Введение

/>Введение

Многие свойства морской воды впервые были описаны Томпсоном, который показал, что при солености воды больше 24,7%0 температура точки замерзания становится выше температуры максимальной плотности. Когда соленость равна 24,7%о, температуры точки замерзания и максимальной плотности совпадают. Как показано Свердрупом и др., обычно морская вода, охлаждаясь, перемешивается и температура всего столба снижается до тех пор, пока вся вода не остынет до температуры -ГС, при которой начинается образование льда. После начала кристаллизации выделяющийся изо льда рассол либо повышает соленость воды, если она менее 24,7%0, в результате чего возникает циркуляция, либо при солености, равной 24,7%0, и большей способствует дальнейшему перемешиванию воды.

Эти свойства составляют основное отличие соленой воды от пресной, которая при охлаждении расслаивается, причем в верхних ее слоях может возникнуть переохлаждение благодаря излучению тепла с поверхности. В морской воде переохлажденный слой сначала возникает на более низких горизонтах, у дна или у термоклина, и, если не начинается кристаллизация, переохлаждение ограничивается температурой максимальной плотности.

Свойства пресной воды (способность ее расслаиваться без конвекции) позволяют ей замерзать в условиях закрытой системы, температура которой определяется фазовым переходом, в то время как морская вода при охлаждении делится на фракции по солености; возникает циркуляция — более соленые и плотные слои опускаются, вытесняя менее плотные, и вода замерзает в условиях открытой системы. Чтобы из морской воды в закрытой системе мог намерзать лед, необходимо соответственное снижение температуры при каждого слоя льда. Паковые льды, находящиеся в условиях открытой системы, омываются циркулирующими по поверхности раздела лед — вода струями воды, которые поддерживают необходимую температуру постоянной, изменяя ее лишь в некоторых небольших пределах, зависящих от изменения солености.

Лабораторные исследования проводились на закрытых системах, так что температуру можно было постоянно поддерживать у точки замерзания рассола подобно тому, как это происходит в обычной морской воде. Выпадение солей из морской воды при ее замерзании сопровождается изменением температуры в определенной последовательности. Впервые это явление было замечено Рингером и детально исследовано Нельсоном и Томпсоном. При понижении температуры воды в закрытой системе около 80% ее успевает превратиться в лед, прежде чем (при -8° С) начинает выпадать первая соль — декагидрат сульфата натрия; эта соль продолжает выпадать до -22,9° С. Начиная с -22,9° С осаждается дигидрат хлористого натрия. С -36° С выпадают магниевые и калиевые соли и т. д. Выпадение каждой соли происходит в пределах некоторого интервала температур. Как показали данные экспедиции Мауда, во время которой проводились анионные анализы хлоридов и сульфатов, это явление, обнаруженное экспериментально, в природе не наблюдается. Позднее Леви и Томпсон  провели исследование влияния замораживания морской воды на содержание в ней хлоридов и сульфатов. Ими было установлено, что содержание этих веществ во льду больше, чем в воде до замораживания.

Обычная морская вода, соленость которой около 35%о, начинает замерзать при -1,9° С. При очень низких температурах и интенсивном перемешивании (волнение) замерзание поверхностных вод может происходить таким образом, что рассол оказывается внутри льда, соленость которого в этом случае очень высока. Когда лед достигает некоторой толщины и изолирует поверхность воды от воздуха, он продолжает нарастать при одной и той же температуре — температуре точки замерзания-до тех пор, пока происходит циркуляция воды и остается постоянной ее соленость. Последовательная стабилизация температуры при выпадении той или иной соли в растущей ледяной массе не наблюдается, за исключением тех случаев, когда во льду оказываются капли рассола; тогда каждая капля ведет себя как закрытая система и по мере выпадения солей температура последовательно понижается.

Соленость молодого морского льда на глубине около 90 см не меньше 4%о. Выше этого уровня соленость льда больше и у поверхности может достигать 8-10%о. Основная цель проведенной аналитической работы — выяснение способов, при помощи которых соли проникают в лед: попадают ли в лед какие-то виды катионов при температурах, соответствующих температуре намораживания «чистого» льда, или же наличие солей во льду объясняется тем, что в процессе миграции рассола в ледяной толще из пего выпадают соли, которые и остаются во льду после того, как весь рассол уже вытек. Конечные, наиболее концентрированные фракции рассола не отвердевают даже при -54° С;

Дорсей  ссылается на Буганана (1887 г.), который писал, что «вероятно, при тех температурах, которые встречаются в природе, морская вода полностью отвердеть не может». Прочие факторы, казалось бы, благоприятствуют первоначальному выпадению наиболее гигроскопических солей (особенно это касается Na2SOr 10Н2О), кристаллизующихся при умеренных температурах, независимо от условий роста кристаллов. При подвижках льды часто растрескиваются и отдельные льдины надвигаются одна на другую; при этом теплая нижняя поверхность одной льдины оказывается на холодной верхней поверхности другой; ветровые туманы, формирование льда при очень низких температурах, гигроскопичность некоторых солей, сублимация и т. д.- все это способствует накоплению солей во льду. Однако сколько-нибудь определенного выделения каких-то солей при проведении исследований не обнаружилось.

/> />

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

Свежие записи