таяние льда это какое явление
Таяние льда это какое явление
Вещества в твёрдом состоянии плотнее, чем в жидком. Но вода — исключение.
Эта статья была опубликована в журнале OYLA №11(27). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.
Из курса физики известно, что при нагревании тело или жидкость расширяется, то есть увеличивается в объёме, а при охлаждении сжимается. Масса остаётся такой же. А плотность, напротив, при нагреве уменьшается, при охлаждении увеличивается, так как плотность обратно пропорционально объёму:
Один литр воды при 90°С весит примерно 964 грамма. При охлаждении до четырёх градусов, сжимается в объёме до 964 мл. Посчитаем, как изменяется плотность. Масса воды не меняется в процессе охлаждения.
Плотность воды при температуре 90°С равна:
964 г / 1000 мл = 0,964 г / мл
А при температуре 4°С:
964 г / 964 мл = 1 г / мл
Чем ниже температура, тем выше плотность воды. Вспомните закон Архимеда: если плотность тела больше плотности воды, то тело тонет. Лёд — замёрзшая вода — холоднее жидкой, значит, плотность льда должна быть больше, и лёд «обязан» тонуть. Но тут не всё так просто!
Все жидкости при охлаждении замерзают и превращаются в твёрдое тело. Для разных жидкостей температура замерзания разная, но общее правило не нарушается: при замерзании твёрдая часть тонет в незамёрзшей жидкости. Так ведут себя практически все жидкости, кроме «непослушной» воды. Сначала вода уменьшается в объёме. Так происходит, пока температура не достигнет 4°C. При дальнейшем охлаждении вода медленно расширяется, а при замерзании 0°C скачкообразно расширяется. В итоге объём воды увеличивается примерно на 10% — так что может разорвать ёмкость, в которой замерзает. Именно поэтому работники коммунальных служб хорошо знают, что зимой нельзя допустить появления льда в трубах с водой. Он обязательно разорвёт металлические трубы, какими бы прочными они не были.
Водородная связь ограничивает способность молекул воды образовывать плотную кристаллическую решётку. Вода кристаллизуется в относительно неплотную гексагональную кристаллическую структуру, которая содержит внутри ячеек пустоту размером с целую молекулу.
С наступлением зимы мы достаём коньки и готовим их к сезону катков. Обязательно относим на заточку перед катаниями. Но у новичков часто возникает вопрос: почему лезвия коньков такие узкие? Ведь на них неудобно не то что кататься, а даже стоять.Это не случайно: когда вы стоите на коньках, ваш вес через узкие лезвия коньков давит на лёд.
У коньков маленькая площадь опоры, поэтому давление на лёд — большое. При большом механическом давлении лёд под коньками тает и в этом месте появляется тонкая плёнка воды, благодаря чему коньки скользят. Но это возможно лишь тогда, когда на улице не очень холодно. При сильном морозе лёд под коньками тает плохо, поэтому кататься труднее.
Обычно вода при замерзании кристаллизуется — вспомните спаянные в красивый узор кристаллы снежинки. Учёные применяли низкие температуры, сверхбыстрое замораживание, охлаждение под большим давлением, сочетали эти «пытки» между собой. В результате получили так называемый аморфный лёд, не содержащий кристаллов. Аморфный лёд используется для замораживания биологических материалов: органов, клеток, тканей животных или человека. При обычном замораживании образующиеся кристаллы льда повреждают клетки органов и тканей.
Метод со сверхбыстрым охлаждением используют в крионике — технологии сохранения в состоянии глубокого охлаждения только что умерших людей и животных в надежде на то, что в будущем их удастся оживить и при необходимости вылечить.
Аморфный лёд образуется при сверхбыстром охлаждении воды до температуры –137 °C за тысячные доли секунды. При быстром замораживании кристаллы просто не успевают образоваться.
На сегодняшний день науке известно 17 (!) видов кристаллического льда, отличающихся формой кристаллов, плотностью и даже электрическими свойствами.
