ЕГО ВЕЛИЧЕСТВО - ЛЁД или как он образуется, живет и умирает! Пример - озеро Байкал #подсмотреношаманом
Каждую зиму и весну толпы туристов, жертвуя своими отпускными и рискуя подхватить простуду, приезжают в холодную Сибирь, чтобы полюбоваться байкальским льдом.
Чем же, собственно, так примечателен лед озера Байкал в целом? Очевидно, здесь основную роль играет уникальная прозрачность его воды: в ней высокое содержание кислорода, один из самых низких процентов минерализации и ничтожно малое количество органических примесей, которые обычно замутняют водоемы. И все это достижение одной маленькой, но невероятно важной козявочки – рачка эпишуры.
Байкальская эпишура – один из самых известных и при этом самых значимых эндемиков озера (то есть кроме Байкала больше нигде не встречается), она формирует до 90 % биомассы водоема и фильтрует воду от органики, пропуская ее через себя. Благодаря неустанному труду этих «креветочек», весной в некоторых местах озеро настолько чистое, что можно рассмотреть камни на глубине до 40 метров или разных подводных обитателей.
Лед Байкала – феномен, облюбованный туристами и любителями красивых фотографий не только из-за его суперпрозрачности, но и его разнообразия: всего выделяется более 50 видов байкальского льда, в зависимости от условий его образования, локации, формы и состава.
Кстати, возможно вы не слышали, но наука о природных льдах, в любой их форме, на поверхности Земли, в атмосфере, гидросфере и литосфере, называется – гляциология, от латинского glacies — лёд)
Мы же остановимся только на самых популярных и самых необычных видах байкальского льда (и кое-где на коньках проехать точно не получится).
Шуга, снежура и сало (и нет, это не про sugar, кожуру и сало)
Вот озеро только-только начинает замерзать и в воде образуются крохотные ледяные кристаллы, напоминающие иголочки и объединяющиеся в тонкие пленки на поверхности водоема. Еще не смерзшиеся в сплошную корку, такие круглые скопления сала, немного похожие на плавающие пузыри масла в супе, являются первым признаком того, что температура воды достигла 0°C (не путайте, пожалуйста с ужасным питерским желтым салом)
Редко когда сало может спокойно замерзнуть: ветер разрушает его, разделяет «пакетики» на рыхлые белесые комки и перемешивает с водой. В воде получившаяся шуга всех размеров находится во взвешенном состоянии, затвердевает и может обнаруживаться как на поверхности, так и на глубине водоема. Конкретно из сала формируется поверхностная шуга.
Вот вода при контакте с воздухом переохладилась и в ней уже зарождается кристалл льда, а ее вдруг резко затащило под воду (ветер ее перемешал или течения), тогда такой зародыш превратится в лед уже на глубине. Внутриводный лед – или шорох – имеет вид множества мокрых горошинок (чем-то напоминает игрушку-антистресс с этими шариками склизкими), которые потом слипаются и получается глубинная шуга.
И еще один тип «недольда» называется снежурой. Он появляется, когда снег падает на переохлажденную воду, быстро пропитывается ей и превращается в вязкую, почти однородную кашу, которая затем слипнется в уже знакомую нам шугу. В общем, все эти «слякотные» виды льда формируются на первой стадии замерзания озера, и тут коньки, конечно, будут бесполезны, скорее лодку надо брать или же… искать лед понадежнее.
Торосы, щели, ледяные розы
Во время ледостава (в этом году он начался 6го января и продлится примерно до конца апреля) толщина ледяного панциря озера в среднем равна 0,7-1м. В некоторых местах лед достигает 2х метров в толщину, и, как известно, при перепадах температуры сжимается и расширяется. В малых масштабах эффект незначителен (линейное расширение/сужение льда при изменении его температуры на 1°С составляет 70 мм на 1 км), но, если это происходит на замкнутой площади примерно 32тыс. квадратных километров, то напряжение бывает настолько огромно, что вызывает появление так называемых температурно-компенсационных швов.
При резком похолодании лед сжимается, лопается и образуются глубокие сквозные трещины – становые щели. Представьте, что в сутки перепад температур воздуха может достигать 20-30°С, тогда если принять ширину озера за 40 км, то лишь по приблизительным расчетам суммарная толщина щелей составит 28 метров (а на самом деле она гораздо больше). При потеплении происходит обратное, лед расширяется, закрывая трещины, и наслаивается глыбами друга на друга – такой лед называется торосами.
