Атмосфера – это газовая оболочка планеты, движущаяся вместе с планетой в мировом пространстве как единое целое. Своими атмосферами обладают почти все планеты нашей солнечной системы, но только земная атмосфера способна поддерживать жизнь. В атмосферах планет есть аэрозольные частицы: твёрдые пылинки, поднятые с твёрдой поверхности планеты, жидкие либо твёрдые частицы, возникшие в результате конденсации атмосферных газов, метеорная пыль. Рассмотрим подробно состав и особенности атмосфер планет Солнечной системы.
Меркурий. На этой планете имеются следы атмосферы: зафиксированы гелий, аргон, кислород, углерод и ксенон. Давление атмосферы на поверхности Меркурия чрезвычайно мало: составляет двухтриллионную долю от нормального земного атмосферного давления. При такой разреженности атмосферы в ней невозможно образование ветров и облаков, она не защищает планету от жара Солнца и космических излучений.
Венера. В 1761 году Михаил Ломоносов, наблюдая прохождение Венеры по диску Солнца, заметил тоненький радужный ободочек, окружавший планету. Так была открыта атмосфера Венеры. Эта атмосфера исключительно мощная: давление у поверхности оказалось в 90 раз больше, чем у поверхности Земли. Атмосфера Венеры на 96,5 % состоит из углекислого газа. Не более 3 % приходится на долю азота. Кроме того, обнаружены примеси инертных газов (в первую очередь, аргона). Парниковый эффект в атмосфере Венеры поднимает температуру на 400 градусов!
Небо на Венере имеет яркий жёлто-зеленый оттенок. Туманная дымка простирается до высоты около 50 км. Далее до высоты 70 км идут облака из мелких капель серной кислоты. Считается, что она образуется из диоксида серы, источником которого могут быть вулканы. Скорость вращения на уровне верхней границы облаков иная, чем над самой поверхностью планеты. Это означает, что над экватором Венеры на высоте 60-70 км постоянно дует ураганный ветер со скоростью 100-300 м/с в направлении движения планеты. Самые верхние слои атмосферы Венеры состоят почти целиком из водорода.
Атмосфера Венеры простирается до высоты 5500 км. В соответствии с вращением Венеры с востока на запад в том же направлении происходит и вращение атмосферы. В соответствии с температурным профилем атмосфера Венеры делится на две области: тропосферу и термосферу. На поверхности температура равняется + 460°С, она мало меняется днем и ночью. К верхней границе тропосферы температура понижается до -93°С.
Марс. Небо этой планеты не чёрное, как это предполагалось, а розовое. Оказалось, что пыль, висящая в воздухе, поглощает 40% поступающего солнечного цвета, создавая цветной эффект. Атмосфера Марса на 95% состоит из углекислого газа. Около 4% приходится на долю азота и аргона. Кислорода и водяного пара в марсианской атмосфере меньше 1%. Среднее давление атмосферы на уровне поверхности в 15000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли. Парниковый эффект поднимает среднюю температуру у поверхности на 9°С.
Для Марса характерны резкие колебания температур: днём температура может доходить до +27°С, но уже к утру до -50°С. Происходит это из-за того, что разреженная атмосфера Марса не способна удерживать тепло. Одним из проявлений перепада температур являются очень сильные ветры, скорость которых доходит до 100 м/с. На Марсе встречаются облака самых разнообразных форм и видов: перистые, волнистые.
Если вы заметили, то в море вода замерзает при температуре значительно ниже нуля градусов. Почему так происходит? Все зависит от концентрации в ней соли. Чем ее больше, тем ниже температура замерзания. В среднем, увеличение солености воды на два промилле понижает температуру ее замерзания на одну десятую градуса. Вот и посудите сами, какой должна быть температура окружающего воздуха, чтобы на поверхности моря, с соленостью воды 35 промилле, образовался тонкий слой льда. Как минимум, должно быть два градуса мороза.
То же Азовское море, с соленостью воды 12 промилле, замерзает при температуре минус 0,6 градуса. При этом примыкающий к нему Сиваш остается незамерзшим. Все дело в том, что соленость его воды составляет 100 промилле, а значит, для образования здесь льда необходимо не менее шести градусов мороза. Чтобы льдом покрылась поверхность Белого моря, где уровень солености воды достигает 25 промилле, нужно чтобы температура понизилась до минус 1,4 градуса.
Самое удивительное в том, что в охлажденной до минус одного градуса морской воде, снег не таит. Он просто продолжает в ней плавать, до тех пор, пока не превратится в кусок льда. Но попадая в охлажденную пресную воду, он тут же таит.