Правда, на Земле практически весь лёд относится к одному виду, названному «обычный кристаллический лёд» или по-научному — лёд Ih. В верхних слоях атмосферы изредка встречается и другая форма — лёд Ic. Все остальные виды льда получены в лабораториях экспериментальным путём. Но они могут встречаться на других планетах или кометах.
Фазовая диаграмма воды
Лёд может иметь одну из 17кристаллических структур (Ih, Ic – XVI) в зависимости от условии (температуры и давления).
Тройная точка воды соответствует значениям температуры и давления, при которых вода одновременно существует в трёх фазах — в твёрдом, жидком и газообразном.
В критической точке поверхностное натяжение жидкости падает до нуля, поэтому исчезает граница раздела фаз жидкость-пар. Такое состояние называется сверхкритической жидкостью.
На нашей планете около 30 млн кубических километров льда. Самые большие запасы находятся в Антарктиде. Это около 90% всего льда Земли, или порядка 80% пресной воды нашей планеты. Вполне вероятно, что проблема недостатка пресной воды может нас вынудить использовать антарктический лед в качестве источника питьевой воды. Однако просто топить запасы льда в Антарктиде не получится — это приведёт к другой глобальной проблеме, влияющей на климат Земли. Но эта тема достойна отдельной статьи
Режим разморозки: что происходит с ледниками по всему миру
Таяние ледников — одно из последствий изменений климата. Средняя температура Земли почти дошла до 15 ℃, и это самый высокий показатель за 3 миллиона лет. Каждый день тает больше 1 млн т льда — для сравнения, потопивший «Титаник» айсберг оценивают «всего» в 75 тыс. т. Все это чревато ураганами, наводнениями, затоплением городов и стран, резким спадом сельского хозяйства и другими экономическими убытками.
«Ледниковым вопросом» занимаются ученые-гляциологи. Они изучают особенности ледников и процессы, которые ведут к их таянию или заморозке. Посмотрим, что говорят последние исследования.
Таяние ледников в реальном времени
Сколько тонн ледникового покрова растаяло в этом году:
Арктика может остаться без ледяного щита
Арктический регион расположен между Северным полюсом и Северным полярным кругом. Он простирается на территории восьми государств, в том числе России. Страны регулярно собираются на Арктический совет и разрабатывают стратегии по сохранению региона, но ситуация с ледниками все равно тревожная — они тают даже быстрее, чем предсказывали ученые.
По словам гляциолога Дианы Владимировой, даже небольшое таяние морского льда в Арктике меняет циркуляцию в океане и атмосфере — и последствия мы буквально ощущаем на себе. Так было летом 2019 года, когда россияне в июле кутались в пальто, а во Франции люди страдали от аномальной жары.
Диана Владимирова, гляциолог, кандидат географических наук, научный сотрудник Института географии РАН:
«Стихийные бедствия и погодные аномалии происходят всё чаще. Ураганы в США, лесные пожары в Сибири и Австралии, летние снегопады, засухи — мы уже живем с этими последствиями глобального потепления, не нужно ждать десятки лет, чтобы их заметить. Надеюсь, что международные соглашения вроде Парижского помогут глобально снизить выбросы парниковых газов в атмосферу и, соответственно, сдержать глобальное потепление. Если глобальная климатическая система отреагирует на такие изменения, частота опасных природных явлений снизится».
Ледники Гренландии вызовут массовую миграцию
Гренландия — второй на планете после Антарктиды ледяной щит. По площади (1 710 000 кв. км) он больше, чем Франция, Испания и Германия вместе взятые. Исследования показывают, что через 200 лет тающий щит повысит уровень Мирового океана на 48–160 см. А уже к концу XXI века могут быть затоплены не только ближайшие к арктическому побережью объекты инфраструктуры (порты, аэропорты, дороги), но и целые города. По подсчетам ученых, это представляет угрозу для 400 млн людей.