Торосы штука очень неудобная, но красивая. На реках они появляются из-за того, что течение сталкивает льдины межу собой, и по факту, это просто нагромождение глыб, между которыми очень тяжело передвигаться. На Байкале же торосы – результат огромного давления между плитами, поэтому они порой бывают настолько внушительных размеров, что достигают 10-12 метров в высоту (это, конечно, редкость, обычно они в районе 1-1,5 м). Однако туристы - люди упертые и готовые ради красивой фотографии сломать ноги среди острых льдин, ведь обломки такие прозрачные, что почти не искажают формы предметов, словно стекло. Так что, если очень надо выложить пост в инстаграме, ходить по торосам можно, только осторожно (главное, чтобы трещина обратно не начала ползти).
Становые щели – это вообще преинтереснейшее явление, и я, наверное, даже не успею все про них здесь рассказать. Ну, во-первых, в течение многолетних наблюдений было установлено, что крупные термические трещины появляются примерно в одних и тех местах ежегодно. То есть да, можно даже составить карту самых примечательных трещин на озере, и она будет актуальна из года в год (хотя и с погрешностями). Байкал, испещрённый трещинами, делится на отдельные гладкие ледяные сектора порой по 10-30 км в поперечнике, которые раньше еще называли «мальчишниками» или гололёдками. Вот, где коньки не нужны, а обязательны! Поверхность таких естественных катков почти зеркальна, а толщина льда абсолютно безопасна (Или нет? Я потом объясню один нюанс).
Из-за неравномерного нагревания и охлаждения (а еще и высокой сейсмической активности на Байкале), даже такие глобальные образования, как становые щели формируют сложноразветвленную систему. А в малых масштабах небольшие трещинки - несквозные (сухие) или сквозные (мокрые) - и вовсе перемешиваются в бесконечно-хаотичные кружевные узоры. Красиво? Да, это просто безумно красиво. Они, словно паззлы, делят монолитный пласт на кусочки разных цветов, чем-то напоминая космический пейзаж или переплетения вен, что вдохновляет не только фотографов, но и художников.
Во-вторых, как уже было сказано становые щели живут, или «дышат»: смыкаются и размыкаются. Самая широкая найденная трещина была 4м, хотя обычно их ширина в пределах 0,5-1м. Так вот эти щели не только сами живут, но еще и помогают жить рыбе, открывая доступ к кислороду, а прозрачность льда позволяет фотосинтезирующим водорослям развиваться под солнечными лучами даже зимой.
Еще иногда трещинки «заживают», затянувшись мелкими кристаллами, которые затем слегка нарастают над поверхностью и формируют «кустики» - ледяные цветы. Такие розочки из снежинок в том числе появляются на ровной поверхности льда, как иней, конденсируясь на мелких песчинках или острых краешках.
И в-третьих, когда любой водоем начинает замерзать мы слышим скрежет глыб друг об друга и их потрескивание на глубине. На Байкале говорят, что озеро так дышит или ворчит, но по сравнению с этим, образование именно становой щели – гораздо более эффектное событие! Представьте, как толстый лед в одно мгновение лопается на несколько сотен метров в длину? Это очень напоминает раскаты грома или грохот артиллерии. Так вот совсем недавно (8 февраля этого года) внезапно появилась еще одна становая щель шириной 50см, и родилась она так эпично и ощутимо громко, что даже сейсмостанции зафиксировали этот ледовый удар как толчок в 4 балла (!), а спасательным службам местные жители несколько раз сообщили о землетрясении.
А вот выпуск новостей про ту самую становую щель - посмотрите, потом на секунду мы к нему вернемсяYouTube2:36
В конце я покажу еще одну прикольную акустическую штуку, не переключайтесь
Узоры ветра: сокуи и колобовник
Неспокойная погода озера – один из факторов разнообразия его льда. Во время сильного ветра, брызги волн замерзают на холодных скалах в виде неподвижных ледяных наплесков, которые местные зовут сокуями. Такие сосульчатые наросты могут достигать 10 метров в высоту. Сокуи обычно формируются неравномерными слоями, поэтому чаще имеют не прозрачный, а белый цвет и похожи на снежно-ледяные шубы. Кстати, цвет любого льда также зависит от погоды, в которую он сформировался: если шел снег, то лед получится матовым, если вода замерзала при ясной и спокойной погоде, скорее всего лед будет прозрачным.
