Каким способом можно закинуть льдинку дальше: бросив ее под углом 45° к горизонту или спустив с такой же скоростью скользить по льду? Коэффициент трения о лед принять равным 0,02. Сопротивлением воздуха можно пренебречь.

\circ }} = 25\]

Содержание

Ответ: 25.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

2.1.70 Два соприкасающихся бруска лежат на горизонтальном столе, по которому они могут
2.1.72 К вертикальной стенке с силой 40 Н, направленной горизонтально, прижимается брусок
2.1.73 На гладкой поверхности лежит доска массой 5 кг, на ней находится тело массой 3 кг

Тема №8857 Школьная олимпиада по физике 129

Школьная олимпиада по физике.

7 класс.

1. Трактор тянет широкозахватную сенокосилку со средней скоростью 6,28 км/ч. Какую площадь трав можно убрать за 8 часов работы, если тракторист обедал 30 минут, а ширина захвата сенокосилки 14,5 м?

2. В гонке участвуют 4 спортсмена, которые развивают разные скорости. Кто победит? Кто отстанет? Если первый спортсмен 165 м проходит 30 секунд, второй спортсмен 9,9 км за 30 мин., третий — 66 м за 2 мин., четвёртый 475.3 км за сутки.

3. У свинцовой пластинки определите толщину, её длина равна 40 см, ширина 2,5 см. Если пластинку опустить в стакан, до краёв наполненный водой, выльется 80 г воды.

4. Из двух сёл, расстояние между которыми 36 км, одновременно навстречу друг другу вышли два пешехода. Скорость первого 4 км/ч, скорость второго 5 км/ч. Какое расстояние будет между ними через 3 часа? На сколько км/ч пешеходы сближаются друг с другом (эту величину называют скорость сближения)?

5. Определите толщину одной страницы выданной книги.

10 класс.

1. Каким способом можно закинуть льдинку дальше: бросив в воздух под углом 45º к горизонту или пустив ее скользить по льду? Коэффициент трения об лед принять равным 0,02. Сопротивлением воздуха пренебречь. Во сколько раз отличаются расстояния, на которых окажется льдинка, в этих случаях?

(Считать, что при бросании под углом к горизонту льдинка после приземления дальше не движется).

2. Аэростат поднимается вертикально вверх с ускорением 2 м/с2. Через 5 секунд с начала движения из него выпал предмет. Через сколько времени этот предмет упадет на землю?

(Считать g = 10 м/с2).

3. Вес тела в воде в три раза меньше, чем в воздухе. Чему равна плотность тела?

4. Тяжелый грузик на нити совершает гармонические колебания, при этом максимальная сила натяжения нити равна 1,01 Н, а минимальная сила натяжения нити 1 Н. Изменение высоты грузика в процессе колебаний 3,3 мм. Определите период колебаний грузика.

11 класс.

1. По наклонной плоскости скользят два тела одинаковой массы, связанные нитью. Сила натяжения нити Т = 2 Н. Трения между одним телом и наклонной плоскостью нет. Определите силу трения, действующую на другое тело.

2. В сосуде объемом 10 л находится сухой воздух при температуре 0º С и давлении 750 мм рт.ст. Каким будет давление в этом сосуде, если ввести туда 3 г воды и нагреть сосуд до 100º С

(Универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж/моль·К).

3. Электрическая цепь состоит из последовательно соединенных источника постоянного напряжения, сопротивления R = 500 Ом и плоского воздушного конденсатора, у которого площадь пластин 4см2, а расстояние между пластинами можно изменять. Если пластины сдвинуть вплотную, то в цепи течет ток I = 0,2 А. Какой заряд накопится на пластинах, если их раздвинуть до расстояния 2 мм? Внутренним сопротивлением источника тока пренебречь.

(Электрическая постоянная ε = 8,85 · 10-12 Ф/м)

4. Источник тока с напряжением 3В замкнули на три проводника, соединенных параллельно. При этом на первом проводнике выделилось теплоты в 3 раза больше, а на втором – в 6 раз больше, чем на третьем. Какой ток протекает через каждый проводник, если сопротивление первого проводника R = 1 Ом?