Тающие ледники не так далеко, как кажется, — 70% населения Земли проживают в пределах 160 км от побережья, а значит, зависят от уровня Мирового океана. Если весь лед на полюсах и горных вершинах растает, под водой окажется значительная часть Европы, включая Санкт-Петербург.
На более оптимистичный сценарий пока рассчитывать не приходится: в 2020 году сотрудники Центра полярных и климатических исследований им. Берда подтвердили, что ледники Гренландии прошли точку невозврата. Это значит, что люди уже не смогут повлиять на повышение уровня Мирового океана — только смягчить последствия и подготовиться к миграции.
«Даже если климат останется прежним или станет немного холоднее, ледяной щит все равно будет терять массу», — отмечает Микалеа Кинг, ведущий автор исследования.
Исландия хоронит свои ледники
Исландия в переводе значит «страна льдов», но с каждым годом территория все меньше соответствует названию. Так, в августе 2019 года здесь официально похоронили ледник Окйокуль. Площадь соседних ледников также уменьшается, и через 200 лет ожидается полная «разморозка» острова.
По словам министра окружающей среды и природных ресурсов Исландии Гудмундура Инги Гудбрандссона, таяние ледников приведет к серьезным экологическим и экономическим проблемам: к изменению флоры и фауны, повреждению коммуникаций и инфраструктуры, спаду туризма, рыболовства и сельского хозяйства, а также к повышению риска извержений вулканов, которые «дремлют» в ледниках. Кроме того, это может негативно сказаться на эмоциональном состоянии исландцев, ведь гордость страны буквально исчезает у них на глазах.
Документальная короткометражка «После льда» наглядно показывает, как исландские ледники уменьшаются с годами:
Вечная мерзлота нагревает планету
Опасения вызывают и «просыпающиеся» после размораживания бактерии и вирусы. На Ямале уже наблюдали вспышку сибирской язвы — возможно, ее вызвало тело зараженного оленя, которое оттаяло спустя 75 лет после захоронения. Биологи предполагают, что в недрах земли могут скрываться патогены, которые в прошлом вызывали эпидемии испанского гриппа, оспы и бубонной чумы. А исследователи из США уже обнаружили в образцах льда 33 вирусных популяции, 28 из которых ранее не были известны.
Диана Владимирова, гляциолог, кандидат географических наук, научный сотрудник Института географии РАН:
«Вирусы действительно оттаивают, но внимание нужно обратить скорее на борьбу с последствиями. На примере коронавируса мы убедились, как важно вкладывать средства в центры вирусологии, центры изучения и производства вакцин. Образцы бактерий и вирусов уже можно добывать из вечной мерзлоты, а значит, подготовиться до того, как они растают, попадут в воду, почву, животных и людей».
Антарктика тоже тает
Антарктика — это южная полярная область Земли, в состав которой входят континент Антарктида и акватории прилегающих океанов с островами. Ледяной щит здесь даже больше, чем в Гренландии (4 500 м против 3 000 м), а значит, его таяние грозит еще большим подъемом уровня воды в Мировом океане. Научные исследования и международное сотрудничество в регионе поощряет Договор об Антарктике.
Теплая вода размывает самый важный ледник
«Самый важный в мире», «самый опасный», «ледник судного дня» — все это антарктический ледник Туэйтса, который по размерам примерно равен Великобритании. Исследование 2020 года показало, что на его таяние уже приходится 4% повышения уровня Мирового океана каждый год и процесс только усиливается из-за теплого водного слоя в основании.
Если от ледника Туэйтса будут откалываться большие айсберги, это нарушит всю систему льдов Западной Антарктиды и приведет к затоплению территорий, частым ураганам и тайфунам — причем такой коллапс может произойти в ближайшие десятилетия. В начале 2020 года уже затонули два необитаемых острова в Индонезии, такая же участь может постигнуть целые страны — Тувалу, Науру и Кирибати. А повышение уровня Мирового океана на метр приведет к тому, что Мальдивы на 80% окажутся под водой.
