книги из ГПНТБ / Океанография и морская метеорология учебник

Т а б л и ц а 15

Проходимость льдов

1 Корабль идет свободно, не меняя курса и скорости

2Корабль идет по разводьям

3Корабль встречает препятствия, но идет по. курсу,

оставляя за собой канал

4То же, но не оставляя канала

5Корабль идет переменными курсами, форсируя пере­

мычки

6Корабль пробивается сквозь лед, сохраняя генераль­ ный курс

7Корабль таранит лед ударами, не сохраняя генераль­ ного курса

8Корабль периодически останавливается, ожидая бо­ лее благоприятных условий

9 Корабль зажат льдами, не может двигаться, попав

втяжелые льды

—лед затрудняет плавание кораблей с усиленным корпусом, следующих за ледоколом;

—лед затрудняет плавание ледоколов;

—лед непроходим даже для мощных ледоколов. Следует отметить, что понятие проходимости льдов в

значительной степени относительно, так как особенно­ сти состояния льдов, погоды, времени суток, а также степень опытности командира в ледовом плавании из­ меняют это понятие в достаточно широких пределах.

В последние годы в связи с интенсивным подледным плаванием появились новые ледовые термины, в том числе:

— ледяной потолок — дрейфующий лед с точки зре­ ния подводника;

—окно во льду — тонкие места в ледяном потолке, обычно тоньше 1 м;

—благоприятный лед — ледяной потолок со значи­

тельным количеством (не менее 10 на 30 миль плава­ ния) больших окон, полыней и разводий, позволяющих подводной лодке всплыть;

— неблагоприятный лед —ледяной потолок, в кото­ ром нет больших окон [5].

199

Свойства морского льда. Морской лед по своей структуре представляет собой совокупность смерзшихся кристаллов чистого пресного льда, содержащего в ячей­ ках между ними включения крепкого рассола из мор­ ской воды, а также пузырьков воздуха, минеральных и органических примесей.

С о л е н о с т ь морского льда — выраженная в про­ милле (%о) абсолютная концентрация солей в воде, по­ лученной при его таянии; лежит в пределах 0—18% о (при среднем значении 3—8 %о).

Соленость молодых льдов оказывается тем больше, чем выше соленость морской воды, из которой он обра­ зовался, чем быстрее протекал процесс льдообразова­ ния и чем больше пористость и гигроскопичность льда. В среднем соленость льда в начале зимы в 4—5 раз меньше солености морской воды, из которой он образо­ вался. С течением времени солевой рассол из льда вы­ текает в море, благодаря чему к середине зимы лед заметно уменьшает свою соленость. Весной рыхлый, раз­ рушающийся, пропитанный морской водой лед вновь становится более соленым. Арктические льды со време­ нем совершенно опресняются (S = 0,01—1,0%о).

При средней солености морской воды 35% о образо­ вание льда начинается при температуре —1,9° С, соот­ ветствующей температуре кристаллизации карбонатов. Но в солевых ячейках льда еще остается некоторое ко­ личество рассола, в котором отдельные соли выкристал­ лизовываются при более низких температурах, поэтому остающийся рассол полностью затвердевает только при —55° С. Это обстоятельство определяет ряд термических

0,49 кал/(г-°С); с понижением температуры теплоем­ кость незначительно понижается. Теплоемкость же мор­ ского льда заметно уменьшается с понижением темпе­ ратуры и особенно с уменьшением его солености. В ре­ альных условиях удельная теплоемкость морского льда изменяется в широких пределах — от 0,5 до 16 кал/(г • °С), что обусловлено аномальными тепловыми процессами в

2 0 0

в результате образования дополнительных объемов льда в солевых ячейках при понижении температуры от 0 до —23° отмечается аномальное расширение льда, и толь­ ко при более низких температурах, когда большинство солей в ячейках кристаллизуется, происходит нормаль­ ное сжатие льда с уменьшением температуры. Величина линейного термического коэффициента расширения мор­ ского льда при этом меняется в очень широких преде­ лах (от —9 -ІО- 4 до 5 - ІО-5), обусловливая возникнове­ ние во льду больших напряжений, вызывающих измене­ ние структуры и подвижки льда.

