Напорный гребень (лед)
Гребень давления , состоящий из льда в океанической или прибрежной среде, представляет собой линейное скопление фрагментов морского льда, образовавшихся в паковых льдах в результате накопления в местах сближения льдин.
Такой торос давления возникает в ледяном покрове в результате установившегося в плоскости льда режима напряжений. На просторах морского льда гребни давления возникают в результате взаимодействия между льдинами. [примечание 1] как они сталкиваются друг с другом. [1] Течения и ветры являются основными движущими силами, но последние особенно эффективны, когда имеют преобладающее направление. [2] Торосы состоят из угловатых ледяных глыб разного размера, которые накапливаются на льдинах. Часть хребта, находящаяся над поверхностью воды, называется парусом ; что под ним как киль . [примечание 2] Торосы давления являются самыми толстыми образованиями морского льда и составляют до 30–40% общей площади морского льда. [3] и около половины общего объема морского льда. [4] Стамухи – это напорные торосы, заземленные и образовавшиеся в результате взаимодействия припая и дрейфующего пакового льда . [5] [6] Подобно недеформированному льду, торосы могут быть одно-, двух- и многолетними в зависимости от того, сколько сезонов таяния им удалось пережить. Гряды могут образовываться из льда разного возраста, но в основном состоят из глыб тонкого и молодого льда толщиной 20–40 см. [2]
Внутренняя структура
[ редактировать ]
Блоки, образующие гребни давления, в основном происходят из более тонкой льдины, участвующей во взаимодействии, но они также могут включать в себя куски другой льдины, если она не слишком толстая. [1] Летом хребет может подвергаться значительному выветриванию, что превращает его в гладкий холм. В ходе этого процесса лед теряет соленость (в результате дренажа рассола и смыва талой воды). Это известно как старый хребет . [8] Полностью консолидированный хребет – это хребет, основание которого подверглось полному замерзанию. [8] Термин «консолидированный слой» используется для обозначения замерзания обломков чуть ниже ватерлинии. [2] Существование консолидированного слоя зависит от температуры воздуха — в этом слое вода между отдельными блоками замерзает, в результате чего снижается пористость и увеличивается механическая прочность. Глубина киля ледяной торосы значительно превышает высоту ее паруса — обычно примерно в 3–5 раз. Киль также в 2–3 раза шире паруса. [9] Гряды обычно тают быстрее, чем ровный лед, как на поверхности, так и на поверхности. [10] и внизу. [11] В то время как однолетние хребты тают примерно в 4 раза быстрее, чем окружающий ровный лед, [12] двухлетние хребты тают всего в 1,6 раза быстрее, чем окружающий ровный лед. [10] Торосы морского льда также играют важную роль в удержании талой воды в подледных слоях талой воды, что может привести к образованию ложного дна . [13] Хребты также играют важную роль в контроле значений коэффициентов сопротивления атмосферы . [14]
Толщина и консолидация
[ редактировать ]Один из крупнейших за всю историю напорных хребтов имел парус, возвышающийся над поверхностью воды на 12 м, а глубину киля 45 м. [1] Общая мощность многолетнего хребта составила 40 м. [15] В среднем общая мощность колеблется от 5 м до 30 м. [4] со средней высотой паруса ниже 2 м. [2] Средняя глубина киля арктических хребтов составляет 4,5 м. Высота паруса обычно пропорциональна квадратному корню из толщины конькового блока. Ледовые торосы в проливе Фрама обычно имеют трапециевидную форму с нижним горизонтальным участком, занимающим около 17% общей ширины торосов, со средней осадкой 7 м. [16] а ледовые торосы в Чукотском море и море Бофорта имеют вогнутую форму, близкую к треугольной. [17]
Средняя мощность консолидированного слоя арктических хребтов составляет 1,6 м. Обычно хребты консолидируются быстрее, чем ровный лед, из-за их начальной макропористости. Пористость гребневого щебня (или водонасыщенной пористости рыхлой части гребня) находится в широком диапазоне 10–40%. Зимой ледяные торосы консолидируются в два раза быстрее, чем ровный лед, при этом соотношение ровного льда и толщины консолидированного слоя пропорционально квадратному корню из пористости обломков гряды. [18] В результате к концу зимнего сезона соотношение толщины консолидированного слоя и ровного льда составляет 1,6–1,8. [19] Между тем, снег над гребнями обычно примерно в три раза толще, чем над ровным льдом. [20] Иногда встречаются хребты полностью консолидированные общей мощностью до 8 м. [21] В гребнях также может содержаться от 6% до 11% массовой доли снега, что потенциально может быть связано с механизмами консолидации гребней. [22] Наблюдения за хребтом в проливе Фрама показывают, что большая часть консолидации хребта происходит в весенний сезон, когда во время вторжения теплого воздуха или динамических явлений снег может проникать в кили хребта через открытые выводы и увеличивать скорость консолидации хребта. [23] Эти наблюдения подтверждаются высокой массовой долей снега в перемерзших отводках, наблюдаемой в весенний период. [24] Консолидация хребтов потенциально снижает уровень освещенности и доступное для обитания организмов пространство, что может иметь негативные экологические последствия, поскольку хребты были идентифицированы как экологические горячие точки.