От потепления в Антарктике страдают и животные — в первую очередь пингвины. Осадков становится больше, яйца тонут в гнездах, а вылупившиеся птенцы промокают, замерзают и погибают. Некоторые популяции сократились на 90%.
Горные ледники ведут себя неоднозначно
Запасы льда есть не только в Арктике и Антарктике. По словам гляциолога Павла Лысенка, горные ледники заслуживают не меньшего внимания, так как непосредственно влияют на жизнь людей.
Павел Лысенок, гляциолог, магистрант кафедры криолитологии и гляциологии географического факультета МГУ:
«Горные ледники существуют везде, на всех широтах, почти на всех континентах. Почему горная гляциология важна? Например, где-нибудь на Кавказе живут довольно много людей, в Альпах — еще больше, в регионах Памира и Тянь-Шаня — огромные скопления людей. Это первое. Второе — горные ледники гораздо острее и быстрее реагируют на изменение климата».
Давайте посмотрим, что происходит на пространстве между Северным и Южным полюсами.
В Альпах две трети ледников растают к концу века
По прогнозам швейцарских ученых, ледовые запасы Альп уменьшатся на 50% к 2050 году, а к 2100 году растает как минимум две трети — примерно 2 667 из 4 000 ледников. Исчезнуть может даже внесенный в список Всемирного наследия ЮНЕСКО Алечский ледник, самый обширный и протяженный в Европе.
В 2018 году на леднике Алеч разместили коллаж из 125 тыс. детских рисунков и писем. Все они посвящены борьбе с глобальным потеплением:
Горнолыжный туризм потребует больших вложений или полностью прекратится, а для пешего туризма придется разрабатывать новые маршруты и правила безопасности. В краткосрочной перспективе таяние ледников может развить этот сектор экономики за счет last-chance туров, но их реализацию затрудняет нестабильная обстановка в регионе: камнепады, лавины, обрушения шельфовых ледников. К тому же посещение тающего ледника — не самая экологичная идея. Чтобы добраться до него, туристам понадобится полный бак бензина или авиаперелет, а значит, увеличатся выбросы углерода в атмосферу.
«Когда вы путешествуете к месту назначения, которое находится на грани исчезновения, вы фактически его разрушаете», — предупреждает Марк Гру, специалист по экологическому планированию и доцент Университета Северной Британской Колумбии.
В Азии нашли ледниковую аномалию
С 1975 по 2019 год ледники в Гималаях потеряли четверть массы и продолжают таять. Самые высокие горные вершины по-прежнему покрыты снегом и льдом, но на высоте от 5 000 до 5 500 м уже появилась растительность — ранее это считалось невозможным из-за низких температур. Ученые предсказывают, что к 2100 году в Гималаях исчезнет от трети до половины всего льда.
Гималайские ледники питают семь крупных рек Азии и тем самым обеспечивают водоснабжение для 2 млрд людей. Их исчезновение вызовет нехватку воды в Индии, Китае, Бангладеш, Пакистане и ряде других стран. Значительно сократится сельское хозяйство: рис, пшеницу и сахарный тростник будет сложно выращивать без талых вод. А прорывы ледниковых озер приведут к наводнениям и затоплению населенных пунктов.
В то время как ледники в Гималаях уменьшаются, ледники других азиатских гор — Каракорума и Куньлуня — устойчивы и местами даже растут. За счет этой аномалии снижается уровень Мирового океана — правда, всего на 0,006 мм в год.
Перито-Морено — ледник, который выживает
Ледник Перито-Морено в аргентинской Патагонии — третье по величине пресноводное хранилище после Антарктики и Гренландии. В отличие от большинства «собратьев», он почти не меняет своего положения. Ученые не могут точно сказать, почему, — возможно, дело в крутом угле наклона, который делает ледник устойчивым.
