Материал: Криосфера Мирового океана

Криосфера Мирового океана

ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Факультет географии и геоэкологии

Кафедра океанологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

"Криосфера Мирового океана"

Санкт-Петербург

Оглавление

Введение

. Характеристика ледяного покрова Мирового океана

.1 Ледяной покров Северного полушария

.2 Ледяной покров Южного полушария

. Свойства морского льда

. Разновидности льда

. Дрейф

. Изменение ледяного покрова Мирового океана

Заключение

Приложения

ледяной океан морской дрейф

Введение

Криосфера - прерывистая по конфигурации оболочка Земли, расположенная в зоне взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы и характеризующаяся отрицательными температурами. Все оболочки нашей планеты взаимосвязаны и образуют единый комплекс. Поэтому важно изучать каждую оболочку в отдельности и их взаимодействие.

Морские льды- это важный физический элемент, составляющий климатическую систему, наиболее значительные изменения во времени испытывают морские льды и снежный покров, поэтому криосфера мирового океана- это важный и надежный индикатор климатических изменений. Изучая как изменяется с течением времени распространение льдов в Мировом океане, можно уверенно судить о тенденциях глобального климата.

Так же изучение морских льдов важно для навигации, для освоения новых морских путей, для развития судостроительства.

Целью своей курсовой работы я ставила изучение основных понятий связанных с криосферой Мирового океана, свойств морского льда и тенденций изменения ледяного покрова.

1. Характеристика ледяного покрова Мирового океана

В Мировом океане льды преимущественно концентрируются в полярных районах нашей планеты. Средняя годовая площадь их распространения в Мировом океане составляет 26 млн.км², или примерно 7% его площади. Акваторию Мирового океана можно разделить на шесть зон по продолжительности сохранения ледяного покрова и его происхождению(В.С.Назаров). К первой зоне относятся те области, в которых ледяной покров присутствует круглый год, несмотря на уменьшение его сплоченности в теплый период. Это центральная часть Арктического бассейна, северные районы большинства морей Северного Ледовитого океана, моря Амундсена, Беллинсгаузена, Уэдделла. Зимой здесь образуется больше льда, чем может растаять за лето, а обновление ледяного покрова в результате дрейфа и действия термических факторов происходит за несколько лет.

Ко второй зоне относятся акватории, на которых льды ежегодно меняются. Большая часть льдов тает летом, но за счет дрейфа льды в этой зоне присутствуют круглый год. Пример таких морей- это Карское и Баренцево моря.

Третья зона- это зона с сезонным ледяным покровом, образующимся ежегодно в холодный период года и полностью исчезающим в результате таяния летом. Сюда относятся такие моря как Охотское, Японское, Белое, Балтийское, Аральское, Каспийское и другие.

К четвертой зоне относятся моря, где льды образуются только в очень холодные годы. Это Северное, Мраморное и Черное моря.

Также выделяется зона, в которой бывает лед принесенный из других акваторий. Сюда относится Гренландское море, район Нью-Фаундленда, большая часть Южного океана с включением области распространения айсбергов.

На остальной части Мирового океана льдов не бывает.

Общий объем морского льда в период его максимального развития оценивается примерно в 25,5•10³ км³ в северном полушарии и в 30•10³ км³ в южном.

.1 Ледяной покров Северного полушария

В северном полушарии морские льды образуют массив, покрывающий океаническое пространство вокруг географического полюса. Ядро этого массива составляют многолетние льды. С внешней их стороны располагаются льды сезонные, полностью вытаивающие летом и достигающие наибольшего горизонтального и вертикального развития в феврале-марте.

На границе с Атлантическим и Тихим океанами эти льды образуют три языка меридионального простирания: Восточно-Гренландский, Восточно-Канадский и Тихоокеанский. Вдоль восточного побережья Северной Америки морские льды распространяются зимой до 46°, а временами до 42°30´с.ш..В Тихом океане льды проникают к югу до 43°с.ш. Такое глубокое проникновение морских льдов к югу во многом объясняется характером поверхностной океанической циркуляции в полярных и умеренных широтах. Дальше всего на юг льды распространяются вдоль восточных берегов Гренландии, Северной Америки и Азии, где проходят холодные морские течения: Восточно-Гренландское, Лабрадорское и Ойя-Сио.

В районах подверженных воздействию теплых течений, таких как отдельные ветви Северо-Атлантического и Куросио, граница льдов отступает на север. Как результат наблюдается сильная асимметрия в распределении температуры воды, солености и морских льдов между западными и восточными частями Атлантического и Тихого океанов.