Методы характеристики
[ редактировать ]Физическую характеристику гребней давления можно выполнить с помощью следующих методов: [2]
- Механическое бурение льда безкерновыми или керновыми шнеками (при заборе керна льда для анализа). [25]
- уровень, теодолит или дифференциальная система GPS . Геодезические исследования, при которых для определения геометрии паруса используется
- Термическое бурение — бурение, связанное с таянием льда. [26]
- Наблюдение ледяного покрова аквалангистами .
- Гидролокаторы направленного вверх и многолучевые гидролокаторы, закрепленные на морском дне или установленные на подводном аппарате с дистанционным управлением . [11]
- Ряд термисторов ( буй для баланса массы льда ) для отслеживания изменений температуры. [27]
- Электромагнитная индукция , от поверхности льда или от самолета. [28]
Интерес к гребням давления
[ редактировать ]С точки зрения морской техники и военно-морского флота, есть три причины, по которым гребни давления являются предметом исследования. [4] Во-первых, с этими особенностями связаны наибольшие нагрузки, оказываемые на морские сооружения, работающие в холодных океанах дрейфующим льдом. [29] Во-вторых, когда гребни давления дрейфуют на более мелкие участки, их киль может соприкасаться с морским дном, тем самым создавая опасность для подводных трубопроводов (см. Пропахивание морского дна льдом ) и других донных сооружений. В-третьих, они оказывают существенное влияние на навигацию. В Арктике торосовый лед составляет около 40% от общей массы морского льда. [9] [3] Однолетние хребты с большой макропористостью важны для связанных со льдом симпагических сообществ , идентифицированы как потенциальные экологические горячие точки и предположительно служат рефугиумами для связанных со льдом организмов. [30]
См. также
[ редактировать ]
Примечания
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Уикс, ВФ (2010) На морском льду . Университет Аляски Пресс, Фэрбенкс, 664 стр.
- ^ Jump up to: а б с д и Струб-Кляйн Л. и Судом Д. (2012). Комплексный анализ морфологии торосов однолетнего морского льда. Наука и технологии холодных регионов, 82, стр. 94–109.
- ^ Jump up to: а б Хансен, Э., Экеберг, О.-К., Герланд, С., Павлова, О., Спрен, Г., Чуди, М. (2014), Изменчивость категорий арктического морского льда в проливе Фрама , Американский геофизический союз (АГУ)
- ^ Jump up to: а б с д Леппяранта, М. (2005). Дрейф морского льда. Спрингер-Верлаг, Нью-Йорк, 266 стр.
- ^ Барнс, П.В., Д., Макдауэлл и Реймниц, Э. (1978). Характеристики ледового пропахивания: характер их изменения в 1975-1977 гг., море Бофорта, Аляска. Министерство внутренних дел США, Отчет об открытом файле Геологической службы 78-730, Менло-Парк, США, 42 стр.
- ^ Огородов С.А., Архипов В.В. (2010) Размыв дна Каспийского моря торосистыми льдинами. Статьи по наукам о Земле, 432, 1, стр. 703-707.
- ^ Тимко, GW и Берден, RP (1997). Анализ формы торосов морского льда. Наука и технологии холодных регионов, 25, стр. 65-77.