Экспериментальный тур

7 класс

1. Определить массу воздуха в комнате.

2. Используя весы, разновески, мензурку и сосуд с водой, определить, однородно ли это тело.

3. Как пользуясь весами и набором гирь, можно найти вместимость (т.е. внутренний объём) кастрюли.

4. Необходимо как можно точнее узнать диаметр сравнительно тонкой проволоки располагая для этой цели только школьной тетрадью в клетку и карандашом. Как следует поступить?

5. Стеклянная пробка имеет внутри полость. Можно ли с помощью весов, набора гирь и сосуда с водой определить объём полости, не разбивая пробки? Если можно, то как?

6. Имеется алюминиевый шарик. Как с помощью весов и мензурки определить сплошной шарик или внутри него есть воздушная полость?

7. Как измерить диаметр футбольного мяча с помощью жёсткой линейки?

8. Определить ёмкость данного флакона с водой, используя только весы и разновес.

9. Определить длину проволоки в мотке, не разматывая его, имея весы, разновес и масштабную линейку.

10. Как определить плотность канцелярской скребки.

11. Цилиндрическая кастрюля до верху заполнена водой. Как отлить ровно половину воды?

8 класс

1. Как с помощью весов, набора гирь и сосуда с водой определить плотность камня, если его объём невозможно измерить непосредственно.

2. Выяснить экспериментально, какая из сил больше и во сколько раз: вес бруска или сила тяги при равномерном его движении по поверхности стола?

3. Как с помощью закона Архимеда определить объём тела? Оборудование: тело массой 1 кг из набора грузов, динамометр, сосуд с водой.

4. Необходимо как можно точнее узнать диаметр сравнительно тонкой проволоки располагая для этой цели только школьной тетрадью в клетку и карандашом. Как следует поступить?

5. Стеклянная пробка имеет внутри полость. Можно ли с помощью весов, набора гирь и сосуда с водой определить объём полости, не разбивая пробки? Если можно, то как?

6. Имеется алюминиевый шарик. Как с помощью весов и мензурки определить, сплошной шарик или внутри него есть воздушная полость?

7. Как определить массу некоторого тела с помощью штатива, пружины, линейки и единственной гири известной массы.

8. В ящике стола лежали два одинаковых бруска. Один из них был изготовлен из мягкого железа и магнитными свойствами не обладал (точнее, не был магнитом), а второй — стальной и намагничен. Как пользуясь только этими двумя брусками отличить магнит от простого железа.

9. Как измерить диаметр футбольного мяча с помощью жёсткой линейки?

10. Определить плотность неизвестной жидкости, имея линейку, деревянный брусок, сосуд и воду.

11. Определить давление бруска на поверхность стола при различных положениях бруска. При каком положении брусок оказывает наибольшее/наименьшее давление.

12. Возьмите кусок медной проволоки произвольной длины. Пользуясь только линейкой и таблицами, рассчитайте её сопротивление.

13. Используя динамометр и латунную гирю массой 200 г, определить плотность данной жидкости.

14. Как при помощи компаса определить, течёт ли ток в проводнике? В катушке с током.

15. Имея динамометр определить сколько выльется воды из отливного стакана, если в него опустить данный кусок пластилина (плотность 1,3 г/см»). Ответ проверить с помощью мензурки.

9 класс

1. Как положить находящийся на столе лёгкий деревянный шарик в банку, не прикасаясь к нему руками и не подкатывая его к краю стола.

2. Выяснить экспериментально, какая из сил больше и во сколько раз: вес бруска или сила тяги при равномерном его движении по поверхности стола?

3. Если вы хотите подтянуть к себе катушку с нитками за свободный конец нити, то как вам следует поступить? Всегда ли катушка будет двигаться за ниткой? Ответ обосновать.

4. Как с помощью резиновой трубки перелить воду в стакан? Ответ обосновать и подтвердить опытом.

