Гидродинамическим
аналогом ледовых ландшафтов в Мировом океане в незамерзающих морях являются
районы с резкой стратификацией, или расслоением поверхностных вод (например, в
тропиках). Здесь также затруднен обмен теплом между слоями воды и атмосферой. Аналогом
водных ландшафтов среди льдов служат районы типичного "апвеллинга" –
поднятия глубинных вод (как например, у юго-западных берегов Южной Америки и
Африки). Здесь океан интенсивно обменивается теплом с атмосферой. Эти места
славятся обилием рыбы.
|
По степени
подвижности, динамичности различают ландшафты морей с преобладанием выноса льда
и с преобладанием его приноса. В тихую, морозную
погоду в начале замерзания в любых водоемах ландшафт один – ровный, неподвижный
лед. Однако в каждом море зимой преобладают свежие ветры определенного сезонного
направления. "Ветер дует – лед дрейфует". И вот там, где лед зимой
непрерывно перемещается, происходят очень существенные изменения между
структурными элементами ландшафта – как на поверхности, так и в толще воды.
Эти изменения
можно изобразить на простой схеме (рис. 61). На этой схеме четырехугольник
означает берега моря, стрелки вверху – направление ветров, овал в
четырехугольнике – припайные льды. В левой части схемы за припаем по ходу ветра
возникает водный ландшафт – полынья, справа перед припаем – ледовый ландшафт – массив.
В левой половине схемы – область выноса, где льдов мало, правой части схемы – область приноса, где льдов много.
Рис. 61. Схема замерзающего
моря в плане. Четырехугольник – берега моря; стрелки вверху – направление
ветров (слева направо ветра преобладают); овал – припайные льды. Левая часть
схемы – область выноса льдов; правая – область приноса
|
Вопросы и задания
1. Почему
криогенные зоны Земли не круглые, а овальные?
2. Что такое
области выноса и приноса льдов? Где они находятся по отношению к массиву?
3. Чем отличаются
водные и ледовые ландшафты?
42. Азональность
чукотских морских ландшафтов
Современный
Северный Ледовитый океан не всегда считался ледовитым. Долгое время о природе
высоких широт бытовали разноречивые сведения. Так, почти четыре столетия
существовала легенда об "открытом незамерзающем полярном море". В
числе приверженцев этой теории были такие знаменитые исследователи, как Г. Гудзон
в ХVII в., М.В. Ломоносов в XVIII в., Н. Шиллинг, М.М. Геденшторм, Жюль Верн,
Г. Ламберт в XIX в., Д.И. Менделеев, С.П. Попов в начале ХХ в. и многие другие.
"Теория
открытого Полярного моря" вобрала в себя все доводы и объяснения, которые
создали люди для доказательства возможности существования незамерзающих вод в
замерзающих морях. Люди думали, раз морской лед пресный, а морская вода
соленая, значит, лед в море принесен из рек. Таким образом, преодолев ледовый пояс,
можно попасть в незамерзающие высокие широты, по которым можно проплыть и к
Полюсу. Другие, чтобы объяснить растапливание льдов на Полюсе, ссылались на
длинный полугодовой день в высоких широтах, или на тепло подводных вулканов,
или на эффект "чертова колеса" на вращающейся Земле, или на теплые
течения, уходящие куда-то на Север.
"Теория
открытого Полярного моря" противоречила здравому смыслу и общеизвестному
закону зональности. Однако, ее рациональное зерно заключалось в том, что она
пыталась ответить на практические вопросы – почему все-таки в полярных морях
находили незамерзающие воды? Теория эта прямо или косвенно содействовала снаряжению
более 20 крупных полярных экспедиций – от Р. Торна и В. Баренца в XVI в. до Ю. Пайера
и Д. Де-Лонга в XIX в. Эти экспедиции искали в Арктике либо новые земли, либо
новые морские пути из Атлантического океана в Тихий.
К началу XIX в.
русские землепроходцы и экспедиции М.М. Геденшторма, П.Ф. Анжу, Ф.П. Врангеля
обрисовали северную кромку неподвижных, припайных льдов, обнаружив
действительно незамерзающее море – так называемую "Великую Сибирскую
полынью". На карте М.М. Геденштрома по внешней границе припая было написано:
"По сему пространству оканчиваются льды и начинается открытый северный
океан". Открытие северной "полыньи" произвело яркое впечатление
на западных ученых. С тех пор термин "полынья" стал международным и
попал в современную "Номенклатуру морских льдов", утвержденную
Всемирной Метеорологической организацией.
Противоречивость
сведений о распределении льдов и вод в арктических морях давно удивляет
полярных исследователей. Еще Р. Амундсен, пройдя в 1919 г. от места зимовки
корабля "Мод" у о-ва Айон на восток, откровенно недоумевал, почему
самые тяжелые ледовые условия встретились в самой южной части Северо-Восточного
прохода, у берегов Чукотского п-ва. Другой пример подтверждает аномальные
тепловые инверсии в Восточно-Сибирском море: в сентябре 1911 г.