Иногда округлые осенние ледяные корки при замерзании озера «склеиваются» прозрачным однородным льдом, но ветер легко задирает тонкие блины и они вмерзают чуть-чуть под углом или же на них наплескиваются волны, делая их поверхность выпуклой. Выпуклый лед называют колобовником или мятиком, а более редкие - сжатые и вогнутые льдины с торчащими краями - чашечным или тарелочным льдом (в зависимости от величины этих «тарелок») и выглядит он своеобразно, как будто садовая дорожка из круглых камней с прожилками цемента. Красиво, но снова неудобно: по особо неровному колобовнику передвигаться, как пешком, так и на транспорте – чистое мучение.
Пузыри, гвоздики и пропарины
Мы с вами рассмотрели следующие виды льда:
- появляющиеся в самом начале замерзания озера (сало, шорох, снежура и их финальный вариант - шуга);
- более мощные щели и торосы (+ просто трещины);
- льды, сформированные ветром (сокуи и колобовник);
А теперь перейдем к экзотике и всяким подводным чудесам.
Наверное, пузыри – это самое удивительное в подборке. Конечно, на Байкале есть обычные пузырьки воздуха, которые не редки и для других водоемов, но вот застывшие в темной толще льда белые шары всевозможных диаметров, собранные в столбики и гроздья или вмороженные по-отдельности – это не воздух, это метан. Выделяющиеся на дне озера газы не успевают всплыть и застывают внутри инопланетными кругами на радость туристам. Пузырьки же поменьше замерзают с характерным хвостиком и выглядят как гвоздики.
Между прочим, с выделениями метана на озере связано очень много вопросов. Для ученых Байкал в принципе всегда был объектом пристального внимания, потому что слишком много явлений до сих пор не объяснены, так вот метан является продуктом реакции газогидратов, которые вообще-то… в пресной воде больше нигде не встречаются
И снова пару слов о безопасности: пешком (и на коньках) по такому льду обычно можно передвигаться спокойно, но вот машинам пузырьковый лед противопоказан. Изнутри пронизанный сетью полых вкраплений, он становится более хрупким, так что ледовые автомобильные трассы прокладываются при участии специалистов вдали от скоплений пузырей.
Если осторожно просверлить в небольшой пузырик отверстие и поднести зажигалку, то на поверхности будет играть язычок пламени. Выглядит немного опасно, так что, наверное, лучше ничего не поджигать, просто любуйтесь красотой. Кстати, местные раньше считали, что горящие в ночи зимой огни на льду – это духи озера.
Метановые фокусы со льдом. Высосали весь пузырь…0:12
И последнее в этой части, пропарины – одно из опаснейших образований на Байкале, самая настоящая замаскированная ледяная ловушка. По разным причинам (но, в основном как раз из-за подводных газов, поднимающих теплую воду) лед начинает подтаивать снизу, постепенно истончаясь. Получается, что даже где-то посреди толстой ледяной глыбы (помните да про надежные «мальчишники»?) оказывается уязвимое место, очень часто припорошенное снегом и совершенно незаметное. Пропарины или ключи – частая причина проваливания машин под лед, их можно заметить либо подойдя пешком, либо с высоты, либо в инфракрасном свете.