5. Определить длину проволоки в мотке, не разматывая его, имея весы, разновес и масштабную линейку.

6. На столе лежит стеклянная пластинка прямоугольной формы, на ней — кусок свинца. Имеются мензурка и масштабная линейка. Определить среднее давление стеклянной пластинки на поверхность стола (Плотность стекла — 2,6 г/см).

7. Возьмите кусок медной проволоки произвольной длины. Пользуясь только линейкой и таблицами, рассчитайте её сопротивление.

8. Имеется 8 одинаковых по форме шариков один из которых полый. Как с помощью только двух взвешиваний определить какой из них полый?

9. В ящике стола лежали два одинаковых бруска. Один из них был изготовлен из мягкого железа и магнитными свойствами не обладал (точнее, не был магнитом), а второй — стальной и намагничен. Как пользуясь только этими двумя брусками отличить магнит от простого железа.

10. Необходимо как можно точнее узнать диаметр сравнительно тонкой проволоки располагая для этой цели только школьной тетрадью в клетку и карандашом. Как следует поступить?

11. Как определить массу некоторого тела с помощью штатива, пружины, линейки и единственной гири известной массы.

Разноуровневые задачи на смекалку для учащихся 7–9-х классов школьной олимпиады

1. Действует ли сила тяготения между космонавтом и Землёй, когда космонавт, как говорят, находится в состоянии невесомости?

2. Два поезда идут навстречу друг другу: один — ускоренно на север, а другой — замедленно на юг. Как направлены ускорения двух поездов?

3. Для отделения зёрен ржи от ядовитых зёрен спорыни смесь высыпают в воду, и зёрна ржи, и зёрна спорыни в ней тонут. А затем в воду добавляют соль и зёрна спорыни начинают всплывать, а ржаные остаются на дне. Объясните явление.

4. В одинаковых ли направлениях относительно друг друга движутся капли дождя, идущих над Невой и идущих над Днепром в безветренную погоду?

5. Если из винтовки выстрелить в варёное яйцо, в нём образуется отверстие. Если выстрелить в сырое, то оно разлетится. Как это объяснить?

6. Двигаясь по сыпучему песку или рыхлому снегу, мы затрачиваем больше энергии, чем при движении по твёрдой дороге. Почему?

7. Почему не рекомендуется мокрую ткань, окрашенную в тёмный цвет, оставлять на длительное время в соприкосновение с белой тканью? Объясните происходящее явление?

8. Против течения моторная лодка плывёт медленнее, чем в стоячей воде, зато по течению — быстрее. Где удастся проплыть быстрее одно и то же расстояние туда и обратно — в реке или в озере.

9. Человек, стоя на платформе весов, быстро приседает и выпрямляется. Как изменяются показания весов во время этого движения?

10. За счёт чего увеличивается потенциальная энергия поднимающегося воздушного шара?

11. В стакане плавает кусок льда. Как изменится уровень воды, когда лёд растает? Изменится ли ответ, если во льду находится кусок пробки? Стальная гайка?

12. В небольшом бассейне плавает лодка. Как изменится уровень воды в бассейне, если лежащий на дне лодки камень бросить в воду?

13. В небольшом бассейне плавает полузатопленная лодка, причём уровень воды в лодке совпадает с уровнем воды в бассейне. Из лодки зачерпнули ведро воды и вылили в бассейн. Где после этого выше уровень воды — в лодке или в бассейне? Как изменился уровень воды в бассейне?

14. Потонет ли в воде стеклянная бутылка, доверху наполненная водой? А бутылка с ртутью — в ртути?

15. Пластмассовый брусок плавает на поверхности воды. Как изменится глубина погружения бруска в воду, если поверх воды налить слой масла, полностью покрывающий брусок?

16. На рычажных весах уравновешен гирями сосуд с водой. Нарушится ли равновесие, если в воду погрузить подвешенный на нити стальной брусок так, чтобы он не касался дна?

