Введение
Результат замерзания морской воды
Морской лёд образуется при замерзании морской воды. Поскольку лёд менее плотный, чем вода, он плавает на поверхности океана (как и пресноводный лёд, который имеет ещё меньшую плотность). Морской лёд покрывает около 7% поверхности Земли и примерно 12% мирового океана. Большая часть морского льда в мире сосредоточена в полярных ледяных покровах в полярных регионах Земли: в Арктическом ледяном покрове Северного Ледовитого океана и в Антарктическом ледяном покрове Южного океана. Полярные покрова подвержены значительным годичным колебаниям площади, что является естественным процессом, от которого зависит арктическая экология, включая океанические экосистемы. Под воздействием ветров, течений и колебаний температуры морской лёд очень динамичен, что приводит к большому разнообразию типов и форм льда. Морской лёд отличается от айсбергов – обломков шельфовых ледников или ледников, отколовшихся в океан. В зависимости от местоположения, массивы морского льда могут также включать айсберги.
Общие особенности и динамика
Морской лед не просто образуется и тает. На протяжении всего своего существования он очень динамичен. Под совместным воздействием ветров, течений, температуры воды и колебаний температуры воздуха, массивы морского льда обычно подвергаются значительным деформациям. Морской лед классифицируется по способности к дрейфу и по возрасту.
Быстрый лед против дрейфового (или пакового) льда
Морской лед можно классифицировать в зависимости от того, прикреплен ли он (или замерз) к береговой линии (или между отмелями или к заземленным айсбергам). Если он прикреплен, его называют прибрежным льдом или чаще быстрым льдом (от англ. fastened). В отличие от быстрого льда, дрейфующий лед встречается дальше от берега на очень больших площадях и включает лед, который свободно перемещается под воздействием течений и ветров. Физическая граница между быстрым льдом и дрейфующим льдом – это граница быстрого льда. Зона дрейфующего льда может быть разделена на зону сдвига, прибрежную зону льда и центральную часть. Дрейфующий лед состоит из полыний, отдельных кусков морского льда или более в поперечнике. Существуют названия для различных размеров полыний: малые – ; средние – ; большие – ; огромные – ; и гигантские – более чем . Термин "паковый лед" используется как синоним дрейфующего льда.
Нилас обозначает морскую ледяную корку толщиной до . Он изгибается, не ломаясь, под воздействием волн и взвесей. Нилас можно далее подразделять на темный нилас – толщиной до и очень темный и светлый нилас – толщиной более и более светлого цвета. Молодой лед является переходной стадией между ниласом и льдом первого года и имеет толщину от до . Молодой лед может быть дополнительно подразделен на серый лед – толщиной от до и серо-белый лед – толщиной от до . Молодой лед не такой гибкий, как нилас, но склонен ломаться под воздействием волн. При сжатии он либо образует навалы (на стадии серого льда), либо гребни (на стадии серо-белого льда).
Морской лед первого года
Первый год морского льда – это лед, который толще молодого льда, но не имеет возраста более одного года. Иными словами, это лед, который формируется осенью и зимой (после прохождения стадий нового льда – нилас – молодого льда и дальнейшего роста), но не сохраняется в течение весенних и летних месяцев (он тает). Обычно толщина этого льда составляет от ... до ...
Старый морской лед
Старый морской лед – это морской лед, который пережил как минимум один сезон таяния (то есть одно лето). По этой причине этот лед, как правило, толще, чем однолетний морской лед. Старый лед обычно подразделяется на два типа: лед второго года, переживший один сезон таяния, и многолетний лед, переживший более одного сезона. (В некоторых источниках) Толщина старого морского льда обычно составляет от 2 до 4 метров. Это связано с тем, что морской лед в южных широтах дрейфует в более теплые воды, где тает. В Арктике большая часть морского льда ограничена сушей и не дрейфует свободно.
Движущие силы
В то время как быстро́й лёд относительно стабилен (поскольку он прикреплён к береговой линии или морскому дну), дрейфу́ющий (или па́кетный) лёд подвергается относительно сложным процессам деформации, которые в конечном итоге приводят к типи́чному широкому разнообразию ландша́фтов морского́ льда. Ветер является основной движущей силой, наряду с океани́ческими течениями. Конве́кция поверхностного слоя включает верхнюю часть, вплоть до пикноклина повышенной плотности. В спокойной воде первый морской лёд, образующийся на поверхности, представляет собой плёнку из отдельных кристаллов, которые изначально имеют форму крошечных дисков, плавающих плоскими на поверхности и диаметром менее чем каждый диск имеет вертикальную ось c и растёт наружу боковой стороной. В определённый момент форма такого диска становится нестабильной, и растущие изолированные кристаллы принимают шестиугольную звёздчатую форму с длинными хрупкими лучами, простирающимися по поверхности. Эти кристаллы также имеют вертикальную ось c. Дендри́тные лучи очень хрупкие и вскоре отрываются, оставляя смесь дисков и фрагментов лучей. При любой турбулентности в воде эти фрагменты распадаются дальше на случайные мелкие кристаллы, которые образуют суспензию с возрастающей плотностью в поверхностной воде – тип льда, называемый фрази́льным или жировым льдом. В спокойных условиях кристаллы фрази́ли быстро замерзают вместе, образуя непрерывный тонкий слой молодого льда; на ранних стадиях, когда он всё ещё прозрачен, он называется нила́сом. После образования нила́са происходит совершенно иной процесс роста, когда вода замерзает на нижней стороне существующего ледяного покрова – процесс, называемый конгеля́ционным ростом. Этот процесс роста даёт лёд первого года. В неспокойной воде свежий морской лёд образуется в результате охлаждения океана при потере тепла в атмосферу. Верхний слой океана переохлаждается до температуры чуть ниже точки замерзания, в это время образуются крошечные ледяные пластинки (фрази́ль). Со временем этот процесс приводит к образованию рыхлого поверхностного слоя, известного как жировой лёд. Образование фрази́ли может также начинаться со снегопада, а не переохлаждения. Волны и ветер затем сжимают эти частицы льда в большие пластины, диаметром в несколько метров, называемые ледяными блинами. Они плавают на поверхности океана и сталкиваются друг с другом, образуя подогнутые края. Со временем ледяные блины могут накладываться друг на друга или замерзать вместе, образуя более сплошной ледяной покров, известный как консолидированный ледяной покров. Такой лёд имеет очень грубую поверхность сверху и снизу. Если на морской лёд выпадает достаточно снега, чтобы опустить борт ниже уровня моря, морская вода будет проникать внутрь, и образуется слой льда, состоящий из смеси снега и морской воды. Это особенно распространено в районе Антарктиды. Российский учёный Владимир Визе (1886–1954) посвятил свою жизнь изучению арктического ледяного покрова и разработал теорию научного прогнозирования ледовых условий, за которую он получил широкое признание в академических кругах. Он применил эту теорию на практике в Карском море, что привело к открытию острова Визе.