Процесс замерзания морской воды имеет свои особенности. Вначале начинают формироваться первичные ледяные кристаллы, которые невероятно похожи на тоненькие прозрачные иглы. Соль в них отсутствует. Она выдавливается из кристаллов и остается в воде. Если собрать такие иголки, и растопить в какой — нибудь посуде, то мы получим пресную воду.
Каша из ледяных иголок, внешне похожая на огромное жирное пятно, плавает на поверхности моря. Отсюда и ее оригинальное название – сало. При дальнейшем понижении температуры сало смерзается, образуя гладкую и прозрачную ледяную корку, которая носит название нилас. В отличие от сала, нилас содержит соль. Она появляется в нем в процессе смерзания сала и захватывания иголками, капелек морской воды. Это довольно хаотичный процесс. Именно поэтому соль в морском льде распределяется неравномерно, как правило, в виде отдельных вкраплений.
Ученые выяснили, что количество соли в морском льде зависит от температуры окружающего воздуха, которая имела место в момент его образования. При небольшом морозе скорость образования ниласа низкая, иглы захватывают мало морской воды, отсюда и соленость льда невысокая. При большом морозе ситуация прямо противоположная.
При таянии морского льда из него, в первую очередь, выходит соль. В результате, он постепенно становится пресным.
Морская вода замерзает при температурах ниже нуля градусов. Чем больше соленость морской воды, тем ниже температура ее замерзания. Это можно видеть из следующей таблицы:
| Соленость в °/ 00 |
Температура замерзания |
Соленость в °/ 00 | Температура замерзания (в градусах) |
| 0 (пресная вода) | 0 | 20 | -1,1 |
| 2 | -0,1 | 22 | -1,2 |
| 4 | -0,2 | 24 | -1,3 |
| 6 | -0,3 | 26 | -1,4 |
| 8 | -0,4 | 28 | -1,5 |
| 10 | -0,5 | 30 | -1,6 |
| 12 | -0,6 | 32 | -1,7 |
| 14 | -0,8 | 35 | -1,9 |
| 16 | -0,9 | 37 | -2,0 |
| 18 | -1,0 | 39 | -2,1 |
Эта таблица показывает, что увеличение солености на 2 °/ 00 понижает температуру замерзания приблизительно на одну десятую градуса.
Для того чтобы начала замерзать вода с океанической соленостью 35 °/ 00 , ее нужно охладить ниже нуля почти на два градуса.
Выпадая на незамерзшую пресную речную воду, обычный снег с температурой таяния, равной нулю градусов, как правило, тает. Если же этот самый снег выпадает на незамерзшую морскую воду с температурой -1°, то он не тает.
Зная соленость воды, можно определить температуру замерзания любого моря, пользуясь приведенной выше таблицей.
Соленость воды Азовского моря зимой около 12 °/ 00 ; следовательно, вода начинает замерзать только при температуре 0°,6 ниже нуля.
В открытой части Белого моря соленость доходит до 25 °/ 00 . Значит, для замерзания вода должна охладиться ниже минус 1°,4.
Вода с соленостью 100 °/ 00 (такую соленость можно встретить в Сивашах, отделенных от Азовского моря Арабатской стрелкой) будет замерзать при температуре минус 6°,1, а в Кара-Богаз-Голе соленость больше 250 °/ 00 , и вода замерзает только тогда, когда ее температура опускается значительно ниже 10° мороза!
Когда соленая морская вода охлаждается до соответствующей температуры замерзания, в ней начинают появляться первичные ледяные кристаллы, имеющие форму очень тонких шестигранных призм, похожих на иглы.
Поэтому их обыкновенно называют ледяными иглами. Первичные ледяные кристаллы, образующиеся в соленой морской воде, не содержат соли, она остается в растворе, увеличивая его соленость. В этом легко убедиться. Собрав ледяные иглы сачком из очень тонкой марли или тюля, надо ополоснуть их пресной водой, чтобы смыть соленую воду, а затем растопить в другой посуде. Получится пресная вода.
Лед, как известно, легче воды, поэтому ледяные иглы всплывают. Их скопления на поверхности воды напоминают по внешнему виду пятна жира на остывшем супе. Эти скопления так и называются салом.
Если мороз усиливается и поверхность моря быстро теряет тепло, то сало начинает смерзаться и при тихой погоде возникает ровная, гладкая, прозрачная ледяная корка, которую поморы, жители нашего северного побережья, называют нилас. Он так чист и прозрачен, что в хижинах, сделанных из снега, его можно употреблять вместо стекла (конечно, если внутри такой хижины нет отопления). Если растопить нилас, то вода окажется соленой. Правда, соленость ее будет ниже, чем воды, из которой образовались ледяные иглы.