- ^ Jump up to: а б http://nsidc.org/crySphere/seaice/index.html. Архивировано 28 октября 2012 г. в Wayback Machine .
- ^ Jump up to: а б Вадхамс, П. (2000). Лед в океане. Gordon and Breach Science Publ., Лондон, 351 стр.
- ^ Jump up to: а б Перович, Дональд К.; Гренфелл, Томас К.; Рихтер-Менге, Жаклин А.; Свет, Бонни; Такер, Уолтер Б.; Эйкен, Хаджо (2003). «Тонче и тоньше: измерения баланса массы морского льда во время SHEBA» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 108 (С3). Американский геофизический союз (AGU). дои : 10.1029/2001jc001079 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Jump up to: а б Амундруд, Т.Л. (2004), «Геометрические ограничения на эволюцию грядового морского льда» , Журнал геофизических исследований.
- ^ Салганик, Евгений; Ланге, Бенджамин А.; Кэтлейн, Кристиан; Матеро, Илкка; Анхаус, Филипп; Мюилвейк, Морвен; Хойланд, Кнут В.; Гранског, Матс А. (20 ноября 2023 г.). «Наблюдения за преимущественным летним таянием килей арктических морских ледяных хребтов в результате повторных многолучевых гидроакустических исследований» . Криосфера . 17 (11). Коперник ГмбХ: 4873–4887. дои : 10.5194/tc-17-4873-2023 . ISSN 1994-0424 .
- ^ Салганик, Евгений; Кэтлейн, Кристиан; Ланге, Бенджамин А.; Матеро, Илкка; Лей, Руибо; Фонг, Эллисон А.; Фонс, Стивен В.; Божественный, Дмитрий; Ожье, Марк; Кастеллани, Джулия; Боззато, Дебора; Чемберлен, Эмилия Дж.; Хоппе, Клара Дж. М.; Мюллер, Оливер; Гарднер, Джесси; Ринке, Аннетт; Перейра, Патрик Симойнс; Ульфсбо, Адам; Марсей, Крис; Вебстер, Мелинда А.; Маус, Зёнке; Хойланд, Кнут В.; Гранског, Матс А. (2023). «Временная эволюция подледных слоев талой воды и ложного дна и их влияние на баланс массы летнего арктического морского льда» . Элемента: Наука об антропоцене . 11 (1). дои : 10.1525/elementa.2022.00035 . hdl : 10037/30456 .
- ^ Мчедлишвили, Александр; Люпкес, Кристоф; Петти, Алек; Цамадос, Мишель; Спрен, Гуннар (21 сентября 2023 г.). «Новые оценки панарктических коэффициентов нейтрального сопротивления морского льда и атмосферы на основе данных о высоте ICESat-2» . Криосфера . 17 (9). Коперник ГмбХ: 4103–4131. дои : 10.5194/tc-17-4103-2023 . ISSN 1994-0424 .
- ^ Джонстон, М., Мастерсон, Д. и Райт, Б. (2009). Толщина многолетнего льда: известные и неизвестные. Материалы 20-й Международной конференции по портовой и океанской инженерии в арктических условиях (POAC), Лулео, Швеция.
- ^ Экеберг, Оле-Кристиан; Хойланд, Кнут; Хансен, Эдмонд (январь 2015 г.). «Геометрия и форма ледяного киля получены на основе данных гидролокатора, направленного вверх, в проливе Фрама за один год» . Наука и технологии холодных регионов . 109 : 78–86. doi : 10.1016/j.coldregions.2014.10.003 . ISSN 0165-232X .
- ^ Мецгер, Эндрю Т.; Махони, Эндрю Р.; Робертс, Эндрю Ф. (23 декабря 2021 г.). «Средняя форма килей морских ледяных хребтов» . Письма о геофизических исследованиях . 48 (24). дои : 10.1029/2021GL095100 . eISSN 1944-8007 . ISSN 0094-8276 .
- ^ Леппяранта М., Хакала Р. (1992), «Структура и прочность однолетних ледяных торосов в Балтийском море» , «Наука и технологии холодных регионов ».
- ^ Салганик Э., Хойланд К.В., Маус С. (2020), «Консолидация гряд свежего льда для разных масштабов» , Наука и технологии холодных регионов.