17. В озере на некоторой глубине плавает полый шар, полностью погружённый в воду. Можно ли считать, что шар находится в состоянии невесомости, поскольку его вес в воде «полностью исчез»? Будет ли ощущать невесомость человек, находящийся внутри шара?

18. В воде на некоторой глубине плавает полый шар. Вернётся ли он на прежнюю глубину, если его погрузить ниже и отпустить?

19. Сплошные шары — алюминиевый и железный — уравновешены на рычаге. Нарушится ли равновесие, если оба шара погрузить в воду? Рассмотрите случаи, когда шары имеют: а) одинаковую массу; б) одинаковый объём.

20. На дне сосуда с водой находится примёрзший шарик из льда. Как изменится уровень воды в сосуде, когда лёд растает?

21. В повести И.С.Соклова-Микитова «Весна в Чуне» есть такие строки: «Выследив стадо лосей, медведь старается отбить одного лося, потом гоняет его по глубокому снегу. Крепкий наст выдерживает тяжесть медведя. Провалившегося в снегу лося медведь преследует, пока тот не остановится от изнеможения». Почему лось проваливается в снег, а медведь нет?

22. Для открывания стеклянного флакона с туго притёртой пробкой рекомендуется горлышко банки нагреть. Почему?

23. На тонких шёлковых нитях подвешены две одинаковые лёгкие бумажные гильзы, одна из них заряжена, другая — нет. Как определить, которая из них заряжена, не располагая какими-либо приборами и материалами?

24. Если у Вас имеется два непроградуированных термометра, как определить, который из них нагрет больше?

25. Нормальная температура человека приблизительно равна 37°С. Почему же человеку тепло при 25°С и очень жарко при 37°С?

26. Кому случалось наливать через воронку жидкость в бутылку, тот знает, что нужно время от времени воронку приподнимать, иначе жидкость из неё не выливается в бутылку. Почему? Предложите конструкцию воронки, свободной от этого недостатка.

27. Почему ручные часы рекомендуется заводить утром, а не вечером при снятии их с руки?

28. Из какого материала должны быть сделаны гири, чтобы при точном взвешивании можно было не вводить поправки на потерю веса а воздухе?

29. Почему самолёт при повороте наклоняется в сторону поворота, а корабль — в противоположную сторону?

Задачи на смекалку

Как с помощью длинной палки, трехлитровой банки и мотка веревки измерить массу улова?

В облачную или безоблачную погоду лучше виден след от самолета?

Почему температура кипения бензина в справочных таблицах указана интервалом (от 20 до 400 градусов)?

Как будут меняться показания термометра, если его обдувает ветер? Зимой, при резком потеплении, стены кирпичных домов покрываются инеем. Объясните это явление. Интересно и то, что налет инея получается неравномерный. Где слой инея толще?

Облака состоят из мелких капелек воды. Почему же они не падают под действием силы тяжести на землю?

Выдули мыльный пузырь. Некоторое время он поднимался, а потом стал опускаться. Почему?

Почему от кипятка стеклянная посуда может треснуть? Почему горячий компот в стакане охлаждается быстрее, чем густой кисель, который долгое время остается горячим?

Где будет дольше оседать пыль, поднятая космическим кораблем: на Земле или на Луне, если сила тяжести на Луне, меньше чем на Земле почти 6 раз?

Сложенные вместе оконные стекла практически невозможно отделить друг от друга, особенно, если они предварительно смочены. Почему? Предложи способ транспортировки нескольких стекол, чтобы они не «слиплись».

Если на бумаге оказались жирные пятна (пусть даже незаметные глазу), то чернильная ручка «откажется» писать в этих местах. Почему?

Какова будет форма жидкости, если перелить её из стакана в круглую колбу, в коническую мензурку? Изменится ли при этом объём жидкости?

Цилиндрическая кастрюля доверху заполнена водой. Как отлить ровно половину воды?

Определите длину нитки в катушке.

Почему, если капнуть маленькую каплю масла на воду, она растекается, но не по всей поверхности воды, а только по определенной площади. Почему?