Отдельные ледяные иглы не содержат соли, а в образовавшемся из них морском льде появляется соль. Это происходит потому, что беспорядочно расположенные ледяные иглы, смерзаясь, захватывают мельчайшие капельки соленой морской воды. Таким образом, в морском льде соль распределяется неравномерно - отдельными включениями.
Соленость морского льда зависит от температуры, при которой он образовался. При небольшом морозе ледяные иглы смерзаются медленно и захватывают мало соленой воды. При сильном морозе ледяные иглы смерзаются гораздо быстрее и захватывают много соленой воды. В этом случае морской лед окажется более соленым.
Когда морской лед начинает таять, то из него прежде всего вытаивают соленые включения. Поэтому старый, многолетний полярный лед, несколько раз «перелетовавший», становится пресным. Полярные зимовщики используют для питьевой воды обычно снег, а когда его нет, то старый морской лед.
Если во время образования льда идет снег, то он, не растаивая, остается на поверхности морской воды, пропитывается ею и, смерзаясь, образует мутный, белесоватый, непрозрачный неровный лед - молодик. И нилас и молодик при ветре и волнении разламываются на куски, которые, сталкиваясь друг с другом, обивают углы и постепенно превращаются в круглые льдины - блинки. Когда волнение ослабевает, блинки смерзаются, образуя сплошной блинчатый лед.
У берегов, на отмелях, морская вода остывает скорее, поэтому лед появляется раньше, чем в открытом море. Обычно лед примерзает к берегам, это припай. Если морозы сопровождаются тихой погодой, припай быстро растет, достигая иногда ширины многих десятков километров. Но сильные ветры и волнения разламывают припай. Оторвавшиеся от него части уплывают по течению, уносятся ветром. Так возникают плавучие льды. В зависимости от размеров они носят различные названия.
Ледяным полем называются плавучие льды площадью более одной квадратной морской мили.
Обломками ледяного поля называют плавучие льды длиной больше одного кабельтова.
Крупнобитый лед короче одного кабельтова, но больше одной десятой кабельтова (18,5 м). Мелкобитый лед не превышает одной десятой кабельтова, а ледяная каша состоит из мелких кусков, кувыркающихся на волнах.
Течения и ветер могут прижать плавучие льдины к припаю или друг к другу. Давление ледяных полей друг на друга вызывает дробление плавучих льдов. При этом обычно создаются нагромождения мелкобитого льда.
Когда одиночная льдина становится на дыбы и в таком положении вмерзает в окружающий лед, она образует ропак. Ропаки, засыпанные снегом, плохо видны с самолета и при посадке могут быть причиной катастрофы.
Часто при давлении ледяных полей образуются ледяные валы - торосы. Иногда торосы достигают высоты в несколько десятков метров. Торосистый лед трудно проходим, особенно для собачьих упряжек. Он представляет собой серьезное препятствие даже для мощных ледоколов.
Обломок тороса, возвышающийся над поверхностью воды и легко уносимый ветром, называется несяком. Несяк, севший на мель, называют стамухой.
Вокруг Антарктиды и в Северном Ледовитом океане встречаются ледяные горы - айсберги. Это обычно обломки материкового льда.
В Антарктиде, как это недавно установили исследователи, айсберги образуются и в море, на материковой отмели. Над поверхностью воды видна лишь часть айсберга. Большая же его доля (около 7/8) находится под водой. Площадь подводной части айсберга всегда гораздо больше, чем надводная. Поэтому айсберги опасны для кораблей.
Теперь айсберги легко обнаруживаются вдали и в тумане посредством точных радиоприборов на корабле. Раньше же были случаи столкновений кораблей с айсбергами. Так погиб, например, в 1912 г. огромный океанский пассажирский пароход «Титаник».
КРУГОВОРОТ ВОДЫ В МИРОВОМ ОКЕАНЕ
В приполярных зонах вода, остывая, становится более плотной и опускается на дно. Оттуда она медленно сползает к экватору. Поэтому на всех широтах глубинные воды холодные. Даже у экватора придонные воды имеют температуру только 1-2° выше нуля.
Так как от экватора течения уносят теплую воду в умеренные широты, то на ее место из глубины очень медленно поднимается холодная вода. На поверхности она снова прогревается, уходит в приполярные зоны, где остывает, опускается на дно и по дну снова перемещается к экватору.