На затравку любопытным
Если уж говорить про зимние загадки Байкала, то нельзя не упомянуть хотя бы вскользь два интересных явления. Первое (которое там на картинке выше проспойлерили), это сопки – «конусовидные ледяные холмы высотой до 6 м, полые внутри. Внешним видом они напоминают ледяные шатры, «открытые» в противоположную от берега сторону» (К.г.н. Н. Г. Гранин) – механизм образования которых до сих пор не объяснен. И второе, кольца Байкала (называемые в прессе «глазами») - круговые структуры проявляющиеся на поверхности озера, которые смогли заметить лишь после снимков со спутников. Они были обнаружены в 2003г., и после систематического исследования, ученые заявили, что разгадали эту тайну:
«Они возникают благодаря подъему глубинных вод и повышению температуры поверхностного слоя воды в центральной части кольцевой структуры. В результате образуется антициклоническое (по часовой стрелке) течение. В зоне, где течение достигает максимальных скоростей, усиливается вертикальный водообмен, что приводит к ускоренному разрушению ледового покрова. Темные круги, заметные на космических снимках, – это те самые круговые области, где толщина ледового покрова минимальна, а сам лед более насыщен водой», - К.г.н. Н. Г. Гранин, «Окольцованный Байкал»
Эти круги, как и пропарины, несколько раз были причинами аварий и затопления машин, и некоторые вопросы по ним все еще остаются открытыми. Подобными явлениями на Байкале занимаются сотрудники Лимнологического института СО РАН - главной исследовательской площадки на озере, ведущей постоянный мониторинг Байкала. Про одного из ее работников уже говорилось в новостном репортаже на видео, и Гранин (чья цитата выше) также являлся ее научным сотрудником. С этим институтом, солнцем и байкальским льдом (и дном) связана еще одна интересная история, но в этом тексте я ее не буду описывать. Так сказать, только закину удочку на будущее.
Звездные войны по-сибирски
Ну что ж, самое прикольное я оставил на десерт. Байкал, оказывается, тот еще болтун: внутренние процессы во льду и под ним никогда не останавливаются, поэтому зимой на озере постоянно слышны то шорохи, то зловещий скрежет, то стоны, то космические бластеры…
Стоп, что? Бластеры? (И вот сейчас самое время надеть наушники)
В комментариях к этому видео много писали, что это просто монтаж, и в природе лед не может издавать подобных звуков, но, кажется, люди просто подзабыли физику. Появление трещин обычно сопровождается резким, коротким звуком, который создается мощной волной, состоящей из множества волн разных частот. А как известно, волны, отличающиеся по частоте, имеют разную скорость распространения, и эта разница особенно заметна в твердой среде. Поэтому более высокий звук для нас заканчивается быстрее, чем более низкий, и в результате мы имеет нисходящие «выстрелы» бластеров.
Таким образом, космические перестрелки – это явление акустической дисперсии, такой же дисперсии, которая раскладывает луч света на радужные полосы. А причина, почему в фильме мы слышим треск льда заключается в том, что по такому же принципу были впервые записаны звуки бластера. Звукорежиссер «Звездных войн» Бен Бертт создал эти «выстрелы», постучав гаечным ключом по натянутому тросу телевышки: под действием растягивающей силы поперечные волны имеют точно такую же дисперсию, как и лед, поэтому и звук тот же.
Байкальский дзен
Что ж, для красивого завершения посмотрим на еще одно уникальное явление – байкальский дзен, которое ученые (между прочим, французы) тоже смогли полностью объяснить лишь недавно.
На поверхности озера можно найти камни, стоящие на тонюсенькой ледяной ножке с углублением вокруг, словно это какие-то искусственные арт-объекты. До 2021-го года существование камней-балерин объяснялось ветровой эрозией, однако образования не несли признаков механического износа и периодически обнаруживались в местах, где ветров нет совсем (например, в пещерах), таким образом ломая стройную теорию. Вот так лежал, значит, камушек и вдруг построил себе трон на шпильке. И стал популярным.
Оказалось, природа здесь исхитрилась на полную, и ветер совсем не при чем: все дело в уникальных условиях и сублимации - переходе вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, без жидкой фазы. Рассеянное солнечное излучение превращает лед вокруг камня в пар, без траты времени на плавление в воду. При этом камень действует как своеобразный защитный зонтик, затеняя небольшой столбик льда от солнечного излучения и спасая его от испарения, в результате чего образуется тонкая ледяная колонна, поддерживающая своего защитника. Тепловое излучение самого камня в свою очередь создаёт неглубокую выемку вокруг основания столба, благодаря чему конструкция надёжно удерживается на льду. И это открыли совсем недавно! Я еще раз повторю – Сибирское море все еще полно тайн, которые нам придется разгадать.
Казалось бы, что можно рассказывать про замерзшую воду? А вот так незаметно заметка про лед превратилась в небольшую статью про лед. Я все же надеюсь, что вам было не скучно, вы узнали здесь что-то новое и где-то в планах записали себе сгонять на прекрасный зимний Байкал…
*и найти свой дзен.
Статья Александра Грибоедова
Комментарии