемкости имеют весьма существенное значение при расче­тах теплового баланса.

Плотность чистого морского льда меньше плотности воды и рав­на приблизительно 900 кг/м³. Плотность морского льда несколько больше плотности пресного из-за находящегося в нем рассола. На плотность льда влияют также включения пузырьков воздуха, мине­ральных частиц, различная в толще льда температура, поэтому плотность льда в его отдельных частях различна. Но среднюю плот­ность льда легко определить, используя закон Архимеда: если льди­ну представить в виде цилиндра или призмы, то среднюю ее плот­ность р_л дает формула

р.п=т-р_в, (Ю.8)

л л

где h — общая толщина льдины, м; г — ее осадка (толщина подвод­ной части), м; р_в — плотность воды, кг/м³. Эта формула позволяет рассчитать отношение осадки льдины к ее возвышению над поверх­ностью воды {z/{h_R - г)): при средней плотности льда 900 и воды 1030 кг/м³ это отношение равно 7,0.

Механические свойства морского льда также зависят от его структуры и температуры. Так, его твердость по шкале для ми­нералов определяют при температуре 0 °С в 1,5 балла (твердость льда находится между твердостью талька и каменной соли), а при -40 °С — около 4 баллов (как у плавикового шпата).