Атмосфера – це газова оболонка планети, що рухається разом із планетою у світовому просторі як єдине ціле. Своїми атмосферами мають майже всі планети нашої сонячної системи, але тільки земна атмосфера здатна підтримувати життя. У атмосферах планет є аерозольні частки: тверді порошинки, підняті з твердої поверхні планети, рідкі чи тверді частки, що виникли результаті конденсації атмосферних газів, метеорна пил. Розглянемо докладно склад та особливості атмосфер планет Сонячної системи.
Меркурій. На цій планеті є сліди атмосфери: зафіксовано гелій, аргон, кисень, вуглець та ксенон. Тиск атмосфери лежить на поверхні Меркурія надзвичайно мало: становить двотрильйонну частку нормального земного атмосферного тиску. За такої розрідженості атмосфери в ній неможливе утворення вітрів та хмар, вона не захищає планету від жару Сонця та космічних випромінювань.
Венера. В 1761 Михайло Ломоносов, спостерігаючи проходження Венери по диску Сонця, помітив тоненький райдужний ободочок, що оточував планету. Так було відкрито атмосфера Венери. Ця атмосфера винятково потужна: тиск у поверхні виявився в 90 разів більшим, ніж у поверхні Землі. Атмосфера Венери на 96,5% складається із вуглекислого газу. Не більше 3% посідає частку азоту. Крім того, виявлено домішки інертних газів (насамперед аргону). Парниковий ефект у атмосфері Венери піднімає температуру на 400 градусів!
Небо на Венері має яскравий жовто-зелений відтінок. Туманний серпанок простягається до висоти близько 50 км. Далі до висоти 70 км йдуть хмари із дрібних крапель сірчаної кислоти. Вважається, що вона утворюється із діоксиду сірки, джерелом якого можуть бути вулкани. Швидкість обертання лише на рівні верхньої межі хмар інша, ніж над поверхнею планети. Це означає, що над екватором Венери на висоті 60-70 км постійно дме ураганний вітер зі швидкістю 100-300 м/с у напрямку руху планети. Верхні шари атмосфери Венери складаються майже повністю з водню.
Атмосфера Венери тягнеться до висоти 5500 км. Відповідно до обертанням Венери зі сходу на захід у тому ж напрямку відбувається і обертання атмосфери. Відповідно до температурного профілю атмосфера Венери ділиться на дві області: тропосферу і термосферу. На поверхні температура дорівнює +460 ° С, вона мало змінюється вдень і вночі. До верхньої межі тропосфери температура знижується до -93°С.
Марс. Небо цієї планети не чорне, як передбачалося, а рожеве. Виявилося, що пил, що висить у повітрі, поглинає 40% сонячного кольору, що надходить, створюючи кольоровий ефект. Атмосфера Марса на 95% складається із вуглекислого газу. Близько 4% посідає частку азоту і аргону. Кисню та водяної пари в марсіанській атмосфері менше 1%. Середній тиск атмосфери лише на рівні поверхні в 15000 разів менше, ніж Венері, й у 160 разів менше, ніж в Землі. Парниковий ефект піднімає середню температуру поверхні на 9°С.
Для Марса характерні різкі коливання температур: вдень температура може сягати +27°С, але до ранку до -50°С. Відбувається це через те, що розріджена атмосфера Марса не здатна утримувати тепло. Одним із проявів перепаду температур є дуже сильні вітри, швидкість яких сягає 100 м/с. На Марсі зустрічаються хмари найрізноманітніших форм та видів: перисті, хвилясті.
Якщо ви помітили, то в морі вода замерзає при температурі значно нижче від нуля градусів. Чому так відбувається? Усе залежить від концентрації у ній солі. Чим її більше, тим нижча температура замерзання. У середньому збільшення солоності води на два проміле знижує температуру її замерзання на одну десяту градуса. Ось і посудіть самі, якою має бути температура навколишнього повітря, щоб на поверхні моря, із солоністю води 35 проміле, утворився тонкий шар льоду. Як мінімум, має бути два градуси морозу.
Те саме Азовське море, із солоністю води 12 проміле, замерзає при температурі мінус 0,6 градуса. При цьому Сиваш, що примикає до нього, залишається незамерзлим. Вся справа в тому, що солоність його води становить 100 проміле, а отже, для утворення тут льоду необхідно не менше шести градусів морозу. Щоб льодом покрилася поверхня Білого моря, де рівень солоності води досягає 25 проміле, потрібно, щоб температура знизилася до мінус 1,4 градуса.