"Таймыр" с трудом боролся со льдами у о-ва Колючин, а гораздо
севернее пароход "Вайгач" в это время в свободном плавании обогнул
о-в Врангеля по чистой воде.
|
С.О. Макаров в
1894 г. в книге "Витязь" и Тихий океан" привел много примеров,
не укладывающихся в общепринятые представления. Например, Охотское море у
Охотска не замерзает всю зиму, а гораздо южнее р. Амур не может растопить льды
своего устья. В Анадырском же заливе Берингова моря самые теплые воды были найдены
в северной части. Жители села Сиреники всю зиму за припаем видят открытую воду,
а гораздо южнее, в Анадыре и в бухте Угольной жители всю зиму видят лед до
горизонта. Такая же картина наблюдается в Канаде в Баффиновом и Гудзоновом
заливах.
Эти факты – не
обман зрения. Термика и льды Анадырского залива, как и многих полярных заливов,
относительно тепловых климатических зон Земли перевернуты,
"реверсивны", ненормальны, по-ученому – азональны. Почему это
происходит?
В самом общем
виде размещение морских ландшафтов определяется конфигурацией материков и
океанов. Зимой материки являются холодильниками, океаны – нагревателями, а
летом – наоборот. Зимой над теплым океаном воздух поднимается вверх,
закручивается "по правилу буравчика" против часовой стрелки, формируя
циклон. Над сушей, наоборот, холодный воздух опускается вниз, закручивается по
правилу буравчика по часовой стрелке, образуя антициклон.
Рис. 62. Фрагмент
карты температур поверхностных вод Берингова моря, приведенная С.О. Макаровым в
1894 г. в книге "Витязь" и Тихий океан". На карте показаны
августовские изотермы: видно, что на севере Анадырского залива температуры вод
выше, чем на юге
|
|
Изобразим простую
схему: материк и два океана по бокам, как на рис. 63. Из рисунка видно, что
зимой на западе Евроазиатского материка будут преобладать ветры южные, а на
востоке, на Чукотке – ветры северные. И наша картина "море в плане"
на западе континента ляжет областью выноса на юг, а на востоке, наоборот, – на
север. Значит, в северном полушарии в западных морях распределение
водно-ледовых ландшафтов носит нормальный, зональный характер, а в восточных
морях – перевернутый, ненормальный, "азональный". Азональное
размещение водно-ледовых ландшафтов свойственно всем антарктическим морям.
Зональное
размещение ландшафтов гармонично вписывается в общую природную картину, а вот
азональное – создает парадоксальные контрасты, которые не всегда и не всем
понятны.
Рис. 63. Схема
евроазиатского материка в плане зимой. Материк изображен четырехугольником, над
ним – область повышенного атмосферного давления. Видно, что на западе материка (в
Атлантике) преобладают ветры южные, а на востоке (на Чукотке) – ветры северные.
Если море находится на западе материка, то его область выноса находится на юге,
если на востоке (на Чукотке) – то область выноса (полынья) находится на севере
|
В Северном
Ледовитом океане четыре центра действия атмосферы создают две полярно
противоположные области – выноса и приноса льдов. В областях выноса находятся
хорошо известная Сибирская полынья и менее известная Канадская. В областях
приноса льдов формируются Сибирский и Канадский океанические массивы. Поэтому в
Ледовитом океане моря Карское, Лаптевых и Бофорта имеют зональное распределение
ландшафтов, а в Восточно-Сибирском и Чукотском морях размещение ландшафтов –
азональное. Таким образом, море южнее Чукотки сравнимо и похоже с Охотским
морем, Баффиновым заливом, с антарктическими морями. А море севернее Чукотки по
своему динамическому режиму сравнимо с севером Гренландии, только широта
поменьше.
Вопросы и задания
1. Почему ветры у
западных и восточных берегов континентов имеют разное и противоположное
направление?
2. Что общего
между южной Чукоткой и Антарктидой, между северной Чукоткой и Гренландией?
3. Что такое
"азональное" распределение льдов и к чему приводит непонимание этой
"азональности"?
4. Расскажите о
"теории открытого Полярного моря" и ее роли в изучении Арктики.
43. История
изучения льдов Чукотки
Начало
специальных физико-географических исследований восточных арктических морей
связано с экспедициями Академии наук под руководством Э.В. Толля в конце XIX -
начале ХХ вв. Первая такая экспедиция отправилась на поиски Земли Санникова,
однако, не найдя ее, собрала обширный материал по льдам Карского и "Сибирского"
морей (так тогда называлось все водное пространство от Таймыра до Аляски).
Позднее участники этого похода создали Государственную гидрографическую
экспедицию Северного Ледовитого океана (ГЭСЛО), которая на теплоходах
"Таймыр" и "Вайгач" планомерно и последовательно изучала
северные льды.
За годы своей
работы ГЭСЛО удалось положить на карту северное побережье страны, оборудовать
навигационные пути: первый путь – в районе Берингова пролива был промерен в
1910 г., второй – от Берингова пролива до Колымы – в 1911 г. В 1914–1915 гг.
впервые был пройден весь Северный морской путь с востока на запад. Впервые в
1911 г. русские моряки вступили на остров Врангеля, обогнули его с севера. У
берегов южной Чукотки были найдены сероводородные ямы, гидрограф А.В. Колчак
составил температурные карты Берингова пролива. На основании этих карт была
выявлена инверсия, "азональность" природных характеристик многих
морей Чукотки, однако это явление не было воспринято мореходами. Именно
непонимание инверсии чукотских льдов привело к зимовке п/х "Мод" у
мыса Сердце-Камень в 1920 г., к повреждениям п/х "Сибиряков" в 1932
г., к ледовому плену и гибели "Челюскина" зимой 1933–1934 гг. Это
непонимание сохраняется и до текущих дней, вызывая ежегодные поломки
атомоходов.