Таким образом, в океанах существует своеобразный круговорот воды: по поверхности вода движется от экватора в приполярные зоны и по дну океанов - из приполярных зон к экватору. Этот процесс перемешивания воды наряду с другими явлениями, о которых говорилось выше, создает единство Мирового океана.
Необходимыми условиями для замерзания воды является охлаждение ее до точки замерзания (переохлаждения), а также наличие в воде ядер кристаллизации, являющихся зародышами, вокруг которых идет нарастание льда. Ядрами кристаллизации могут быть частицы пыли, кристаллики снега или частицы льда, уже существующие в воде.
Замерзание пресной и морской воды
План
1. Замерзание морской и пресной воды.
2. Классификация морских льдов.
3. Географическое распределение льдов.
4. Навигационные пособия по льдам.
С охлаждением поверхностного слоя пресной воды ее плотность увеличивается и возникает перемешивание вод, которое продолжается по глубине, пока плотность воды не достигнет наибольшего значения при температуре +4 о С, по всей глубине бассейна. При достижении поверхностным слоем температуры – 0,13 о С начинается образование льда.
Для вод соленостью от 0 до 24,7 ‰, которые называются солоноватые, процесс замерзания происходит так же, как и в пресной воде, но при более низких температурах наибольшей плотности и замерзания воды в зависимости от ее солености. При солености равной 24,7 ‰ температура наибольшей плотности и температура замерзания имеют одинаковое значение - 1,3 о С.
У морской воды с соленостью большей, чем 24,7 ‰ температура наибольшей плотности ниже температуры замерзания, поэтому при достижении поверхностным слоем температуры замерзания, явление перемешивания вод не прекращается и образование кристаллов льда может происходить не только в поверхностном, но и во всем слое перемешивания. Такое явление наблюдается, когда перемешивание вод происходит под воздействием ветра, волнения и течений. Лед, образовавшийся в толще вод или у дна, называется глубинным и донным, или якорным. Донный лед, обладая большой подъемной силой, нередко выносит на поверхность камни, якоря и затонувшие предметы.
Процесс замерзания солоноватых и морских вод имеет и общее свойство – осолонение оставшегося объема воды. Это объясняется тем, что после того, как вода в море достигнет температуры замерзания, из нее начинает выделяться чистый пресный лед, вследствие чего повышается соленость оставшегося объема воды. Поэтому для дальнейшего льдообразования требуется новое понижение температуры поверхностного слоя.
Образование льда в море начинается с появлением тонких ледяных игл – кристаллов чистого льда. Рост кристаллов первоначально происходит в горизонтальном направлении, а затем в вертикальном. Соли, растворенные в морской воде, и пузырьки воздуха располагаются в промежутках между кристаллами льда. Таким образом, морской лед после образования состоит из кристаллов чистого льда, между которыми вкраплены ячейки с солевым рассолом и пузырьками воздуха.
После того как поверхность моря покроется сплошным льдом, дальнейшее его нарастание происходит снизу только за счет охлаждения воды. Среднесуточное нарастание льда колеблется в пределах от 0,5 до 2 см.
Свойства морского льда. Одним из важнейших свойств морского льда является его соленость, которая зависит от солености воды, скорости льдообразования, состояния моря, возраста льда и его толщины. Чем выше скорость льдообразования, тем больше соленость льда, так как меньшее количество солевого раствора успевает стечь в воду. Чем больше возраст льда, тем больше солевого раствора стекает в воду, тем меньше его соленость. У многолетних паковых льдов она составляет всего 1-2 ‰, в то время как в водах Антарктиды и Арктики соленость льда составляет 22-23 ‰ , а в других бассейнах в среднем 3-8 ‰.
Наличие рассола внутри морского льда влияет и на другие его свойства.
Например, плотность многолетнего морского льда, в котором солевые ячейки, освободившиеся от раствора, заполнены пузырьками воздуха, имеют наименьшую плотность. В целом плотность морского льда может находиться в пределах 0,85-0,94 г/см 2 . Следовательно, и плавучесть льда (возвышение над водой) колеблется в широких пределах от 1/6 до 1/15.
С наступлением тепла, вследствие термического расширения, происходят сильные подвижки льда, которые могут вызвать повреждения причалов, портовых сооружений, а также судов, стоящих у стенок или дрейфующих во льдах.
Важными механическими свойствами морских льдов является твердость , упругость и прочность . Твердость льда выше при более низких температурах. Морской лед менее прочен, чем речной, но зато он обладает большей упругостью и пластичностью. Для практических расчетов возможной нагрузки на лед и проходимости судами льдов большое значение имеет прочность на изгиб, при которой лед разрушается. Наиболее прочным является пресный или опресненный лед при низких температурах.