Найдивовижніше в тому, що в охолодженій до мінус одного градуса морській воді сніг не таїть. Він просто продовжує в ній плавати, доки не перетвориться на шматок льоду. Але потрапляючи в охолоджену прісну воду, він відразу таїть.
Процес замерзання морської води має особливості. Спочатку починають формуватися первинні крижані кристали, які неймовірно схожі тонкі прозорі голки. Сіль у них відсутня. Вона вичавлюється з кристалів і залишається у воді. Якщо зібрати такі голки, і розтопити в якомусь посуді, то ми отримаємо прісну воду.
Каша з крижаних голок, зовні схожа на величезну жирну пляму, плаває на поверхні моря. Звідси та її оригінальна назва – сало. При подальшому зниженні температури сало змерзається, утворюючи гладку і прозору крижану кірку, що зветься нілас. На відміну від сала, нілас містить сіль. Вона з'являється в ньому в процесі змерзання сала та захоплення голками, крапельок морської води. Це досить хаотичний процес. Саме тому сіль у морському льоді розподіляється нерівномірно, як правило, у вигляді окремих вкраплень.
Вчені з'ясували, що кількість солі в морському льоді залежить від температури навколишнього повітря, яка мала місце у момент його утворення. При невеликому морозі швидкість утворення ніласу низька, голки захоплюють мало морської води, звідси й солоність льоду невисока. При великому морозі ситуація прямо протилежна.
При таненні морського льоду з нього насамперед виходить сіль. У результаті він поступово стає прісним.
Морська вода замерзає за температур нижче нуля градусів. Чим більша солоність морської води, тим нижча температура її замерзання. Це можна побачити з наступної таблиці:
| Солоність у °/ 00 |
Температура замерзання |
Солоність у °/ 00 | Температура замерзання (у градусах) |
| 0 (Прісна 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 |
Ця таблиця показує, що збільшення солоності на 2 ° / 00 знижує температуру замерзання приблизно одну десяту градуса.
Для того щоб почала замерзати вода з океанічною солоністю 35°/00, її потрібно охолодити нижче за нуль майже на два градуси.
Випадаючи на незамерзлу прісну річкову воду, звичайний сніг із температурою танення, що дорівнює нулю градусів, як правило, тане. Якщо ж цей сніг випадає на незамерзлу морську воду з температурою -1°, то він не тане.
Знаючи солоність води, можна визначити температуру замерзання будь-якого моря, користуючись наведеною вище таблицею.
Солоність води Азовського моря взимку близько 12°/00; отже, вода починає замерзати лише за температури 0°,6 нижче нуля.
У відкритій частині Білого моря солоність сягає 25 ° / 00 . Отже, для замерзання вода повинна охолодитись нижче мінус 1°,4.
Вода із солоністю 100°/00 (таку солоність можна зустріти в Сивашах, відокремлених від Азовського моря Арабатською стрілкою) замерзатиме при температурі мінус 6°,1, а в Кара-Богаз-Голі солоність більше 250°/00, і вода замерзає тільки тоді, коли її температура опускається значно нижче 10 ° морозу!
Коли солона морська вода охолоджується до відповідної температури замерзання, у ній починають з'являтися первинні крижані кристали, що мають форму дуже тонких шестигранних призм, схожих на голки.
Тому їх зазвичай називають крижаними голками. Первинні крижані кристали, що утворюються в морській воді, не містять солі, вона залишається в розчині, збільшуючи його солоність. У цьому легко переконатись. Зібравши крижані голки сачком з дуже тонкої марлі або тюлю, треба обполоснути їх прісною водою, щоб змити солону воду, а потім розтопити в іншому посуді. Вийде прісна вода.
Лід, як відомо, легший за воду, тому крижані голки спливають. Їх скупчення на поверхні води нагадують на вигляд плями жиру на остиглим супі. Ці скупчення так і називаються салом.
Якщо мороз посилюється і поверхня моря швидко втрачає тепло, то сало починає змерзати і за тихої погоди виникає рівна, гладка, прозора крижана кірка, яку помори, жителі нашого північного узбережжя, називають нілас. Він такий чистий і прозорий, що в хатинах, зроблених зі снігу, його можна вживати замість скла (звісно, якщо всередині такої хатини немає опалення). Якщо розтопити нілас, вода виявиться солоною. Щоправда, солоність її буде нижчою, ніж води, з якої утворилися крижані голки.