В 30-х годах
движением арктического флота стал руководить штаб морских операций с
научно-оперативной группой. Спецификой его деятельности была нестандартность и
гибкость подходов. Одним из первых открытий штаба стало понимание того, что
природа восточных арктических морей принципиально отличается от природы западных.
Чукотское море, с одной стороны, самое южное по широте, и вместе с тем, самое
тяжелое по ледовым условиям. От Карского моря к Чукотскому, чем дальше на
восток, тем больше погибших от льдов судов.
У специалистов
западных учреждений – морских и научных – часто проявлялось (и проявляется)
непонимание специфики восточных условий. Например, почему на западе Арктики
реализовано зимнее плавание, а на востоке – нет. Почему на западе Арктики можно
выгружаться на припай полуострова Ямал, а на востоке, на мысе Шмидта – нельзя.
Почему западные ледоколы в восточной Арктике обычно начинают свою работу с
поломки лопастей. Почему на западе от июня к августу, по мере таяния льда,
скорости проводок караванов возрастают, а на востоке... снижаются! Почему к
осени, с началом замерзания, ледовая обстановка на западе зачастую заметно
улучшается, а на востоке всегда резко ухудшается. И так далее.
Для того, чтобы
ответить на все эти вопросы, штабы морских операций в Арктике приложили много
усилий по изучению режима каждого арктического моря. На проводке судов стали
использовать самолеты ледовой разведки. Вокруг штабов выросла вся современная система
гидрометеорологического обеспечения флота. С этого времени силами Арктического
института (ААНИИ) развернулось всестороннее изучение морских льдов по всем
направлениям – от лабораторных опытов до высокоширотных экспериментов, от натурного
до математического моделирования.
Среди первых
физиков, гляциологов, мерзлотоведов, океанографов, изучавших чукотские льды,
надо назвать В.Я. Альтберга, Б.М. Вайнберга, В.Ю. Визе, Н.Н. Зубова, В.В. Шулейкина,
П.А. Шумского, С.В. Лутковского, С.В. Калесника, И.С. Песчанского, Б.А. Савельева
и других. К 1942 г. М.М. Сомов, П.А. Гордиенко, Н.А. Волков определили понятие
о ледяных массивах как о районах, в которых летом устойчиво сохраняется лед
сплоченностью более 7 баллов (то есть более 70% видимой акватории).
К началу 50-х
годов в каждом море выделили по несколько массивов. Каждому массиву были
посвящены обобщающие работы. Исследованию были подвергнуты стационарные
полыньи. Появление спутниковой информации с середины 60-х годов окончательно рассеяло
последние сомнения насчет особенностей распределения льдов. Стало ясно, что
стационарные скопления льдов – ледяные массивы – и такие же стационарные
разряжения – заприпайные полыньи – являются объективной реальностью,
свойственной всем замерзающим морям планеты Земля.
|
Рис. 64.
Гидрологическая карта Чукотского моря: а – течения на поверхности моря; б –
кромка паковых льдов; в – кромка плавучих льдов в навигационный период; г –
ледяные массивы |
Сейчас усилиями
многих поколений исследователей по каждому полярному морю накоплен обширный
фактический материал, зафиксированный в виде лоций, справочников, руководств,
научных монографий и разнообразных атласов основных природных характеристик.
Научное
обеспечение ледового мореплавания развиваясь, совершенствуясь и технически
оснащаясь, добилось высоких достижений и богатых результатов. Общее количество
томов научных трудов ААНИИ ныне превысило четвертую сотню, сборник научных статей
"Проблемы Арктики и Антарктики" насчитывает свыше шести десятков
номеров. Информационный бюллетень Советской антарктической экспедиции превысил
сто выпусков, издано более 85 томов трудов Советской антарктической экспедиции.
Вопросы и задания
1. Попробуйте
найти в энциклопедии упомянутые в этой главе фамилии.
2. Что такое
ГЭСЛО?
3. Подготовьте
небольшой доклад (рассказ) об арктическом путешествии какого-нибудь парохода, используя
литературу, приведенную в конце этой главы.
44. Толщина льда
и навигационные условия
|
Морская вода
соленая, а лед – пресный. Опуская детали и тонкости механизма ледообразования,
разберемся, как формируются реальные льды в море. Нарисуем чашу моря в виде
обычной тарелки в профиль: в середине глубоко, по краям – мелко, как на рис.
65.
Рис. 65. Схема
замерзающего моря в профиль. Преобладают (90%) ветры, дующие слева направо.
Слева – область выноса, справа – приноса. Внизу изображен график намерзания
льда: зона А – лед нарастания равен льду реальному; зона Б – лед нарастания
больше льда реального; зона В – лед нарастания меньше льда реального
В тихую погоду на
поверхности полярных морей лед может возникать даже при положительной
температуре воды и воздуха, даже среди лета. М.В. Ломоносов и поморы называли
такие льды "ночемержами", которые затем при малейшем ветерке "в
чепуху разбиваются".
После дня
осеннего равноденствия (22 сентября), когда ночи становятся длиннее,
выхолаживание пересиливает дневное таяние, и поверхность моря замерзает в виде
ровной плиты. На открытых акваториях, на широких пространствах морей и крупных
озер неподвижный лед обычно взламывается ветрами, превращается в дрейфующий,
подвижный лед, который перемещается в основном по направлению ветра, создавая
полыньи в области выноса и массивы в области приноса.
