Лёд представляет собой твёрдую фазу воды, знакомую каждому жителю умеренных широт. С наступлением зимы природа преображается: лужи покрываются хрустальной коркой, а поверхность рек и озёр сковывается прочным ледяным панцирем, превращая водоёмы в зеркальные плоскости.
Как и почему образуется лёд?
Массовое образование льда запускается при понижении температуры воздуха, а затем и воды до 0°C. При достижении этой критической отметки в воде начинают формироваться молекулы льда. Их ключевое отличие от жидкой воды заключается в строгой кристаллической структуре: атомы кислорода и водорода выстраиваются по углам шестиугольной решётки. Такое расположение создаёт больше свободного пространства, делая лёд менее плотным, чем вода. Именно поэтому он не тонет, а плавает на поверхности. Это уникальное свойство играет жизненно важную роль: ледяной покров действует как теплоизолятор, защищая глубинные слои водоёмов от дальнейшего промерзания. Если бы лёд был тяжелее воды, он опускался бы на дно, постепенно заполняя весь водоём снизу вверх, что кардинально изменило бы экосистемы.
Глобальное значение льда на планете
Лёд — один из самых распространённых минералов на Земле. Его масштабы поражают: ледники покрывают около 16,2 млн км², а морские льды — до 25 млн км². Ежегодно снежный покров, по сути являющийся разновидностью льда, образуется на площади до 126 млн км². К концу зимы в Северном полушарии масса сезонного льда и снега достигает астрономических 24,2 квадрильона тонн. При этом масса только постоянных полярных льдов в пять раз превышает вес всей земной атмосферы.
Разнообразие форм и процессов льдообразования
Образование ледяного покрова — это поэтапный процесс. Сначала на воде появляются тонкие иглы и «сало» — едва заметная плёнка. Затем формируется «блинчатый лёд», который, смерзаясь, создаёт сплошной покров. На озёрах под действием ветра у берегов часто образуются торосы — нагромождения льда.
На реках с быстрым течением лёд может формироваться иначе. Здесь часто возникает внутриводный (донный) лёд, который всплывает в виде рыхлой массы, называемой «шугой». Скопления шуги могут создавать «зажоры» — ледяные заторы, препятствующие течению и вызывающие зимние паводки, опасные для инфраструктуры.
Уникальные ледяные явления
Особое явление, широко распространённое в Сибири, — это наледи (по-якутски «тарын»). Они похожи на гигантские творожистые ледяные поля, медленно тающие летом. Некоторые наледи достигают размеров 8–10 км и питаются грунтовыми водами, пробивающимися сквозь вечную мерзлоту.
В сильные морозы можно наблюдать «алмазную пыль» — мириады мельчайших ледяных кристаллов, парящих в воздухе и сверкающих на солнце. В арктических условиях при тумане и ветре лёд может нарастать на любых предметах, создавая причудливые ледяные «рубашки».
Лёд выпадает на землю в виде инея, изморози и, конечно, снега с его разнообразными кристаллическими формами. Град и ледяная крупа — тоже разновидности атмосферного льда.
Морской лёд и его особенности
Ежегодно лёд образуется на поверхности морей полярных океанов, покрывая до 7% акватории Мирового океана и создавая серьёзные препятствия для судоходства. Морская вода замерзает при температуре около -1.8°C из-за содержания солей. Интересно, что формирующийся лёд постепенно «выдавливает» соли, что иногда приводит к появлению на его поверхности желтоватого налёта.
Образование морского льда также начинается с «сала» и «блинчатого» льда, который затем смерзается в обширные ледяные поля. Их толщина редко превышает 2–3 метра даже в центре Арктики. Под влиянием течений и ветров льды дрейфуют, растрескиваются, образуя полыньи, а при сжатии — мощные торосы, которые долгое время были непреодолимым барьером для исследователей Арктики.
Покорение льда человеком
Сегодня мощные ледоколы, такие как атомный «Арктика», впервые достигший Северного полюса в 1977 году, прокладывают путь судам. Практика зимней навигации в Арктике расширяется. Для управления льдами используются различные методы: ускорение таяния за счёт зачернения поверхности сажей, применение взрывчатых веществ, специальных реагентов и даже испытания воздействия ультразвуком. Борьба со льдом и его использование продолжают оставаться важной задачей науки и техники.