На каком свойстве воды основано удаление воды из белья после стирки (отжим)?

Если рассматривать в микроскоп каплю сильно разбавленного молока, то можно увидеть, что плавающие в воде мелкие капельки жира непрерывно движутся. Объясните почему?

Почему в горячем чае сахар растворяется быстрее, чем в холодном?

Как сделать так, чтобы стекло не смачивалось водой?

Длина столбика ртути в трубке медицинского термометра увеличилась Увеличилось ли при этом число молекул ртути? Как изменился объем каждой молекулы ртути в термометре?

Какие молекулы движутся быстрее при 100°С: молекулы «пара» или «воды»?

 

Читать Знаете ли вы физику? онлайн (полностью и бесплатно) страница 2

Который из пароходов дойдет до бутылки раньше С быстрый или медленный?

2. Ту же задачу решить при условии, что пароходы шли первоначально навстречу один другому.

16

Подчиняются ли живые существа закону инерции?

17

Может ли тело придти в движение под действием одних только внутренних сил?

18

Почему трение всегда называют силой, несмотря на то, что трение само по себе не может породить движения (оно всегда направлено против движения)?

19

Какую роль играет трение в процессе движения живых существ?

20

Следующая задача взята из учебника механики А.В. Цингера:

Чтобы разорвать веревку, человек тянет ее руками за концы в разные стороны, причем каждая рука тянет с силою 10 кг. Не разорвав таким образом веревки, человек привязывает один ее конец к гвоздю, вбитому в стену, а за другой тянет обеими руками с силою в 20 кг.

Сильнее ли натягивается веревка во втором случае?

21

В знаменитых своих опытах с магдебургскими полушариями Отто Герике впрягал с каждой стороны по 8 лошадей.

Не лучше ли было прикрепить одно полушарие к стене, а к другому припрячь 16 лошадей? Получилась ли бы в этом случае более сильная тяга?

22

Взрослый может вытянуть на безмене 10 кг, ребенок С 3 кг. Сколько покажет указатель безмена, если оба станут растягивать безмен одновременно в противоположные стороны?

23

Стоя на платформе уравновешенных десятичных весов, человек присел. Куда качнулась платформа в момент приседания С вниз или вверх?

24

С воздушного шара, неподвижно держащегося в воздухе, свободно свешивается лестница (рис. 3). По ней начал взбираться человек.

Рис. 3. Куда подвинется аэростат?

Куда при этом подвинется шар: вверх или вниз?

25

На внутренней стенке закрытой банки, уравновешенной на чувствительных весах, сидит муха (рис. 4).

Рис. 4. Задача о мухе, летающей внутри банки

Что произойдет с весами, если, покинув свое место, муха станет летать внутри банки?

26

В последнее время большую популярность на Западе, особенно в Америке, приобрела занимательная игрушка, называемая там йо-йо. Это С катушка, которая спускается на разматывающейся ленте и сама затем поднимается. Игрушка С не новость: ею развлекались еще солдаты наполеоновских армий и даже, по розысканиям сведущих людей, герои Гомера.

С точки зрения механики, йо-йо не что иное, как видоизменение общеизвестного маятника Максвелла (рис. 5): небольшой маховичок падает, разматывая навитые на его ось нити, и приобретает постепенно столь значительную энергию вращения, что, развернув нити до конца, продолжает вращаться, вновь наматывая их и, следовательно, поднимаясь вверх. При подъеме, вследствие превращения кинетической энергии в потенциальную, маховик замедляет вращение, наконец останавливается и опять начинает падение с вращением. Опускание и подъем маховичка повторяются много раз, пока первоначальный запас энергии не рассеется в виде теплоты, возникающей при трении.

Рис. 5. Маятник Максвелла

Прибор Максвелла описан здесь для того, чтобы предложить следующий вопрос:

Нити маятника Максвелла прикреплены к пружинному безмену (рис. 6). Что должно происходить с указателем безмена в то время, когда маховичок исполняет свой танец вверх и вниз? Останется ли указатель в покое? Если будет двигаться, то в какую сторону?