Теплота плавления морского льда незначительно от­ личается от теплоты плавления пресного льда. Удель­ ная теплота плавления морского льда поэтому прини­ мается равной 79,67 кал/г.

Теплопроводность чистого морского льда примерно в пять раз выше теплопроводности морской воды. При­

ся то обстоятельство, что полюс холода в Северном по­

Заметим также, что теплопроводность верхнего слоя льда, более насыщенного воздухом, оказывается при­ мерно на 1/3 меньше указанной выше величины, по­ этому лед является естественной защитой вод океана от выхолаживания.

П р о з р а ч н о с т ь и цвет. Нилас и молодые льды оказываются прозрачными для прямой и рассеянной солнечной радиации в коротковолновом диапазоне излу­ чения с длинами волн от 0,2 до 4,0 мкм. Пройдя ледяной покров, солнечные лучи поглощаются верхним слоем воды. Нагреваясь, вода сама становится источником длинноволнового излучения с длинами волн более 4 мкм, которое лед сильно поглощает. Возникает парниковый, или оранжерейный, эффект, в результате которого вода под льдом не только не охлаждается, но и несколько на­ гревается.

С переходом в следующую возрастную стадию про­ зрачность белого льда уменьшается, а поглощение сол­

201

нечных лучей резко возрастает, обусловливая таяние льда с поверхности и последующее разрушение.

Снежный покров на льду до 90% солнечной энергии отражает обратно в атмосферу, предохраняя лед от тая­ ния до тех пор, пока на снегу не появятся пятна талой воды — снежицы, менее прозрачные для солнечных лу­ чей, чем лед, и поэтому быстрее нагреваемые. С этого момента начинается интенсивное разрушение ледяного покрова.

Цвет чистых льдов материкового происхождения, а также опресненных многолетних льдов — голубоватый. Однолетние льды имеют зеленоватый оттенок, молодые

ского льда зависит от его температуры, солености и по­ ристости. Зависимость плотности от температуры опре­ деляется термическими аномалиями морского льда, об­ условливающими уменьшение, а затем увеличение плот­ ности льда по мере понижения температуры.

Плотность чистого пресного льда при 0°С равна 0,918 г/см3, у молодого морского льда она достигает 0,953 г/см3, но к концу зимы заметно уменьшается (до 0,860 г/см3) по мере опреснения льда.

Пористостью льда называют выраженное в процен­ тах отношение объема воздуха, находящегося во льду, к общему объему льда. Высокое содержание воздуха в морских льдах обусловлено замещением им вытекаю­ щего из льда рассола, в связи с чем пористость льда в распресненных морях оказывается ниже, чем в соленых (4—5% и 8—13% соответственно). С увеличением пори­ стости плотность льда уменьшается.

равенство веса льда весу вытесненной подводной ча­

202

рл — плотность льда;

Р„ — плотность воды.

Вреальных условиях значения отношений (4.5) ле­ жат в пределах от 1,5 до 9,0.

В определенных пределах нагрузок лед ведет себя как упругое тело, т. е. обладает способностью после пре­ кращения действия деформирующего напряжения воз­ вращаться в первоначальное состояние, восстанавливать свои форму и объем. Величину напряжения, при кото­ ром деформации перестают быть обратимыми, называют пределом упругости. При расчетах прочности льда этот предел принимается равным 0,5 кгс/см2. При напряже­ ниях, превосходящих предел упругости, лед получает де­ формацию, которая не вполне исчезает и после снятия нагрузки, т. е. становится пластичным. Пластическая деформация в конце концов приостанавливается, после

—на излом — 17;

—на разрыв— 1 1 ;

—на срез — 7;

—на скручивание — 4.

Однако следует подчеркнуть, что в зависимости от структуры льда, его температуры и солености действи­ тельные значения разрушающих нагрузок могут значи­ тельно отличаться от средних: в различных условиях лед может вести себя как упругое, пластичное или твер­ дое тело.