- ^ Иткин П., Хендрикс С., Вебстер М., Альбедилл Л. фон, Арндт С., Дивайн Д., Джагги М., Оггьер М., Рафаэль И., Рикер Р. , Роде, Дж., Шнебели, М., Листон, Дж. Э. (2023), «Характеристики морского льда и снега по данным многолетних разрезов в Центральной обсерватории MOSAiC» , Elementa: Science of the Anthropocene
- ^ Марченко, А. (2022), Термогидродинамика обломков морского льда , Springer International Publishing.
- ^ Ланге Б.А., Салганик Э., Макфарлейн А., Шнеебели М., Хойланд К., Гарднер Дж., Мюллер О., Дивайн Д.В., Кольбах Д., Кэтлейн К., Гранског, MA (2023), «Вклад таяния снега в баланс массы арктических ледников первого года и быстрая консолидация во время летнего таяния» , Elementa: Science of the Anthropocene.
- ^ Салганик, Э; Ланге, бакалавр; Иткин, П; Дивайн, Д; Кэтлейн, К; Николаус, М; Хоппманн, М; Неккель, Н; Рикер, Р; Хойланд, КВ; Гранског, Массачусетс (2023). «Различные механизмы консолидации арктических однолетних ледяных гряд, наблюдаемые в ходе экспедиции MOSAiC» . Элем Научный Ант . 11 (1). Издательство Калифорнийского университета. дои : 10.1525/elementa.2023.00008 . hdl : 10037/29890 . ISSN 2325-1026 .
- ^ Клеменс-Сьюэлл, Д; Полашенский, С; Фрей, ММ; Кокс, CJ; Гранског, Массачусетс; Макфарлейн, Арканзас; Фонс, Юго-Запад; Шмале, Дж; Хатчингс, Дж. К.; фон Альбедилл, Л; Арндт, С; Шнебели, М; Перович, Д (23 июня 2023 г.). «Потери снега в арктическом морском льду: минимальны в типичных зимних условиях, но высоки во время теплого и ветреного снегопада» . Письма о геофизических исследованиях . 50 (12). Американский геофизический союз (AGU). дои : 10.1029/2023gl102816 . ISSN 0094-8276 .
- ^ Леппяранта М., Ленсу М., Кослофф П., Вейтч Б. (1995), «История жизни однолетнего морского ледяного хребта» , , Наука и технологии холодных регионов.
- ^ Харитонов В.В. (2008), "Внутреннее строение ледяных торосов и стамух по данным термического бурения" , , Наука и технологии холодных регионов.
- ^ Салганик Э., Хойланд К.В., Шестов А. (2021), «Среднемасштабный эксперимент по консолидации искусственного морского ледяного хребта в Ван Миенфьорде, Шпицберген» , , Наука и технологии холодных регионов
- ^ Иткин П., Хендрикс С., Вебстер М., Альбедилл Л. фон, Арндт С., Дивайн Д., Джагги М., Оггьер М., Рафаэль И., Рикер Р. , Роде, Дж., Шнебели, М., Листон, Дж. Э. (2023), «Характеристики морского льда и снега по данным многолетних разрезов в Центральной обсерватории MOSAiC» , Elementa: Science of the Anthropocene
- ^ Эрвик, Осе; Норд, Тородд С.; Хойланд, Кнут В.; Самардзия, Илия; Ли, Хунтао (2019). «Взаимодействие ледяной гряды с маяком Норстрёмсгрунд: глобальные силы и режимы взаимодействия» . Наука и технологии холодных регионов . 158 : 195–220. doi : 10.1016/j.coldregions.2018.08.020 . ISSN 0165-232X .
- ^ Фернандес-Мендес, М., Олсен, Л.М., Кауко, Х.М., Мейер, А., Рёзель, А., Меркуриади, И., Манди, К.Дж., Эн, Дж.К., Йоханссон, А.М., Вагнер, П.М., Эрвик, О. , Соррелл, Б.К., Дуарте, П., Уолд, А., Хоп, Х., Ассми, П. (2018), «Горячие точки водорослей в изменяющемся Северном Ледовитом океане: гряды морского льда и граница раздела снега и льда» , Границы морской науки