На нашей схеме
"море в профиль" ветер дует слева направо, и толщина льда
увеличивается тоже слева направо. Слева лед ровный, справа он сбивается в
торосы и нагромождения. Над северной Чукоткой от Биллингса к Уэлену высота
торосов на припае достигает высоты 30 м, в глубину эти торосы уходят на 20 м. Получается
толщина льда в половину высоты Исаакиевского собора! Таков реальный лед у
северных берегов Чукотки. |
У южных берегов
Чукотки лед ровный, мористее – полынья. Зато на юге Анадырского залива, на
подходах к устью р. Анадырь и к бухте Угольной опять к концу зимы набиваются
барьеры высотой до 15 м и в глубину до 10–20 м. Значит, на нашем графике кривая
толщины льда реального возрастает слева направо от нуля до высоты в 30 м.
Лед реальный
виден глазом, он ясен и понятен, хотя иногда у некоторых вызывает недоумение,
откуда наворотило такие горы. Например, в Певек из ААНИИ поступает запрос: где
и как вы нашли "толстый лед" в Анадырском заливе... Ну что на это
сказать? Приезжайте, помотрите!
Чтобы не
запутаться в дальнейшем изложении, выделим три вида льда:
– лед реальный
(тот, который виден);
– лед
нормального, естественного намерзания (тот, который зимой неподвижен,
промерзает сверху, нарастает снизу);
– лед
динамического местного нарастания (тот, который взламывается и выносится, и
сейчас не виден, хотя тут был в момент возникновения).
А теперь нарисуем
на нашем профиле (рис. 65) толщину льдов местного нарастания. Как будет идти
эта кривая и в каких величинах измеряться? Лед нарастания – это тот лед, который
возник за зиму в каждой точке нашего "профиля моря". Это очень важная
характеристика, пока не отраженная ни в одной ученой книге.
Представьте себе,
что осенью, в августе, на северную Чукотку надавило массив. Старые, остаточные
льды уткнулись в берег, укрыли поверхность моря от морозов. Полярные станции не
могут измерить толщину молодого льда, ибо нет ровного места, все льдины стоят
"на попа". Их называют "ропаки". Так сколько же здесь
возникло зимой льда? А нисколько! Ноль! Морозы сверху не в состоянии пробить
многометровую толщину старых льдов и добраться до той воды, из которой
образуется молодой лед.
А сколько
местного льда возникает в левой части "профиля", в области выноса, в
полынье, в том месте, где его вроде бы нет и не было? Этот вопрос важен для
многих сторон жизни всего Мирового океана, в нем "зарыта собака", в
нем ключ к решению многих проблем. Спутники показывают, что полыньи существуют
всю зиму, при любых морозах. В полынье лед образуется ежесуточно, ежеминутно,
ежесекундно. Но его выносят ветры в сторону массива.
Прямые наблюдения
и специальные эксперименты обнаружили, что при морозе в 20°C на
образование первого сантиметра требуется 6 мин. При такой скорости
ледообразования получается: за час 10 см, за сутки 240 см, за месяц 72 м, за
7-8 месяцев зимы толщина льдов местного нарастания превышает 500 м (пять
Исаакиевских соборов!).
Итак, вдоль
профиля замерзающего моря:
– справа от
массива лед реальный многократно превышает лед нарастания;
– слева, за
припаем в полыньях (при отсутствии льда реального) лед нарастания на два
порядка превышает лед естественного намерзания;
– и только слева
в припае все три вида льдов – естественного намерзания, динамического
нарастания и реального – по своей толщине одинаковы.
Таким образом,
кривые толщин льда реального и толщин льда нарастания асимметричны относительно
середины моря и обратны друг другу. Запомним, как выглядит кривая толщин
местного нарастания льда. Она определяет собой все остальные характеристики
моря.
Кривая толщины
льда реального позволяет представить себе условия ледового плавания в любом
замерзающем море в зависимости от азональности его ландшафтов. Для этого надо
расположить профиль по линии преобладающего зимой ветра.
Так, для Анадырского
залива слева изображаются подходы к Провидения и Эгвекиноту, справа – к бухте
Угольной. Значит, в северные порты зимой плавать можно, а в более южные –
нельзя. Для Чукотского моря на нашем профиле слева должна находиться Аляска
(Барроу), справа мыс Шмидта. Для всего Северного морского пути слева лежат
западные моря с портами Диксон, Тикси, справа – восточные с портами Певек,
Шмидт.
Схема показывает,
что на западе Арктики природа способствует зимнему плаванию и выгрузке на
припай, а на востоке она этому предельно противится. На западе осадка судов
больше толщины льдов, на востоке, наоборот, толщина льдов больше осадки судов. Непонимание
этой простой схемы приводило к тому, что западные ледоколы много лет начинали
свою работу на востоке обычно с ... поломки лопастей.
Cправа: Рис. 66 а)
Ледяная склянка. При охлаждении моря сначала образуется ледяное сало – мелкие
кристаллы в виде ледяных игл, сросшиеся между собой. Сало по виду напоминает
мелко истертый лед. Морская вода, покрытая салом, кажется тяжелой, как ртуть. При
дальнейшем охлаждении и совершенно спокойном состоянии моря вся его поверхность
покрывается тонкой блестящей коркой льда – склянкой. Когда корабль идет по
такой "склянке", слышен очень характерный звук, напоминающий звон
битого стекла
|
|
Для ледового
мореплавания самый тяжелый лед – сжатый, независимо от возраста и толщины.
