Розділ: Річкові та озерні льоди
Річкові і озерні льоди. Основні відомості
За умовами формування прісноводні льоди ділять на три групи: річкові. озерні і льоди невеликих водойм. Особливість річкового льоду полягає в тому, що льодоутворення відбувається при русі води. Озерні льоди утворюються як при спокійному стані води, так і при вітровому хвилюванні. Льоди невеликих водойм здебільшого утворюються при спокійному стані води і стійкому розподілі температури у водоймі.
У міру зниження температури повітря посилюється перемішування води. Поверхневий шар охолоджується, щільність води збільшується. Охолоджена вода опускається на дно, а на її місце піднімається тепліша вода з нижніх шарів. Такий процес може тривати до тих пір, поки вся товща води не охолоне до температури + 4 ° С, при якій щільність води досягає максимального значення. Після цього подальше охолодження відбувається лише в при поверхневому шарі. Температура водної поверхні опускається нижче нуля, і починається процес льодоутворення. Зародилися на поверхні води кристали льоду ростуть вниз, частина з них виклінівается, а що залишилися товщають. Крижаний покрив набуває столбчатую структуру.
При замерзанні води в умовах сильного перемішування, швидкого охолодження і наявності великої кількості центрів кристалізації ростуть ізометрічниє кристали неправильної форми з відсутністю чітко виражених граней і безладної орієнтуванням їх осей. Лід такої структури утворюється на річках з швидкою течією і озерах в умовах сильного хвилювання в період льодоставу.
Крім поверхневого водного льоду, в ряді випадків утворюються водно-снігові і водно-Шугові льоди. Сніг, що випадає на переохолоджену поверхню води, а також насичені водою шари снігу на крижаному покриві при промерзанні перетворюються в непрозорий лід з великою кількістю порожнин і повітряних включень. Водно-Шугові лід виникає при замерзанні води, що містить Шугові освіти. Він менш прозорий, ніж водний лід, і має неправильну структуру.
Смуги льоду, що облямовують береги річок, озер і водосховищ при некрижаної решти водного простору, називають зберігає. Під впливом вітру і течії можуть утворюватися нагромадження крижин біля берегів - навали льоду.
При наявності переохолодженої води в потоках, де частинки води з мінусовою температурою потрапляють в глиб потоку або на дно, утворюються внутрішньоводні льоди у вигляді донного льоду і шуги. Донний лід інтенсивно формується на невеликих гірських річках в періоди сильних похолодань, особливо на поверхні валунів і каменів на дні. Накопичуючись у великих кількостях, скупчення донного льоду набувають плавучість, відриваються від дна і спливають. На поверхні води утворюються дрібні крижані кристали - крижане сало. Спливаючі грудки донного льоду разом з крижаним салом утворюють і скупчення шуги.
Найбільш інтенсивно шуга утворюється на річках зі швидкістю течії більше 0,4 м / с. Крижаний покрив зазвичай починає формуватися не по всій річці, а спочатку на ділянках з невеликими ухилами, в місцях звужень і на крутих поворотах русла, де є умови для зростання заберегів і виникнення крижаних перемичок. Шуга, що утворилася на безледном ділянці, пливе в ньому за течією і потрапляє під уже сформувався крижаний покрив. Частина шуги намерзає знизу крижаного покриву, зменшуючи живий перетин потоку. Це може привести до утворення зажорами у вигляді скупчення шуги та дрібнобитій льоду, що перешкоджає річковому стоку.
Зажори утворюються на шугоносних річках восени, в період формування крижаного покриву в місцях, де великий ухил змінюється малим і просування кромки льоду вгору за течією затримується, а також в місцях сорому русла островами і валунами. Зажори утворюються також при льодоставі нижче великих ополонок. У нижніх б'єфах ГЕС, де ополонки зберігаються протягом всієї зими, зажори утворюються в процесі переміщення кромки льоду на ділянках з підвищеними швидкостями течії.
Голова зажорами формується безпосередньо у кромки крижаного покриву після багаторазових переміщень, що супроводжуються торошеніе і збільшенням потужності зажорних скупчень.
Товщина зажорних скупчень в залежності від форми поперечного профілю русла може перевищувати 10 м, а довжина скупчень - досягати 10-20 км. Освіта зажорами призводить до підвищення рівня води в річці на ділянці вище за течією і затоплення прибережної смуги. Висота підйому рівня води часто досягає 3 м і більше.
У районах з суворим кліматом на крижаному покриві річок часто утворюються криги. Вони виникають в результаті пошарового замерзання виступає на поверхню крижаного покриву води через тріщини при звуженні підлідного потоку або збільшенні його витрати.
Час початку і тривалість льодоставу залежать від кліматичних умов, температурного і вітрового режимів, товщини снігового покриву на льоду і конкретних характеристик річки чи водойми. У період льодоставу відбуваються зміцнення рухомих мас льоду, наростання товщини льоду шляхом кристалізації води на нижній поверхні крижаного покриву і промерзання шуги під покровом, а також змерзання знаходиться на покриві просоченого водою снігу.
Міцність снігового і Шугові льодів істотно менше міцності кристалічного водного льоду, тому при характеристиці крижаного покриву, крім відомостей про його загальній товщині, бажано мати дані про будову, щільності і товщині всіх складових покрив шарів.
Цілісність крижаного покриву характеризують наявністю в ньому тріщин, ополонок, вимоїн і таловин. Формування і розвиток крижаного покриву пов'язано з утворенням термічних тріщин, що виникають при швидкому зниженні температури повітря. Такі тріщини найчастіше поширюються лише у верхніх шарах крижаного покриву, наскрізні тріщини зустрічаються рідко. При підвищенні температури тріщини "заліковуються". При зміні рівня води виникають тріщини вздовж берегів річки. У крижаному покриві невеликої товщини, поширеному на значній площі, тріщини можуть утворюватися під дією сил стиснення, що викликаються вітровим впливом. У місцях виходу грунтових вод і на ділянках річок з швидкою течією утворюються ополонки. В період танення цілісність крижаного покриву порушується внаслідок утворення снежніц. таловин і промоїн.
Розподіл температури в крижаному покриві і її зміна в значній мірі визначають характеристики міцності льоду і покриву в цілому. Температура нижньої поверхні крижаного покриву нульова, а верхнього шару льоду при відсутності на ньому снігу близька до температури повітря. Відповідно до добовими і більш тривалими коливаннями температури повітря в льоду поширюються температурні хвилі, затухаючі з глибиною. Протягом зимового періоду температура верхніх шарів льоду зазвичай значно нижча за температуру середніх шарів. У весняний період температура льоду в верхніх шарах підвищується і стає вище, ніж в середніх. Подібний розподіл спостерігається і під час відлиг. До періоду руйнування крижаного покриву температура всієї товщі крижаного покриву наближається до нульової.