Окремі крижані голки не містять солі, а в морському льоді, що утворився з них, з'являється сіль. Це тому, що безладно розташовані крижані голки, змерзаючись, захоплюють дрібні крапельки солоної морської води. Таким чином, у морському льоду сіль розподіляється нерівномірно – окремими включеннями.
Солоність морського льоду залежить від температури, коли він утворився. При невеликому морозі крижані голки змерзають повільно і захоплюють мало солоної води. При сильному морозі крижані голки змерзають набагато швидше і захоплюють багато солоної води. У цьому випадку морський лід виявиться солонішим.
Коли морський лід починає танути, то з нього насамперед виховують солоні включення. Тому старий, багаторічний полярний лід, який кілька разів «перелітав», стає прісним. Полярні зимівники використовують для питної води зазвичай сніг, а коли його немає, то старий морський лід.
Якщо під час утворення льоду йде сніг, то він, не розтаюючи, залишається на поверхні морської води, просочується нею і, змерзаючи, утворює каламутну, білувату, непрозору нерівну кригу - молодик. І нілас і молодик при вітрі та хвилюванні розламуються на шматки, які, стикаючись один з одним, оббивають кути і поступово перетворюються на круглі крижини – млинці. Коли хвилювання слабшає, млинці змерзають, утворюючи суцільний млинцевий лід.
Біля берегів, на мілинах, морська вода остигає швидше, тому крига з'являється раніше, ніж у відкритому морі. Зазвичай крига примерзає до берегів, це припай. Якщо морози супроводжуються тихою погодою, припай швидко росте, іноді досягаючи ширини багатьох десятків кілометрів. Але сильні вітри та хвилювання розламують припай. Частини, що відірвалися від нього, спливають за течією, несуть вітром. Так з'являються плавучі льоди. Залежно від розмірів вони мають різні назви.
Крижаним полем називаються плавучі льоди площею більше однієї квадратної морської милі.
Уламками крижаного поля називають плавучі льоди довжиною більше одного кабельтова.
Крупнобитий лід коротший від одного кабельтова, але більше однієї десятої кабельтова (18,5 м). Дрібнобитий лід не перевищує однієї десятої кабельтова, а крижана каша складається з дрібних шматків, що перекидаються на хвилях.
Течії та вітер можуть притиснути плавучі крижини до припаю або один до одного. Тиск крижаних полів один на одного викликає подрібнення плавучих льодів. При цьому зазвичай створюються нагромадження дрібнобитого льоду.
Коли одиночна крижина стає дибки і в такому положенні вмерзає в навколишній лід, вона утворює ропак. Ропаки, засипані снігом, погано видно з літака і під час посадки можуть бути причиною катастрофи.
Часто при тиску крижаних полів утворюються крижані вали – тороси. Іноді тороси досягають висоти кілька десятків метрів. Торосистий лід важко проходимо, особливо для собачих упряжок. Він є серйозною перешкодою навіть для потужних криголамів.
Уламок тороса, що підноситься над поверхнею води і легко відноситься вітром, називається несяком. Несяк, що сів на мілину, називають стамухою.
Навколо Антарктиди та в Північному Льодовитому океані зустрічаються крижані гори – айсберги. Це зазвичай уламки материкового льоду.
В Антарктиді, як це нещодавно встановили дослідники, айсберги утворюються і в морі, на материковій мілини. Над поверхнею води видно лише частину айсберга. Велика його частка (близько 7/8) знаходиться під водою. Площа підводної частини айсберга завжди набагато більша, ніж надводна. Тому айсберги є небезпечними для кораблів.
Тепер айсберги легко виявляються вдалині та в тумані за допомогою точних радіоприладів на кораблі. Раніше були випадки зіткнень кораблів з айсбергами. Так загинув, наприклад, 1912 р. величезний океанський пасажирський пароплав «Титанік».
КРУГОВОРОТ ВОДИ У СВІТОВОМУ ОКЕАНІ
У приполярних зонах вода, остигаючи, стає щільнішою і опускається на дно. Звідти вона повільно сповзає до екватора. Тому на всіх широтах глибинні холодні води. Навіть у екватора придонні води мають температуру лише 1-2° вище нуля.
Так як від екватора течії забирають теплу воду в помірні широти, то на її місце з глибини дуже повільно піднімається холодна вода. На поверхні вона знову прогрівається, йде в приполярні зони, де остигає, опускається на дно і дном знову переміщається до екватора.
Таким чином, в океанах існує своєрідний кругообіг води: по поверхні вода рухається від екватора до приполярних зон і по дну океанів - з приполярних зон до екватора. Цей процес перемішування води поряд з іншими явищами, про які йшлося вище, створює єдність Світового океану.