Степень сжатия определяют циркуляционные, вращательные особенности льдов
Северного Ледовитого океана. В Ледовитый океан ведут два пролива: Фрама и Берингов.
От каждого пролива на восток вдоль берегов полдороги – полынья, затем полдороги
– сжатый массив, прижатый к берегу. И наоборот, от каждого пролива на запад
полдороги – сжатый массив, затем полдороги – полынья. Самые сильные сжатия и
самые трудные ледовые условия находятся как раз левее пролива!
Преодолевают эти
трудности маневром либо в пространстве, либо во времени. Маневр в пространстве
означает обход тяжелых мест с севера. Маневр во времени означает выжидание
удобного момента, когда сжатия ослабнут. |
Рис. 66 б) Палеокристический (многолетний) лед |
Вопросы и задания
1. Что такое лед
нарастания и чем он отличается от льда реального?
2. Попробуйте в
морозный день вычерпать лед из рыболовной лунки в течение определенного времени
– 10–20 мин. А потом пересчитайте, сколько получится за всю зиму.
45. Осолонение,
перемешивание, газо- и теплообмен во льдах
Соленость – одна
из главнейших характеристик морской воды. Она уменьшается стоком пресных вод
или таянием льдов, а увеличивается за счет испарения в тропиках или за счет ледообразования
в высоких широтах. Вода соленая, а
лед пресный. Когда лед уносит дрейфом, соли остаются на месте. На нашем
"профиле" видно, что в областях выноса льдов осолонение достигает
максимальных величин.
Рис. 67. Схема
течений в морях, омывающих Чукотку. Сплошными стрелками показаны теплые
течения, пунктирными – холодные |
Нормальное
осолонение происходит только под ровным припаем. Под массивами осолонение мало,
при таянии массивов соленость снижается. А вот в полыньях зимнее осолонение
достигает величин, иногда даже превышающих нормальную океаническую соленость в
35 промиллей (35 г на литр). Это создает пятна высокосоленых вод как на
поверхности, так и на глубинах. Поэтому севернее Чукотки летом солености малые,
а южнее – высокие.
Морские воды
стратифицированы, они лежат слоями: вверху легкие, внизу тяжелые. Жизнь моря
зависит от перемешивания с поверхности. Ветровое перемешивание при осенних
штормах достигает глубин в 100–200 м. Перемешивание за счет осолонения называют
вертикальной циркуляцией. Оно распространяется, как утверждают, тоже не более,
чем на 200 м в глубину.
Долгое время
ученые ломали голову над вопросом, где и как формируются глубинные воды морей и
океанов. Чтобы циркуляция достигла дна, считают они, на поверхности должно
возникнуть 3–5 м льда, а это невозможно. Ведь даже в самые холодные зимы и в Арктике,
и в Антарктике спокойный лед намерзает только до 2 м в толщину. Наша кривая
толщины льда нарастания показывает, что зимняя полынья южнее Чукотки, в которой
возникают сотни метров льда (наряду с другими), участвует в формировании
глубинных вод не только Берингова моря, но всей северной части Тихого океана.
Гидрохимические
особенности водно-ледовых ландшафтов определяются степенью газообмена, глубиной
вертикальной циркуляции и перераспределением солевого состава за счет эвтектических
температур (при которых соли выпадают в осадок). |
В полыньях
поверхностные воды обогащаются кислородом сверху и биогенными солями снизу. Чем
вода холоднее, тем больше в ней растворено кислорода. Где нет кислорода, там
появляется сероводород и сернистые соединения, как в Черном море. На Черное море
похожа бухта Певек и бухта Провидения, где имеются ямы, и глубже пороговые
глубины.
В районах выноса
содержание карбонатов и сульфатов в воде снижается, а содержание хлоридов -
повышается. Ведь всем известно, что простая соль замерзает только при морозе в
–20°C.
Теплоотдача в
атмосферу прямой и скрытой теплоты ледообразования опять-таки эквивалентна
толщине льдов местного нарастания: в полыньях – много, в массивах – мало. Эта
теплоотдача зимой создает абсолютный и относительный отепляющий эффект.
Особенно ярко эти эффекты проявляются в азональных ландшафтах – в Баффиновом,
Охотском и Беринговом морях. Здесь в северных частях температура воздуха
абсолютно выше, чем в более южных районах. Например, в море севернее Чукотки
зимой на о-ве Врангеля теплее, чем на мысе Шмидта. В море южнее Чукотки в
Провидения теплее, чем в бухте Угольной.
Особые условия
видимости в районе полыней порождали в прошлом легенды о гипотетических,
предполагаемых землях, типа Земли Санникова в Арктике или Земли Уилиса в
Антарктике. Так, сержант Андреев в апреле 1763 г. с Медвежьих островов отметил:
на северо-востоке "едва чуть вдеть синь синеет, или назвать какая чернь...
что такое, земля или полое море, о том в подлиннике обстоятельно донести не
имею". Сержант писал про "полое море", про полынью, и не его
вина, что потом его последователи нарисовали здесь "Землю Андреева".
Полыньи – темные,
они "жадно" ловят солнечное тепло. Массивы – белые, они это тепло
отражают. Поэтому весной полыньи становятся центрами очищения моря, а массивы
надолго консервируют воду от прогрева сверху.