Годовой цикл замораживания и плавления
Годовой цикл замерзания и таяния определяется годовым циклом солнечной инсоляции, температуры океана и атмосферы, а также изменчивостью этого цикла. В Арктике площадь океана, покрытая морским льдом, увеличивается зимой от минимума в сентябре до максимума в марте или иногда феврале, а затем тает летом. В Антарктике, где сезоны обратные, годовой минимум обычно приходится на февраль, а годовой максимум – на сентябрь или октябрь. Было показано, что наличие морского льда, прилегающего к линиям откола шельфовых ледников, влияет на течение ледников и потенциально на стабильность Антарктического ледяного щита. Скорость роста и таяния также зависит от состояния самого льда. В процессе роста утолщение льда вследствие замерзания (в отличие от динамических процессов) само по себе зависит от его толщины, поэтому скорость роста льда замедляется по мере его утолщения.
Мониторинг и наблюдения
Изменения в состоянии морского льда лучше всего демонстрируются скоростью таяния с течением времени. Комплексные данные об арктическом морском льду показывают, что отступление льда началось примерно в 1900 году, а более быстрое таяние наблюдается в последние 50 лет. Спутниковые исследования морского льда начались в 1979 году и стали гораздо более надежным способом измерения долгосрочных изменений. По сравнению с более длительным периодом наблюдений, площадь морского льда в полярном регионе к сентябрю 2007 года составляла лишь половину от той, что оценивалась в период с 1950 по 1970 год. В сентябре 2012 года площадь морского льда достигла рекордно низкого уровня, покрыв всего 24% акватории Северного Ледовитого океана, что меньше предыдущего минимума в 29% в 2007 году. Прогнозы относительно того, когда может наступить первое "безледное" лето в Арктике, варьируются. Площадь морского льда в Антарктике постепенно увеличивалась в период спутниковых наблюдений, начавшихся в 1979 году, до резкого сокращения весной 2016 года в южном полушарии.
Последствия изменения климата
Морской лед обеспечивает экосистему для различных полярных видов, особенно для белого медведя, среда обитания которого находится под угрозой из-за глобального потепления, вызывающего более интенсивное таяние льда по мере повышения температуры Земли. Более того, сам морской лед способствует поддержанию прохладного полярного климата, поскольку его достаточное количество позволяет сохранять холодную среду. При этом взаимосвязь морского льда и глобального потепления носит циклический характер: лед помогает поддерживать прохладный климат, но по мере повышения глобальной температуры он тает и становится менее эффективным в его поддержании. Яркая, блестящая поверхность льда (альбедо) также играет роль в поддержании более низких полярных температур, отражая большую часть попадающего на него солнечного света обратно в космос. По мере таяния морского льда уменьшается его площадь, что снижает размер отражающей поверхности и, следовательно, приводит к большему поглощению солнечного тепла Землей. Таяние льда снижает альбедо, что приводит к увеличению поглощения тепла Землей и дальнейшему увеличению количества тающего льда. Хотя размеры ледяных полей меняются в зависимости от сезона, даже небольшое изменение глобальной температуры может существенно повлиять на количество морского льда, а из-за уменьшения отражающей поверхности, поддерживающей прохладу океана, это запускает цикл сокращения льда и потепления температуры. В результате полярные регионы – наиболее уязвимые к изменению климата места на планете. Сокращение площади сезонного морского льда ставит под угрозу выживание арктических видов, таких как кольчатая нерпа и белый медведь.
Присутствие инопланетян
Предполагается, что другие элементы и соединения могут существовать в виде океанов и морей на внеземных планетах. Ученые особенно подозревают существование "айсбергов" из твердого алмаза и соответствующих морей жидкого углерода на ледяных гигантах Нептуне и Уране. Это обусловлено экстремальным давлением и температурой в ядре, которые способны превратить углерод в сверхкритическое состояние.