Морской лед более пластичен и труднее поддается дроблению на части, чем пресноводный (речной или глетчерный) лед, который очень крепок, но менее пла­ стичен. Чем выше соленость льда, тем менее он прочен, более вязок и пластичен. При понижении температуры прочность льда повышается, одновременно увеличивает­ ся его хрупкость. Особенно пластичны ниласовые льды толщиной до 1 0 см при температуре, близкой к темпе­ ратуре плавления; такие льды, не ломаясь, повторяют очертания зыби, наползают на берег.

203

Пористый лед менее прочен, наибольшей прочностью обладает прозрачный лед, прочность же внутриводного льда значительно ниже. Снежный покров делает лед более пластичным, предохраняя его от переохлаждения; такой лед не колется кораблем, а обминается.

Твердость льда зависит от температуры и при очень низких температурах близка к твердости горных пород. Механические характеристики льда учитываются при расчетах ледовых переправ, автодорог и аэродромов. Ориентировочные данные о величинах допустимых на­

Из всех приближенных формул для расчета грузо­ подъемности морского льда наиболее обоснованной счи­ тается формула, полученная М. М. Казанским и А. Р. Шульманом:

204

Плавание во льдах. Все моря, омывающие берега Советского Союза, в зимнее время в той или иной мере покрываются льдами. Наличие ледяного покрова делает плавание во льдах совершенно особым видом плавания, усложняет, а порой исключает использование некоторых видов оружия и боевой техники ВМФ. Плавание во льдах требует от командиров кораблей и соединений опыта такого плавания, знания особенностей ледового режима. Для продления сроков навигации наша страна имеет мощный ледокольный флот, в том числе единст­ венный в мире атомный ледокол «Ленин».

Появление тяжелых льдов приводит либо к прекра­ щению плавания надводных кораблей, либо к сущест­ венным ограничениям даже в морях умеренных широт. Встреча со льдами, если командир не предпримет мер предосторожности, чревата аварийной ситуацией.

Информацию о льдах (географическое положение кромки льда, его сплоченность, скорость и направление дрейфа, а при достаточно разреженных льдах — разме­ ры льдин) на сравнительно большом удалении от ко­ рабля можно получить с помощью радиолокационных станций. Отдельные крупные льдины, ледяные поля и острова, айсберги хорошо фиксируются и с помощью гидролокационных станций. Полезно использовать также признаки приближения к льдам, в частности ха­ рактерные белесоватые отсвечивания (ледяной отблеск) на нижних слоях облаков и др.

Плавание во льдах связано с излишним расходом топлива, износом корпуса и механизмов, увеличением времени на переход. Особо труднопроходимы тороси­ стые поля сплоченностью 8 баллов и более, в которых даже мощные ледоколы если и продвигаются, то очень медленно,- тараня лед ударами.

205

Затертые в плавучих льдах корабли становятся не­ управляемыми и дрейфуют вместе со льдами. Ветер, течения, сгонно-нагонные и приливные колебания уров­ ня существенно изменяют условия ледового плавания, разрежая или сплачивая плавучие льды. Сжатия льда сопровождаются его уплотнением, степень которого зави­ сит от интенсивности вызвавшего его фактора и харак­ тера препятствия, затрудняющего свободное движение льда. Особенно опасны для кораблей сжатия на границе плавучих льдов при смене сильных приливных течений. Такие сжатия продолжаются от 0,5 до 2 ч; им обычно предшествуют следующие явления:

—канал за кормой начинает быстро сужаться;

—у корабля резко ухудшаются маневренные каче­

ства;

—появляется характерный треск и скрежет льдов

[19].

Скопления льдов следует ожидать в зонах конвер­ генции (схождения течений), в центрах антициклонических течений и в тех районах, где течения ослабевают. Разрежение льдов и образование полыней наблюдаются обычно в зонах дивергенции (расхождения течений), в центрах циклонических течений, а также в тех районах, где скорости течения увеличиваются. Вследствие воз­ действия отклоняющей силы вращения Земли течения, направленные вдоль берега, либо сплачивают льды у берега, либо относят их в море, образуя у берега по­ лыньи и разводья.

Гряды торосов, полосы разрозненного льда, по­ лыньи и разводья обычно располагаются поперек направления ветра или вдоль фронта приливной волны.