К концу лета, к
осени, после вытаивание всех льдов на месте полыней на поверхности моря
остаются пятна теплых и соленых вод, а на месте массивов – пятна холодных и
распресненных. Во всех азональных ландшафтах восточных морей, в том числе в
Чукотском и Беринговом, теплые пятна находятся севернее холодных, что так удивляло
и удивляет специалистов – от С.О. Макарова и Н.Н. Зубова до многих нынешних.
Вопросы и задания
1. Равномерно ли
соленая вода в море подо льдами?
2. Где образуются
глубинные воды морей и океанов, включая тропики?
3. Какие вы
знаете истории о Земле Санникова? Какие существуют гипотезы по поводу этой
земли?
46. Анизотропия
морских ледовых ландшафтов
Долгое время
считалось, что массив – месиво, мешанина, хаотическое скопление самых разных
льдов, сжатое и смерзшееся, – имеет одинаковую прочность по разным
направлениям. Таким образом предполагалось, что морской лед изотропен
("изо" – одинаково).
С начала 1960-х гг.
мощные ледоколы стали активно преодолевать ледяные массивы. Обобщение работы
ледоколов в разных льдах разных морей обнаружило, что лед всюду обладает
свойствами анизотропии: он разрушается не одинаково, не как попало, а по избирательным
направлениям, присущим самому льду.
Любопытный штрих
к научным взглядам: геологи давно осознали, что литосфера колется, как морской
лед, а вот гидрологи, океанологи, ледоведы эту мысль воспринимают с трудом, не
понимая, что может быть общего между льдом (водой) и камнем. Если вспомнить,
что такое ландшафтная оболочка (камень, лед, вода и воздух вместе взятые, как
скорлупа на яйце – Земле), то эти противоречия становятся более понятными.
Детальный анализ
материалов показал, что анизотропия любых льдов наблюдается в природе:
– в малых масштабах
– с помощью микроскопа;
– в средних
(мезо) масштабах – визуально, невооруженным глазом с берега, с мостика ледокола
или с самолета ледовой разведки,
– в крупных
(макро) масштабах – с искусственных спутников Земли.
Микроанизотропия
проявляется в упорядоченности кристаллического строения неподвижных, припайных
и даже подвижных, дрейфующих льдов. Каждый кристаллик льда похож на маленький
спичечный коробок. Эти кристаллы плотно упакованы друг с другом, образуя льдинки.
При внешнем воздействии эта льдинка ломается вдоль или поперек сторон
"коробочки", то есть кристаллических осей.
Исследования
льдин в микроскоп показали, что и в Арктике, и в Антарктике главная оптическая
ось кристаллов льда имеет преимущественно северо-западное или северо-восточное направление,
т. е. диагональное по отношению к географическому меридиану места наблюдений.
Видимо, на упорядоченную ориентацию кристаллов влияет магнитное поле Земли. В
параграфе 41 мы видели, что криогенные зоны Земли асимметричны относительно магнитных
полюсов. Это обстоятельство может содействовать диагональной направленности
микроанизотропии по отношению к меридиану места.
Одно из
проявлений макроанизотропии – ледовые блоки. Ледовые трещины, пересекаясь между
собой, разделяют ландшафт массива на ромбовидные блоки, поля или полигоны с
краями почти параллельными друг другу. Ширина этих полигонов составляет 5, 10,
20 миль, то есть меньшие возникли в результате распада больших.
Анализ
спутниковых изображений в видимых (телевизионных) и тепловых (инфракрасных)
лучах подтвердил, что полигональность ледовых ландшафтов свойственна всем
замерзающих морям криогенной зоны планеты. Причем во всех замерзающих льдах
форма блоков одинакова. Она близка к эллиптической или овальной и с таким отношением
малой оси к большой, которое близко напоминает "золотое сечение"
(0,6–0,7). Это свидетельствует об общепланетарном характере их происхождения.
Эта полигональная
структура выявляется с началом замерзания (в это время блоки четырехугольные),
существует всю зиму, а летом за счет таяния видоизменятся в зернистую
(четырехугольные поля обкатываются, превращаясь в овальные).
Макроанизотропия
ледовых ландшафтов находит себе объяснение в теории планетарной трещиноватости.
Грубо говоря, раз Земля крутится с неравномерной скоростью внутри одного года,
то и ландшафтная "скорлупа" на ней подвергается в течение одного года
растрескиванию и сжатию, то есть пульсации.
Существование
пульсирующей, упорядоченной системы, сетки криотектонических линеаментов в
ледовых ландшафтах открывает широкие теоретические и практические перспективы
как для географии в целом, так и для ледового мореплавания. Достаточно сказать,
что претворяя сказку и фантастику в быль и реальность, с 1990 г. ледоколы ходят
на и через Северный полюс каждый год, а в мае 1993 г. судно
"Кандалакша" провели по северным границам Восточно-Сибирского моря из
Сибирской полыньи в Заврангелевскую, и затем, по северу Чукотского моря из
Заврангелевской полыньи – в Канадскую у берегов Аляски и в Берингов пролив.
Вопросы и задания
1. Что такое
анизотропия льдов?
2. Посмотрите в
энциклопедии, что такое "золотое сечение".
3. Попробуйте
поискать в литературе по физике и оптике объяснение микроанизотропии льда.
Напишите небольшой реферат на эту тему.
47.