Рис. 6. Что показывает пружинный безмен?

27

Можно ли в движущемся поезде пользоваться плотничьим уровнем (с пузырьком) для определения наклона пути?

28

1. Перенося в комнате с места на место горящую свечу, мы замечаем, что пламя в начале движения отклоняется назад. Куда отклонится оно, если переносить свечу в закрытом фонаре?

2. Куда отклонится пламя свечи в фонаре, если равномерно кружить фонарь около себя вытянутой рукой?

29

Однородный стержень уравновешен, подпертый в середине (рис. 7). Какая часть стержня перетянет, если правую его половину согнуть вдвое (рис. 8)?

Рис. 7. Стержень уравновешен

Рис. 8. Сохранится ли равновесие?

30

Который из двух изображенных здесь (рис. 9) пружинных безменов, поддерживающих стержень CD в наклонном положении, показывает бо́льшую нагрузку?

Рис. 9. Который из безменов сильнее нагружен?

31

Невесомый рычаг ABC изогнут, как показано на рис. 10. Точка его опоры в В. Желательно поднять груз А наименьшей силой. В каком направлении нужно ее приложить к концу С рычага?

Рис. 10. Задача о кривом рычаге

Рис. 11. С какой силой человек должен тянуть, чтобы удержать платформу от падения?

32

Человек весом 60 кг стоит на платформе, вес которой 30 кг. Платформа подвешена на веревках, перекинутых через блоки, как показано на рис. 11. С какою силою должен человек тянуть за конец веревки а, чтобы удержать платформу от падения?

33

С какой силой надо натягивать веревку, чтобы она не провисала (рис. 12)?

Рис. 12. Можно ли натянуть веревку так, чтобы она не провисала?

34

Чтобы вытащить увязший в выбоине автомобиль, прибегают к следующему приему. Привязывают его длинной прочной веревкой крепко к дереву или к пню близ дороги так, чтобы веревка была натянута возможно туже. Затем тянут за веревку под прямым углом к ее направлению. Благодаря этому усилию, автомобиль сдвигается с места.

На чем основан описанный прием?

35

Известно, что смазка ослабляет трение. Во сколько, приблизительно, раз?

36

Каким способом можно закинуть льдинку дальше: бросив в воздух или пустив скользить по льду (рис. 13)?

Рис. 13. Задача о брошенной и скользящей льдинках

37

Насколько, приблизительно, успевает опуститься первоначально неподвижное свободно падающее тело, пока звучит одно тик-так карманных часов?

38

Я получил ряд писем с выражением недоумения по поводу затяжного прыжка мастера парашютного спорта Евдокимова, поставившего мировой рекорд 1934 г. Евдокимов падал в течение 142 секунд с нераскрытым парашютом и, лишь пролетев 7900 м, дернул за его кольцо. Это никак не согласуется с законами свободного падения тел. Легко убедиться, что если парашютист свободно падал на пути 7900 м, то должен был употребить не 142 секунды, а только 40. Если же он свободно падал 142 секунды, то должен был пролететь путь не в 7,9 км, а около 100 км. Как разрешается это противоречие?

10. Работа. Кинетическая и потенциальная энергия

  • .Пуля массой 1,5 г, Летевшая горизонтально со скоростью 670 м/с, пробивает доску толщиной 3,5 см. Определить кинетическую энергию пули после пробивания доски, если сила сопротивления при движении ее в дереве равна 74 кН. 780 Дж

  • .Тело массы m=4 кг двигалось по горизонтальной прямой со скоростью 2 м/с. После действия некоторой силы оно стало двигаться в противоположном направление с вдвое большей скоростью. Найти величину этой силы и совершенную ей работу, если время действия силы 2 с. Решить задачу при условии, что после действия силы тело стало двигаться под углом 900 к начальной траектории с той же по величине скоростью 2 м/с. 12 Н, 24 Дж, 5,6 Н, 0

