Физические свойства морского льда

Главная особенность морского льда — его соленость, под которой понимается соленость воды, образующейся при его таянии. Ее величина прямо зависит от солености воды, из которой лед кристаллизовался, и от скорости его нарастания. Соленость льда в среднем близка 10% солености воды. С течением времени соленость его уменьшается, и многолетний лед бывает почти совсем пресным.

Кристаллический лед всегда пресный, соленость привносится включениями ячеек с жидкой водой (рассолом) между кристаллами льда. Размер ячеек обычно невелик — десятки граммов на килограмм льда. Соленость рассола в них может значительно превышать соленость воды в море. Она зависит от температуры рассола, а следовательно, и льда. Так, при температуре -2 °С соленость равна 37‰,при -10 °С — 144‰, а при -20 °С — 237‰. При изменении температуры льда изменяется и соленость рассола: при понижении температуры соленость в ячейке растет вследствие вымерзания воды из рассола, при повышении — уменьшается вытаиванием льда из оболочки ячейки. Такие изменения температуры и солености рассола не влияют на среднюю соленость льда. Количество ячеек с рассолом хоть и невелико, но их существование сказывается на многих физических свойствах льда — тепловых, механических и т. п.

От количества ячеек с рассолом зависит теплоемкость льда. Чистый лед имеет теплоемкость вдвое меньшую, чем вода, а у морского льда она зависит от его средней солености и температуры. При низкой температуре теплоемкость морского льда приближается к 2,2 кДж/(кг • °С), а вблизи температуры замерзания сильно возрастает: при температуре -2 °С и солености 4‰она равна 19,4, а при солености 10‰ — 44,5 кДж/(кг • °С). Такие большие значения теплоемкости имеют весьма существенное значение при расчетах теплового баланса.

Плотность чистого морского льда меньше плотности воды и равна приблизительно 900 кг/м³. Плотность морского льда несколько больше плотности пресного из-за находящегося в нем рассола. На плотность льда влияют также включения пузырьков воздуха, минеральных частиц, различная в толще льда температура, поэтому плотность льда в его отдельных частях различна. Но среднюю плотность льда легко определить, используя закон Архимеда: если льдину представить в виде цилиндра или призмы, то среднюю ее плотность r_л дает формула

r_л = , (10.8)

где h _л — общая толщина льдины, м; z — ее осадка (толщина подводной части), м; r_в — плотность воды, кг/м³. Эта формула позволяет рассчитать отношение осадки льдины к ее возвышению над поверхностью воды (z/(h _л - z));при средней плотности льда 900 и воды 1030 кг/м³ это отношение равно 7,0.

Механические свойства морского льда также зависят от его структуры и температуры. Так, его твердость по шкале для минералов определяют при температуре 0°С в 1,5 балла (твердость льда находится между твердостью талька и каменной соли), а при -40 °С — около 4 баллов (как у плавикового шпата).