Мезоанизотропия ледовых ландшафтов
Рис. 68. Торосы нагромождения
в зоне приноса льдов |
Мезоанизотропия
проявляется: во внешнем виде молодых, тонких льдов; в особенностях работы
ледоколов; в ледовых линеаментах; в стационарных трещинах.
Чтобы понять внешний
вид молодых льдов, обратимся к нашим картинкам-схемам "море в плане"
и "море в профиль". Слева лед ровный, в идеале как каток. На нем нет
неровностей – торосов (любая неровность на льду называется торос).
"Международная ледовая номенклатура" среди всех неровностей выделяет
три вида:
– торосы
наслоения – на молодых тонких льдах, когда движущийся лед наползает друг на
друга пластами, полями, как сцепленные пальцы. Они обозначаются на картах
квадратиками, как буква П. На наших схемах (рис. 61 и 65) эти льды – в зимней
полынье.
– торосы
дробления – на более толстых льдах, когда по краям полей возникают кучи. Они
обозначаются треугольником, с острым верхом, как буква А. На нашей схеме эти
льды – в середине моря.
– торосы
нагромождения – когда льды, напирая на берег, мель или друг на друга, образуют
холмы и горы с округленными вершинами. Их обозначают, как буква В, легшая на
правый бок. Эти льды – в зоне приноса на наших схемах.
|
Эти три вида
торосов "номенклатура" называет последовательно рафт, ридж и хаммок.
Таким образом, зимние первоначальные молодые, тонкие льды при подвижках
разламываются на квадраты и четырехугольники разных размеров в зависимости от
толщины, обнаруживая в себе явную изначальную анизотропию. Затем, от зимы к
весне весь лед перемешивается в невообразимый хаос. Самое удивительное, что
весной и в начале лета, когда приходит пора этим льдам разрушаться, все они – и
кучи, и горы – опять-таки распадаются не как попало (изотропно), а в основном на
поля четырехугольной формы (анизоторопно).
Рис. 69.
Навигацию в арктических морях затрудняют айсберги – отколовшиеся от ледников
куски, плавающие по морям. В наши северные моря могут выноситься только
айсберги, образовавшиеся у берегов Аляски, так как для наших побережий ледники
не характерны
|
Работа ледоколов в сплоченных и сжатых льдах зимой и летом, во всех морях, вплоть до Антарктики
обнаружила, что любые льды предрасположены раскалываться под углом, по
диагонали к меридиану места. В свою очередь, по ортогонали, курсами на чистый
юг, север, запад или восток лед колется хуже и труднее.
Искусственный
взлом припая (ледоколами) у берегов южной и северной Чукотки от бухты Угольной
до мыса Шмидта и Певека показал, что ледовые заклинивания происходят при ударах
по ортогонали. На таких курсах лед схватывает судно, как клещами. При ударах по
диагонали такое происходит во много раз реже. В общем, опыт
показал, что в диагональном направлении легче разрушаются отдельные льдины и
поля, быстрее движутся суда и караваны, успешнее преодолеваются ледовые
перемычки. В свою очередь, для сохранности ледовых дорог на льду, их полезно прокладывать
по ортогонали к меридиану.
|
Ледовые
линеаменты – трещины, разрывы, разломы или торосы – свойственны всем льдам –
морским и материковым, дрейфующим и неподвижным. Линеамент – это линейный
элемент рельефа (или чего угодно) на географической карте. Линеаменты
проявляются во всей ландшафтной оболочке Земли. Они прослеживаются и в
глубинных слоях литосферы в виде тектонических разломов, и на поверхности планеты
– на суше (в виде особенностей рельефа), в атмосфере (в виде облачных гряд), в
ионосфере (в виде "берегового эффекта полярных сияний"), в
магнитосфере (в виде устойчивости радиосвязи по направлениям), и конечно, в
водно-ледовой среде. По сути дела, морской лед есть прекрасная природная модель
горных пород и их тектонических, разломных закономерностей. Различие только в
масштабах времени. То, что в литосфере, в каменной, твердой оболочке Земли
происходит за миллионы лет, в морском льду осуществляется ежегодно. А в
некоторых местах Арктики и Антарктики линейные трещины в неподвижных льдах являются
непосредственным продолжением тектонических разломов в земной коре.
Прямолинейные
элементы рельефа в природных льдах и ландшафтах по аналогии с
геоморфологической терминологией можно назвать криотектоническими линеаментами.
Прямолинейность разломов в морском льду всегда поражала исследователей. Вот как
писал об этом Умберто Нобиле при полете на дирижабле "Норвегия" через
Ледовитый океан 11 мая 1926 г.: "каналы, прорезавшие лед, удивляли своей
правильностью. Казалось, что их прямые параллельные берега созданы
искусственно".
Весь северный
берег Чукотки от Биллингса до Онмана есть типичный географический линеамент,
ровный, как линейка, как специально построенное шоссе.
В начале лета,
когда материки становятся нагревателями, а океаны холодильниками,
циркуляционные "тепловые машины" меняют знак. На нашей схеме
"материк в плане" климатические центры действия атмосферы меняются
местами, над северной Чукоткой начинают дуть южные ветры, особенно с конца
июня. Эти южные ветры отодвигают Лонговский массив от припая, создавая
"Чукотскую заприпайную прогалину" – тоже ровную, как линейка, от о-ва
Колючин до Биллингса и далее до мыса Шелагского. По этой прогалине первые караваны
движутся с востока на Шмитд и Певек. Одновременно у
южных берегов Чукотки эти южные ветры норовят закрыть полынью, придвигают льды
к берегам, затрудняя походы к Заливу Креста и бухте Провидения (то есть там,
где зимой проход был более свободен).