  • .Найти приращение энергии Е, если: а) Е1=2 Дж, Е2=5 Дж; б) Е1=10 Дж,Е2=8 Дж. 3Дж, -2 Дж

  • .Первоначально покоившаяся частица, находясь под действием силы: ( Н) , переместилась из точки (2, 4, 6) ( м ) в точку (3, 6, 9 ) ( м ). Найти кинетическую энергию Т частицы в конечной точке. 27 Дж

  • .Находясь под действием постоянной силы с компонентами (3, 10, 8) ( Н ), частица переместилась из точки 1 с координатами (1, 2, 3) ( М ) в точку с координатами (3, 2, 1 ) ( м ). Какая при этом совершается работа и как изменилась кинетическая энергия частицы? -10 Дж

  • .Каким способом можно закинуть льдинку дальше: а) бросив в воздух под углом 450 к горизонту или б) пустив ее скользить по льду с такой же скоростью? Коэффициент трения 0,02. По льду

  • .Санки движутся по горизонтальному льду со скоростью 6 м/с, выезжают на асфальт. Длина полозьев санок 2 м, коэффициент трения об асфальт k=1. Какой путь пройдут санки до полной остановки? 2,8 м

  • .Поезд массой m=50 т шел равномерно по горизонтальному пути. От поезда оторвался задний вагон массой m1=20 т. Проехав после этого 200 м, машинист прекратил доступ пара в машину. На каком расстоянии друг от друга остановятся отделившийся вагон и остальной состав поезда? Предположить, что машина все время работала одинаково ( сила тяги оставалась постоянной) и что сопротивление движению поезда и вагона пропорционально движущейся массе. 800 м

  • .Какую работу надо совершить, чтобы из колодца глубиной 10 м поднять вверх ведро с водой массой 8 кг на тросе, каждый метр которого имеет массу 400 г? 103 Дж

  • .К концу сжатия пружины детского пистолета на 3 см приложенная к ней сила была равна 20 Н. Найти потенциальную энергию сжатой пружины. 0,03 Дж

  • .Пружина детского пистолета имеет в недеформированном состоянии длину 15 см. Сила, необходимая для сжатия пружины на 1 см, равна 2 Н. Какова будет максимальная высота подъема шарика массой 1 г, если им зарядить пистолет, сжав пружину до 5 см ? Пистолет расположен вертикально. Сопротивление воздуха не учитывать. 25 м

  • .Потенциальная энергия частицы в некотором силовом поле определяется выражением : . Найти работу А, совершаемую над частицей силами поля при переходе из точки с координатами (1, 1, 1) в точку с координатами (2, 2, 2). –28 Дж

  • .Потенциальная энергия частицы определяется выражением: , где a > 0. Частица начинает двигаться из точки с координатами (3, 3, 3). Найти ее кинетическую энергию Т в момент, когда частица находится в точке с координатами (1, 1, 1). 24а Дж

  • .Потенциальная энергия частицы в некотором поле имеет вид : U=a/r2 –b/r, где a и b – положительные постоянные, r- расстояние от центра поля. Найти : а) значение r, соответствующее равновесному положению частицы; выяснить, устойчиво ли это положение; б) максимальное значение силы притяжения; изобразить примерные графики зависимостей U( r ) и Fr ( r ) – проекции силы на радиус-вектор. 2а/b м, —b3/27a2 Н

  • Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Льдинка

    Cтраница 1

    Льдинка скользит по инерции вверх по наклонной плоскости.  [1]

    Например, все льдинки, плавающие в воде, составляют одну фазу.  [2]

    При абсолютно неупругом столкновении двух одинаковых льдинок вся их кинетическая энергия переходит во внутреннюю ( тепловую) энергию.  [3]

    В процессе зарождения капель или льдинок частицы радиоактивной пыли могут явиться центрами конденсации или льдообразования. Более серьезное значение имеет захват частиц аэрозоля, когда образовавшиеся капли начинают расти.  [4]