Каждые несколько лет появляются новости, что Перито-Морено «взорвался», «сломался», «рухнул в озеро» — но это не значит, что он растаял. В озеро падает не весь ледник, а только ледяная арка, и этот момент надеются застать тысячи туристов.
Павел Лысенок, гляциолог, магистрант кафедры криолитологии и гляциологии географического факультета МГУ:
«В Аргентине ледники признаны национальным достоянием, вся хозяйственная деятельность, связанная с ледниками, строго отрегулирована. Все ледники входят в состав национальных парков. Мне посчастливилось побывать в Патагонии — и это правда очень красиво.
Но если суммировать весь баланс массы всех ледников мира, то он будет отрицательным, причем сильно отрицательным. И те самые ледники Патагонии, в общем-то, будут как капля в море».
Что в итоге
Нельзя утверждать, что тают абсолютно все ледники на планете. Но рост некоторых из них — исключение, а не позитивная тенденция. Основные ледяные запасы находятся в Арктике и Антарктике и неуклонно уменьшаются. Поэтому ученые выдвигают самые разные идеи по их спасению:
Внести свой вклад в борьбу с глобальным потеплением (а значит, и с таянием ледников) может каждый. Подробности — в материалах РБК Трендов:
таяние льда
Смотреть что такое «таяние льда» в других словарях:
таяние льда — tirpimas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Kietos medžiagos virtimas skysta dėl aplinkos (pvz., šilumos) poveikio (pvz., ledo tirpimas). atitikmenys: angl. melting; thaw; thaw of ice or snow; thawing; thawing of ice or snow… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
таяние — tirpimas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Kietos medžiagos virtimas skysta dėl aplinkos (pvz., šilumos) poveikio (pvz., ledo tirpimas). atitikmenys: angl. melting; thaw; thaw of ice or snow; thawing; thawing of ice or snow… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
таяние снега — tirpimas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Kietos medžiagos virtimas skysta dėl aplinkos (pvz., šilumos) poveikio (pvz., ledo tirpimas). atitikmenys: angl. melting; thaw; thaw of ice or snow; thawing; thawing of ice or snow… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
таяние — ▲ плавление ↑ снег, и, лед таяние плавление кристаллов льда в теплую погоду. снеготаяние. таять. талый. стаять. проталина. протаять. капель. сосулька. полый (полые воды) … Идеографический словарь русского языка
Лед — (физ.) твердое тело, образующееся из воды при понижении ее температуры до нуля и ниже. Переход воды в Л. есть физическое явление и совершается без изменения химического ее состава, но газы, растворенные в воде, при замерзании выделяются; соли… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Россия. Физическая география: Климат — Р. занимает такое большое пространство не только с З. на В., но и с С. на Ю., что климат разных ее частей, конечно, очень различен; но несправедливо довольно распространенное мнение, что в Р. встречаются все климаты от полярного до тропического:… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Ледники — движущиеся естественные скопления льда атмосферного происхождения на земной поверхности. Образуются из твёрдых атмосферных осадков там, где в течение года их отлагается больше, чем стаивает и испаряется; соответственно состоят из области… … Большая советская энциклопедия
абляция — уменьшение массы снега и льда в леднике или снежном поле за счёт таяния, испарения, сдувания снега, обвалов льда и откалывания айсбергов. Абляция происходит в осн. в тёплое время года и зависит от метеорологических условий, прежде всего от тем ры … Географическая энциклопедия
Пояса физико-географические — наиболее крупные зональные подразделения географической оболочки. Каждому П. ф. г. свойственны особый режим тепла и влаги, свои воздушные массы, особенности их циркуляции и как следствие этого своеобразная выраженность и ритмика… … Большая советская энциклопедия
Фрам — У этого термина существуют и другие значения, см. Фрам (значения). Фрам Fram … Википедия
Таяние льда это какое явление
Как вы считаете, можно отличить физическое явление от химического?