Скорость перемещения морских льдов под действием ветра возрастает со скоростью ветра. В открытых ча­ стях морей и океанов она приблизительно в 50 раз мень­ ше скорости ветра. При умеренных скоростях ветра на­ правление ветрового дрейфа льдов отклоняется на угол около 60° вправо (в Северном полушарии) или влево (в Южном) от направления ветра. С возрастанием ско­ рости ветра этот угол уменьшается, приближаясь к 30°. Согласно исследованиям Н. Н. Зубова чисто ветровой дрейф сплоченных льдов направлен вдоль изобар таким образом, что низкое давление остается слева, а скорость

2 0 6

ной карте давления, мбар/км.

Следует иметь в виду, что корабли, гидротехнические и другие инженерные сооружения, находящиеся в зоне припая, испытывают сильный напор льдов, обусловлен­ ный их термическим расширением; для предупреждения повреждений необходимо ограждать их каналом шири­ ной около полуметра, пробиваемым во льду в расстоя­ нии 3—5 м от объектов.

Кораблям и подводным лодкам не рекомендуется приближаться к айсбергам, встреча с которыми возмож­ на в умеренных и даже субтропических широтах. В этих широтах подводная часть айсбергов постепенно подтаи­ вает, остойчивость уменьшается — бывает достаточно легкого ветра, чтобы ледяная гора перевернулась.

Для успешного действия подводных лодок в Аркти­ ческом бассейне необходимо знать положение полыней и разводий как мест возможного всплытия. Организа­ ция противолодочной и других видов обороны при нали­ чии ледяного покрова имеет ряд особенностей тактиче­ ского и технического характера. При низких температу­ рах воздуха возможно обледенение кораблей, что сни­ жает их боевые возможности, а при определенных усло­ виях становится опасным. Все это вызывает необходи­ мость иметь на флоте хорошо организованную ледовую разведку для четкого гидрометеорологического обеспе­ чения действий сил и средств ВМФ, специальные посо­ бия для плавания во льдах.

§ 19. ЛЕДОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ НА МОРЯХ

Наблюдения над льдами русские мореплаватели, промышленники и рыбаки вели издавна. Особо серьез­ ное внимание этим наблюдениям стало уделяться в годы

207

Советской власти в связи с освоением севера и северовостока страны и развитием судоходства по Северному морскому пути. Создана сеть полярных гидрометеоро­ логических станций, дрейфующих станций СП и автома­ тических радиометеорологических станций (ДАРМС), выполнены многочисленные судовые наблюдения, про­ ведены крупные гидрографические и океанографические экспедиции, создан специальный научно-исследователь­ ский институт, занимающийся проблемами Арктики и Антарктики (ААНИИ). Особенно большую работу в об­ ласти ледовых разведок выполняют самолеты созданной в 1929 г. полярной авиации. Значительный вклад в изу­ чение Арктического бассейна внесен подледными пла­ ваниями советских подводных лодок с атомными энер­ гетическими установками. Советские океанографы раз­ работали ряд теоретических вопросов, связанных с ле­ довым режимом и проблемами активного плавания в полярных морях.

Цели и организация ледовых наблюдений на морях.

Главными целями наблюдений на морях являются:

— обеспечение безопасности плавания;

—оперативное предупреждение мореплавателей о ледовой опасности, освещение условий плавания и про­ водки судов и кораблей через льды;

—отыскание возможных мест всплытия подводных

лодок;

—выбор площадок для оборудования ледовых аэро­ дромов;

—изыскание ледовых автодорог и переправ;

—обеспечение промысловых нужд рыбаков и зверо­

боев;

—выявление общего состояния ледового покрова по

всем замерзающим морям и установление физической сущности процессов образования, перемещения и исчез­ новения льдов для прогнозирования ледовой обстановки и создания ледовых пособий.

Решение этих задач возможно лишь при комплекс­ ном анализе взаимодействия океана, атмосферы и суши. Поэтому ледовые наблюдения должны быть поставлены так, чтобы можно было собрать материал для такого всестороннего анализа. Однако следует иметь в виду, что в ряде случаев практически полезные выводы могут быть получены и на основе массовых попутных судовых

2 08