Введение

Введение

Эксперименты по получению кристаллов льда проводились в цистерне. Поскольку в настоящее время работа приостановлена для ремонта поврежденной в результате пожара рефрижераторной камеры, вниманию читателя предлагается предварительное сообщение о влиянии внешних условий на формирование кристалла. Вопрос о влиянии внутренней структуры пока не разрешен. Эксперименты будут продолжены, как только это станет возможным.

Ориентировка кристаллов в ледяном слое, покрывающем поверхность воды, определяется главным образом ориентировкой первых появляющихся на поверхности кристаллов. Как показано ранее, при формировании и росте ледяного покрова кристаллы стремятся сохранить ориентировку своих кристаллографических осей неизмененной. Только в особых случаях, когда под ледяным слоем оказывается значительное количество воздуха, может возникнуть новая система, расположение кристаллов в которой будет отличаться от первоначального; при дальнейшем увеличении толщины ледяного покрова ориентировка ледяных кристаллов, из которых этот покров растет, не будет постоянной.

Для исследования влияния внешних факторов была проведена серия экспериментов, в которых переменными величинами были температурный градиент, число ядер кристаллизации и соленость воды. Резервуар, использованный для проведения экспериментов, имел надежную термоизоляцию, а для поддержания постоянной температуры на его боковых стенках укреплялись проволочные нагреватели. Объем воды в резервуаре составлял 30 л, поверхность воды представляла собой прямоугольник размером 30X50 см. Чтобы при льда в воде не возникало сильных давлений, у дна резервуара укреплялись две тяжелые пластмассовые бутылки с пластмассовыми трубами, выведенными над поверхностью воды. Сверху резервуар закрывался тонкой крышкой; расстояние между крышкой и поверхностью воды составляло около 3 см. Для изменения солености в воду вносилось различное количество или других комбинаций солей. В камере, внутри которой находился резервуар, в течение неограниченного времени можно было поддерживать нужную температуру воздуха.

В закрытом резервуаре вода находилась в переохлажденном состоянии и раз начавшийся процесс  замерзания  шел  очень быстро. При закрытой крышке на ее внутренней стороне появлялся иней; падая с крышки в воду, кристаллы инея становились ядрами кристаллизации. Эта ситуация вполне соответствовала природной, когда на поверхность моря падают кристаллы снега или инея. Результаты показаны. Эти наблюдения не доведены до конца из-за повреждения рефрижераторной камеры.

Тем не менее некоторые особенности достаточно ясно видны из проведенных наблюдений. При низких (около -30° С) температурах кристалл растет очень быстро. Мелкие частицы образуют большое количество ледяных кристаллов. Во всех экспериментах в закрытом резервуаре ориентировка осей с (Кристаллов была горизонтальной. При открытом резервуаре в дистиллированной воде возникали кристаллы с вертикальной осей с. Когда температура снижалась ниже -40° С, оси с кристаллов были горизонтальны и в открытом резервуаре.

Влияние закрытой крышки еще заметно в интервале температур между от -20 до -10° С. Оси с кристаллов, возникающих в дистиллированной воде, ориентированы вертикально независимо от того, закрыта или открыта крышка. Однако уже при незначительной солености в резервуаре с закрытой крышкой начинали появляться кристаллы с беспорядочной ориентировкой. С увеличением солености число кристаллов, расположенных наклонно относительно вертикали, быстро возрастало. По черной пунктирной линии на можно приближенно определить нижний предел температуры, при котором в закрытом резервуаре еще наблюдаются кристаллы с горизонтальной ориентировкой осей с. При определенных значениях солености кристаллы, растущие в открытом резервуаре, были ориентированы вертикально; наклонно расположенные кристаллы можно было обнаружить только при наибольших значениях солености. Этот предел отмечен светлой пунктирной линией.

При температурах выше -10° С количество инея на крышке быстро уменьшалось и соответственно этому становилось меньше и ядер кристаллизации. В этом случае возникали более крупные по размерам кристаллы. Разницы в росте кристаллов при открытом или закрытом резервуаре не было заметно. К сожалению, эти эксперименты завершить не удалось.

При детальном исследовании такого типа льда на его нижней поверхности были обнаружены выступающие плоские сосульки. Они достигали нескольких сантиметров в ширину, но были очень тонкими и часто обламывались, когда лед вынимали из резервуара. В этих пластинках оси с кристаллов были расположены под прямым углом к поверхности. В зависимости от расположения пластинок относительно поверхности льда — вертикального или наклонного — оси с кристаллов были либо горизонтальны, либо наклонны.

Пластинки росли быстро и сохраняли свои свойства до тех пор, пока шло формирование ледяного поля, на котором они развивались. При соединении нескольких таких пластинок возникали фигуры трехгранной или кубической формы, в которых оси с были вертикальны. При наклонном расположении пластинок пространство между ними обычно очень невелико и нередко удавалось наблюдать на глубине более 3 см кристаллы с невертикальным расположением осей с. Можно предположить, что в озерном или морском льду возникнут условия, при которых произойдет изменение ориентировки кристаллов.

На фотографии шлифов (в поляризованном свете) такого пластинчатого льда обнаружились цепочки нитевидных кристаллов, очевидно являвшихся частью самой пластинки. Вращая шлиф, можно рассмотреть все особенности слоистого участка. Если направление оси с каждого обломка кристалла измерено отдельно и мы считаем, что обломок характеризует пространственное распространение кристалла (при условии, что расслоение кристалла произошло без резкого изменения ориентировки обломков.- Ред.), когда структурная диаграмма кристаллов, содержащихся в шлифе, построена, то дополнительные данные позволяют уточнить строение ледяного тела.

Чем больше размеры пластинок, тем более изрезана их поверхность и мельче кристаллы, из которых они состояли; как правило, оси с наиболее крупных кристаллов вертикальны, а у меньших более или менее горизонтальны.

В настоящее время мы намереваемся продолжить исследование, взяв образцы природного льда. Такой лед должен при формировании подчиняться аналогичным законам, однако условия его возникновения не могут быть известны достаточно полно. Во всяком случае, у нас уже есть объяснение причины появления в одном и том же месте совершенно различного льда в разные годы. На одном из озер, в частности, мы обнаружили, что в один год оси с кристаллов льда были ориентированы вертикально, а в следующем году — горизонтально; в течение некоторого времени это обстоятельство вызывало известное замешательство.

Читайте так же:

Комментарии запрещены.