Основная масса льдов в северном полушарии- это льды дрейфующие под влиянием ветров и морских течений. Исключение- это береговой припай. В марте, когда припай наиболее развит, его площадь составляет 1,8 млн.км² в одном только Северном Ледовитом океане. Сильнее всего припай развит в проливах Канадского арктического архипелага и на мелководье, окружающем Новосибирские острова. Если учитывать припай, опоясывающий острова и побережье за пределами Северного Ледовитого океана, суммарная площадь неподвижных льдов на полушарии приблизительно равна 2 млн. км², что составляет 12% всей площади морских льдов в момент годового максимума развития (В.Ф.Захаров, 1996г.).

.2 Ледяной покров Южного полушария

Ледяной покров Южного океана характеризуется большой сезонной изменчивостью. Период максимального развития ледяного покрова приходится на сентябрь-октябрь, тогда его площадь достигает 18-19 млн.км², минимальное развитие приходится на летние месяцы(январь-февраль), тогда площадь составляет всего 2-3 млн.км² (Романов,1976г.).

Осенью, при достижении льдом толщин 20-50 см, у берегов Антарктиды устанавливается припай. Сроки установления антарктического припай, так же как и начала устойчивого льдообразования, меняются в широких пределах в зависимости от физико-географических особенностей и гидрометеорологических условий района. Формирование припая заканчивается в апреле-мае и в далее происходит увеличение его ширины и толщины. В конце периода формирования ширина припая изменяется от 2 до 90 км., а в среднем составляет 25-50 км. Основные причины слабого развития припая обусловлены: большими глубинами вблизи берега, слабой изрезанностью береговой черты, малым количество островов, банок и отмелей в прибрежной зоне. В период максимального развития ледяного покрова площадь антарктического припая оценивается в 0,5 млн км².

Для ледового режима Южного океана характерны полыньи довольно больших размеров. Они наблюдаются преимущественно в прибрежной зоне вдоль всего побережья Антарктиды. Образуются они в основном под действием отжимного ветра южного, юго-восточного и восточного направлений. Среди массива дрейфующих льдов также встречаются обширные зоны открытой воды, образование которых связано с притоком теплых вод к поверхности океана в результате глубинной конвекции. Примером может служить полынья Уэдделла, расположенная в окрестности поднятия Мод. Максимального развития полыньи достигают в октябре-декабре, когда средняя площадь открытой воды составляет примерно 624-798 тыс км², или 4-7% средней площади дрейфующих льдов.

К северу от припая располагается дрейфующие льды, которые составляют главную часть ледяного покрова Южного океана. Вдоль берегов континента наблюдается генеральный западный дрейф льдов. Вынос льдов от берегов происходит в северном и северо-восточном направлениях.

Также выделяют несколько ледяных массивов- Атлантический, Тихоокеанский и Балленский. В декабре-марте в ледяных массивах сосредоточено 75-85% сплоченных льдов Южного океана.

Одна из главных особенностей ледового режима Южного океана- большое распространение айсбергов, которые образуются в результате облома внешних краев шельфовых и выводных ледников, ледниковых куполов и других форм материкового оледенения Антарктиды. По существующим оценкам, в среднем в антарктических водах находится свыше 200 тыс. айсбергов. Их средняя длина около 500 м, высота 50м. Отдельные айсберги имеют длину до 5 км. Значительное влияние на концентрацию айсбергов в прибрежных районах оказывают мелководья. Большие скопления айсбергов на мелководьях, расположенных в дельтах выводных ледников, простираются в море на значительные расстояния и называются "язык айсбергов", такие языки есть у ледников Хелен, Тотена, Мерца и других.

2. Свойства морского льда

Соленость

Соленость льда- основной параметр, определяющий многие его свойства.

Под соленостью льда понимают относительную масса солей М_с в куске льда массой М, т.е.

S= (1)

Соленость морского льда- суммарная масса содержащихся в 1кг талой воды главнейших ионов хлора, брома, фтора, сульфат иона, бикарбонат иона, натрия, калия, магния и кальция. Соленость льда, как и соленость морской воды измеряется в промилле ‰ или г/кг.

Соленость льда зависит от солености воды, из которой он образовался, а также от скорости роста льда.

S_i=S_w (2),

где S_i - соленость льда, S_w - соленость морской воды, ‰; W- скорость нарастания льда, мм/ч.

Наблюдения показывают, что соленость льда сильно зависит от температуры воздуха и скорости ветра в период его формирования(Л.А.Жуков 1976г.). При низкой температуре скорость роста кристаллов больше, а их размеры меньше, чем при повышенной температуре. Из-за большой удельной поверхности они удерживают больше рассола. Ветер и волнение приводят к хаотическому перемешиванию кристаллов, при котором скорость вытекания рассола меньше, чем при их упорядоченном расположении. Поэтому низкая температура и большая скорость ветра при совместном воздействии приводят образованию льда с повышенной соленостью.

