Результаты измерений

/>Результаты измерений

Плотность. Проведенные в 1958 и 1959 гг. измерения показали, что плотность льда (до начала разрушения) вместе с содержащимся в нем рассолом при температуре около -20° С примерно постоянна во всех точках ледяного поля и приблизительно равна 0,92 г/см3. Эта величина хорошо согласуется с данными измерений, проведенных в 1961 г. в Туле (Гренландия). Небольшие различия были лишь в третьем знаке; они свидетельствовали об уменьшении удельного веса льда к концу зимнего периода. Получить данные о плотности льда, разрушенного в процессе испытаний, было чрезвычайно сложно, так как при извлечении керна из ледяного поля и во время приготовления образцов для определения плотности изо льда успевало вытечь большое количество рассола. Поскольку плотности рассола и льда приблизительно равны, выявить сколько-нибудь заметные изменения плотности льда в процессе разрушения не удавалось. Поэтому во всех расчетах плотность принималась равной 0,92 г„1см3.

Например, на сток рассола из верхних: слоев льда в нижние; при повышении температуры наблюдается уменьшение содержания рассола. Во время устойчивых холодных периодов сток рассола прекращается и каналы, по которым происходит миграция, пустеют. Когда лед начинает разрушаться и ячейки с рассолом оказываются связанными друг с другом и с подледной водой, они, по-видимому, заполняются морской водой, поступающей в них под давлением снизу, или талой водой за счет таяния ледяных прослоек между ячейками рассола. W Другая особенность состоит в том, что содержание рассола в 1. низкотемпературном   слое   в   некоторых  случаях   превышает среднее значение для всего ледяного поля. Физический смысл этого явления заключается в том, что концентрация соли в растворе здесь выше; поэтому для поддержания термодинамического равновесия общее количество рассола должно увеличиться. Изменения температуры оказывают большое влияние на внутренние свойства льда. Поэтому при изучении любых параметров ледяного  поля необходимо одновременно измерять температуру и соленость льда.

Упругость. При изучении распространения упругих волн в , морских ледяных полях в некоторые периоды времени мы не могли получить поперечных волн; поэтому здесь будут рассмотрены только скорости плоской волны.

Изучение изменений скорости плоской волны показывает, что различия в плотности (на пути волны) лишь в очень незначительной степени влияют на скорость ее распространения. Поскольку содержание рассола является функцией солености и температуры, скорость плоской волны можно рассматривать как функцию содержания рассола во льду.

Прохождение волны в низкотемпературном слое рассматривалось отдельно по следующим причинам: 1. Значительные изменения скорости плоской волны не могут быть следствием какого-либо явления у нижней, границы ледяного поля, так как температура и соленость здесь почти все время (пока существует ледяное поле) остаются практически постоянными. 2. Поскольку наибольшие изменения температуры  и  содержания рассола происходят в верхних слоях льда, ожидалось, что благодаря стоку количество рассола в низкотемпературном слое будет минимальным, а это в свою очередь позволит наилучшим образом определить взаимосвязь между скоростью прохождения плоской волны и содержанием рассола во льду. Обычно при проведении работ содержание рассола в низкотемпературном слое действительно было меньше, чем на больших глубинах, однако в нескольких случаях оказалось, что содержание рассола на этом участке выше среднего для всей толщины ледяного поля.

Анализ данных показывает, что если на графики наносить только точки, полученные в холодное время (до наступления чередования теплых и холодных периодов), то все они окажутся в пределах участка кривой BCD (на обоих графиках). Повышение температуры (или ее циклическое изменение) приводит к уменьшению скорости плоской волны при том же количестве рассола во льду (участок CF). Физический смысл этого явления заключается в том, что при повышении температуры рассол стекает и вместо капель жидкости во льду появляются воздушные пузырьки (ячейки, из которых вытек рассол), которые оказывают значительно большее воздействие на перераспределение напряжений во льду при распространении в нем упругой волны, чем первоначальные заполненные рассолом ячейки. Точка А на обоих графиках характеризует скорость  распространения плоской волны в пресном озерном льду; величина этой скорости Vр = 3410 м/сек. Кривая экстраполирована до точки А, так как она характеризует лед с «нулевым» содержанием рассола. Точка Е на обоих графиках отмечает максимальное количество рассола, которое может наблюдаться в ледяных полях согласно теории Андерсона и Викса. В обоих случаях кривая экстраполирована до точки Е; после этого скорость волны становится равной скорости распространения звука в воде.

Рассмотрим влияние колебаний плотности и содержания рассола на скорость распространения плоской волны. Если считать, что капли рассола имеют цилиндрическую форму (высоту цилиндра примем равной единице, радиус — равным а) и распределены равномерно по длине и диаметру образца льда, причем расстояние между ними равно 2с, то вызванное миграцией рассола изменение плотности льда выразится (изменение объема не происходит). Уменьшение массы льда т осуществляется за счет стока рассола с массой т, которая равна произведению плотности рассола q, его объем V. Таким образом, для цилиндрической капли рассола с высотой, равной единице,

Это сравнение наглядно демонстрирует преобладающее влияние содержания рассола на скорость распространения плоской волны. По Андерсону, найденное выше изменение плотности должно быть исправлено на небольшую величину, учитывающую воздействие температуры. Необходимо отметить, что хотя полученные нами расчетные величины и близки к действительным, физическая модель ячейки (капли) рассола не соответствует истинной. Потери (сток) рассола происходят неравномерно по длине стенки ячейки.

Полученные при экспериментах величины скорости делятся на две группы, характеризующиеся линиями А я В. Причину этого явления невозможно определить по графику, как это было с участком кривой BCD на, так как падение температуры на участках обеих линий одинаково. Поскольку содержание рассола во льду является функцией его температуры и солености, для каждого значения температуры оно может иметь разную величину в зависимости от солености. Таким образом, если соленость льда непостоянна, нельзя ожидать, что скорость распространения плоской волны будет изменяться в соответствии с температурой. На основании данных экспериментальных наблюдений и приведенного выше анализа ясно, что определяющим фактором для скорости распространения плоской волны в морском льду является содержание рассола.

/> />

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

Свежие записи