Необхідними умовами для замерзання води є охолодження її до точки замерзання (переохолодження), а також наявність у воді кристалічних ядер, які є зародками, навколо яких йде наростання льоду. Ядрами кристалізації можуть бути частинки пилу, кристали снігу або частинки льоду, що вже існують у воді.
Замерзання прісної та морської води
План
1. Замерзання морської та прісної води.
2. Класифікація морських льодів.
3. Географічне розподіл льодів.
4. Навігаційні посібники з льодів.
З охолодженням поверхневого шару прісної води її щільність збільшується і виникає перемішування вод, яке продовжується по глибині, поки щільність води не досягне найбільшого значення при температурі +4 про З по всій глибині басейну. При досягненні поверхневим шаром температури - 0,13 про починається утворення льоду.
Для вод солоністю від 0 до 24,7 ‰, які називаються солонуваті,процес замерзання відбувається так само, як і в прісній воді, але при нижчих температурах найбільшої щільності та замерзання води в залежності від її солоності. При солоності, що дорівнює 24,7 ‰, температура найбільшої щільності і температура замерзання мають однакове значення - 1,3 про С.
У морської води із солоністю більшою, ніж 24,7 ‰ температура найбільшої щільності нижче температури замерзання, тому при досягненні поверхневим шаром температури замерзання, явище перемішування вод не припиняється і утворення кристалів льоду може відбуватися не тільки в поверхневому, але й у всьому шарі перемішування. Таке явище спостерігається, коли перемішування вод відбувається під впливом вітру, хвилювання та течії. Лід, що утворився в товщі вод або біля дна, називається глибиннимі донним, або якірним.Донний лід, володіючи великою підйомною силою, нерідко виносить на поверхню камені, якорі та предмети, що затонули.
Процес замерзання солонуватих та морських вод має і загальну властивість – солоніння залишився обсяг води. Це пояснюється тим, що після того, як вода в морі досягне температури замерзання, з неї починає виділятися чистий прісний лід, внаслідок чого підвищується солоність обсягу води, що залишився. Тому для подальшого льодоутворення потрібне нове зниження температури поверхневого шару.
Утворення льоду у морі починається з появою тонких крижаних голок – кристалів чистого льоду. Зростання кристалів спочатку відбувається у горизонтальному напрямі, та був у вертикальному. Солі, розчинені в морській воді, та бульбашки повітря розташовуються у проміжках між кристалами льоду. Таким чином, морський лід після утворення складається з кристалів чистого льоду, між якими вкраплені осередки з сольовим розсолом та бульбашками повітря.
Після того, як поверхня моря покриється суцільним льодом, подальше його наростання відбувається знизу тільки за рахунок охолодження води. Середньодобове наростання льоду коливається не більше від 0,5 до 2 див.
Властивості морського льоду.Однією з найважливіших властивостей морського льоду є його солоність, яка залежить від солоності води, швидкості льодоутворення, стану моря, віку льоду та його товщини. Чим вище швидкість льодоутворення, тим більша солоність льоду, оскільки менша кількість сольового розчину встигає стекти у воду. Чим більший вік льоду, тим більше сольового розчину стікає у воду, тим менша його солоність. У багаторічних пакових льодів вона становить всього 1-2 ‰, у той час як у водах Антарктиди та Арктики солоність льоду становить 22-23 ‰, а в інших басейнах у середньому 3-8 ‰.
Наявність розсолу всередині морського льоду впливає інші його властивості.
Наприклад, щільність багаторічного морського льоду, в якому сольові осередки, що звільнилися від розчину, заповнені бульбашками повітря, мають найменшу щільність. Загалом щільність морського льоду може бути в межах 0,85-0,94 г/см 2 . Отже, плавучість льоду (піднесення над водою) коливається в широких межах від 1/6 до 1/15.
З настанням тепла, внаслідок термічного розширення, відбуваються сильні переміщення льоду, які можуть спричинити пошкодження причалів, портових споруд, а також суден, що стоять біля стін або дрейфують у льодах.
Важливими механічними властивостями морських льодів є твердість, пружність та міцність. Твердість льоду вища за нижчих температур. Морський лід менш міцний, ніж річковий, зате він має більшу пружність і пластичність. Для практичних розрахунків можливого навантаження на лід та прохідності суднами льодів велике значення має міцність на вигин, за якої лід руйнується. Найбільш міцним є прісний або опріснений лід за низьких температур.