Из-за разнообразия условий, образования морских льдов, их соленость меняется в пространстве. Наибольшую соленость до 9‰ имеет лед недавнего образования. Начальные формы льда (нилас, блинчатый лед, серый лед) содержат солей до 22-25‰, и в течение нескольких дней соленость снижается до 10‰. Далее, при нарастании льда до толщины 1-2 м соленость принимает значения от 6 до 4‰.В период с апреля по июль скорость опреснения льда возрастает, среднее значение солености снижается до 2-3‰. Также прослеживается зависимость изменения солености от толщины льда: при толщине льда 0,7-1,2м средняя соленость льда составляет 5,9‰, при толщине 1,2-1,7м- 4,9‰ и при толщине 1,7-2,2м- 3,2‰( Ю.Л. Назинцев, В.В. Панов 2000г.)

В Арктическом бассейне наблюдается С-образная картина формирования солености для периода нарастания льда в спокойных погодных условиях. Самые верхние слои льда имеют наиболее низкую температуру и здесь жидкая фаза в большей мере оказывается вымороженной и ограниченной в способности перемещения. Слои льда расположенные ближе к нижней поверхности, имеют температуру близкую к температуре замерзания морской воды. Они более насыщены рассолом и сток рассола из них более интенсивен, чем в верхних слоях. Эти два максимума солености наблюдаются долгое время.

рис.1. Схема среднемесячных (октябрь- август) изменений вертикального распределения солености однолетнего льда в Арктическом бассейне (по данным Ф.Мальмгерна): 1- октябрь;2- декабрь;3- март; 4- июнь; 5-август. (Ю.Л.Назинцев, В.В.Панов)

В Арктическом бассейне основную площадь занимают поля многолетнего льда, толщиной 2,5-3,5 м(иногда значительно больше). В результате термического метаморфизма льда, избирательного характера таяния и стока талых вод происходит ежегодное перемещение нижних горизонтов льда к поверхности и постепенное опреснение его верхних слоев. Эти особенности препятствуют упорядочению содержания солей по толщине и выравниванию значений солености на различных участках ледяных полей. Однако, имеет место тенденция к увеличению солености от верхних слоев к нижним и сохранению одного-двух локальных повышений и понижений солености в промежуточных слоях.

Рис. 2. Идеализированные профили солености арктического льда различной толщины (по данным Д.А. Мейката): а-г - профили солености в однолетнем льду; д- профиль солености в многолетнем льду пониженного участка;е- профиль солености в многолетнем торосистом льду. (Ю.Л.Назинцев, В.В.Панов)

Морские льды в Южном океане в среднем на 0,5-1‰ более соленые чем в Северном Ледовитом. Вертикальные профили распределения солености в антарктических водах имеют следющие закономерности:

.        С увеличением возраста льда его соленость падает;

.        У молодых льдов имеется максимум солености в верхних слоях и минимум в нижних;

.        Максимум солености у однолетнего среднего и толстого льда наблюдается, как правило, в слоях, расположенных несколько ниже среднего горизонта;

.        В летний период вертикальное распределение солености характеризуется возрастанием ее в направлении от верхних слоев к нижним;

.        Соленость многолетнего льда уменьшается от 6-8‰ в верхних слоях до 1-3‰ в нижних, среднее значение ее составляет 4‰.

Пористость

Пористость- наличие пор, заполненных водяным паром или рассолом. Наличие пор влияет на плотность, теплофизические и механические свойства ледяного покрова. По мере развития ледяного покрова с начала его образования размер, форма и распределение пор во льду непрерывно меняются. Это связано с изменением температуры и фазового состава льда, миграцией солей из одного слоя в другой, расширением и сжатием льда в результате колебаний объема отдельных фаз, составляющих морской лед, и выделением газов из воды и рассола. Пористость обычно характеризуется безразмерным отношением суммарного объема пор к объему образца льда или размерной величиной, равной объему пор в куске льда массой 1кг.

Пористость прозрачного льда составляет не более 1см³/кг, морского льда- в пределах 1-50 см³/кг, и пористость снегового инфильтрационного льда составляет 50-400 см³/кг. Пористость льда меняется по вертикали: она максимальна (1,2-1,8%) в верхнем и нижнем слоях молодого льда и минимальна (0,8%) в среднем слое. Отмечается также сезонный ход пористости льда: максимальные значения наблюдаются в сером льду осенью, а наименьшие- осенью в полях ниласа и зимой, весной в однолетнем средней толщине льду.

Плотность

Морской лед является сложным физическим телом, состоящим из кристаллов пресного льда, рассола, пузырьков воздуха и различных посторонних примесей. Соотношение этих компонентов зависит от условий образования льда и последующих происходящих в нем процессов. Плотность морского льда, как многокомпонентная система, зависит от относительного объема отдельных компонентов. Плотность чистого пресноводного льда, лишенного каких-либо пор, газовых включений и примисей при температуре 0^оС и атмосферном давлении 1000 мбар равна 916,8 кг/м³ (П.А.Шумской).