Главная
особенность ледовых линеаментов заключается в том, что они из года в год
наблюдаются на одном, стационарном, месте. Особенно это заметно в неподвижных,
припайных льдах, где встречаются стационарные трещины. Стационарные трещины – это особый вид
линеаментов (рис. 70). Стационарная трещина
"живет", динамически "дышит", то открывается, то
закрывается, но всегда остается на месте. Формируются и становятся заметными
стационарные трещины еще до установления неподвижных льдов, еще тогда, когда
молодой лед перемещается ветрами и течениями.
Специальные
наблюдения, выполненные в Певекском УГКС, показали, что в течение зимы
стационарная трещина в припайных льдах постепенно расходится от практического нуля
осенью до 6 и даже 10 м к началу весны. Трещина раздвигается при резких
понижениях температуры воздуха, а при потеплении сдвигается и тем самым постепенно
расширяется. На поверхности льда остается малозаметный торос, пересыпанный
снегом, а под нижней поверхностью льда формируется полость – в разрезе в виде
арки. Эти полости служат для нерп естественным местом обитания, где им легче
сохранять свои выходы к воздуху. Эти трещины вентилируют водную толщу под
припайными льдами, допуская там активное развитие жизненных процессов. В эту
трещину может провалиться надледный транспорт.
Именно по
стационарным трещинам ледоколам легче прокладывать канал для судов или
полностью откалывать припай. Так, поперечные трещины на мысе Шмидта с 1972 г.
ежегодно используются для успешного и быстрого вскрытия припая в бухте
Восточной.
Стационарная
трещина обнаружена в припае бухты Угольной. Эта трещина идет от мыса Барыкова
на юго-запад. Она используется ледоколами для разрушения припая. От этой
трещины на северо-восток простирается разлом и разрыв в массиве дрейфующих льдов
через весь Анадырский залив от мысов Наварина и Барыкова к бухте Провидения. По
этому разрыву в зимнее и весеннее время ледоколы проводят караваны транспортных
судов к портам Провидения и Эгвекинот.
Справа: Рис. 70. Схема
стационарной трещины. Заметьте, насколько разошлись вешки, поставленные в
начале зимы. Толщина льда увеличилась, однако трещина не заросла, и под ней
образовалась полость
|
|
В заливе Креста
стационарная трещина идет от мыса Конергино на юго-восток. По этой трещине
обламывается припай при сильных северных ветрах. Несколько севернее Конергино
от мыса Эруля идет трещина на северо-запад. По ней частично прокладывается
канал в припае до порта Эгвекинот. В Чукотском море стационарная трещина тянется
через припай от Онмана на северо-восток. По этому направлению в летнее время в
дрейфующем массиве наблюдается навигационный разрыв, используемый для проводки
судов.
У берегов
северной Чукотки каждому поперечному тектоническому разлому соответствует своя
поперечная трещина в набивном торосистом припае. Одна из таких трещин отходит
по нормали к берегу от утеса Кожевникова. И по ней ежегодно ледоколы разрушают
припайный льды на подходах к порту мыс Шмидта.
На мысе Биллингса
стационарная трещина через припай уходит на северо-восток. Мористее припая
через дрейфующие массивы по направлению этой трещины существует навигационный
разрыв, идущий к мысу Блоссом на о-ве Врангеля.
В
Восточно-Сибирском море, в горле Чаунской губы стационарная трещина идет от
мыса Шелагского на юго-запад к о-ву Айон. По этой трещине иногда ледоколы
прокладывают канал в порт Певек. В отдельные годы по направлению этой трещины
на северо-восток от мыса Шелагского прослеживается разрыв в дрейфующем массиве.
Интересно, что именно в этом направлении – от юго-запада на северо-восток в
Певеке ежегодно наблюдается умеренное полярное сияние в виде ленточного
свечения.
Вопросы и задания
1. В чем знание
анизотропии полезно для ледового мореплавания?
2. Нарисуйте
карту Чукотки и основные ледовые линеаменты, по которым ледоколы могут
проводить суда всю зиму.
3. Нарисуйте на
схеме Чукотки основные стационарные трещины, знание которых полезно для проводки
судов.
4. В каком месте
вашего неба и в каком направлении тянутся ленточные полярные сияния: как попало
или избирательно, в преобладающем направлении?
Рекомендуемая
литература
Арикайнен А.И.,
Чубаков К.Н. Азбука ледового плавания. М., 1987.
Баранова С.С.
Полюс притяжения. Мурманск, 1987.
Бардин Г.И. От
Чукотки до Антарктиды. Записки полярного синоптика. Сургут, 1993.
Евгенов Н.И.,
Купецкий В.Н. Научные результаты полярной экспедиции на ледоколах
"Таймыр" и "Вайгач" в 1900-1915 годах. Л., 1985.
Каневский З.М.
Загадки и трагедии Арктики. М.: Знание, 1991.
Лебедев А.В.
Паковый лед. М., 1988.
Советская Арктика
(Моря и острова Северного Ледовитого океана) / общ. И.П. Герасимова. М.: Наука,
1970.
Стругацкий В.И.
Впереди ледовая разведка. Л.: Гидрометиздат, 1984.
Тютенков А.
Арктический рейс "Сибири". Л.: Лениздат, 1979.