    С верхней точки трубы А соскальзывает льдинка. В некоторой точке трубы В льдинка отрывается от ее поверхности.  [5]

    Определить скорости летящих навстречу друг другу одинаковых льдинок воды, температура которых t — 10 С, чтобы после абсолютного неупругого удара они смогли превратиться в пар.  [6]

    В чашку с холодной водой и плавающими льдинками ( или снегом) опускают одновременно две пробирки. В одной пробирке содержится 5 мл безводного бензола, в другой — такое же количество воды. Когда через отверстие пробирки учитель заметит, что бензол кристаллизуется, он достает пробирки из воды и показывает учащимся: бензол застыл, вода осталась жидкой.  [7]

    С какой скоростью должны лететь навстречу друг другу две льдинки, чтобы при ударе обратиться в пар. Начальная температура льда равна — 100 С, массы льдинок одинаковы, передачу тепла окружающей среде не учитывать.  [8]

    С какой скоростью должны лететь навстречу друг другу две льдинки, чтобы при ударе обратиться в пар. Начальная температура льда — 100 С, массы льдинок одинаковы, передачу тепла окружающей среде не учитывать.  [9]

    Если облачные капельки замерзают на поверхности самолета в виде отдельных льдинок, не растекаясь или мало растекаясь, они захватывают большое количество воздуха и образуют рыхлый, пористый, ь непрозрачный слой изморози. Лед такого типа весит обычно мало, II ив этом случае следует, прежде всего, опасаться изменения аэро -; динамических свойств крыльев и засорения отверстий карбюратора I и летных приборов. Однако, если переохлажденные капельки при -; бывают в таком изобилии и при такой сравнительно высокой температуре, что поверхность, о которую они ударяются, не успевает отводить от них тепло настолько быстро, чтобы каждая успевала полностью замерзнуть до прибытия следующей, они сливаются вместе, оставаясь в жидком состоянии. При этом захватывается очень мало воздуха, и осадок представляет собой слой прозрачного или полупрозрачного льда, известного под названием гололеда. Опасность этого вида обледенения также обусловлена, главным образом, аэродинамическими причинами, однако, здесь следует также опасаться увеличения веса самолета и вибраций, возникающих из-за неравномерной нагрузки на крыльях, стойках и винтовых лопастях.  [10]

    Каким способом и во сколько раз дальше можно закинуть льдинку: бросив ее в воздух под углом а 45 к горизонту или бросив ее скользить по льду.  [11]

    В паре могут образовываться заряженные капельки, в жидкости — льдинки. Условия для стабилизации капельки зарядом в плазме паров металлов, с одной стороны, менее предпочтительны, поскольку велики температуры. С другой стороны, очень высокие значения поляризуемости усиливают электрострикцию.  [12]

    Полностью обезвоженный жидкий SO3 затвердевает в прозрачные стеклообразные призмы, напоминающие льдинки — Ф Рма. Молекула Y-формы имеет состав S309 и кольцеобразное строение. Молекулы р-формы состоят из длинных цепей, на концах к-рых имеются ОН-группы. SbGs и др. Стабилизированный S03 не подвергается полимеризации в течение многих месяцев, если он не адсорбировал влагу.  [13]

    С какой минимальной скоростью у должны лететь навстречу друг другу две одинаковые льдинки, чтобы при ударе полностью расплавиться.  [14]

    Растирание замерзших частей тела снегом не рекомендуется, так как в снегу попадаются льдинки и песчинки, могущие травмировать кожу и вызвать ее нагноение.  [15]

    Страницы:      1    2    3    4

    РАБОТА. КИНЕТИЧЕСКАЯ И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ — КиберПедия

     

    10.1.Шарик массой 100 г, подвешенный на нити длиной 40 см, описывает в горизонтальной плоскости окружность. Какова кинетическая энергия шарика, если во время его движения нить образует с вертикалью угол 600?

     

    10.2.Постоянная сила F=0,5 Н ускоряет тело массы m=10 кг в течение времени t=2 с. Определить кинетическую энергию тела, если начальная кинетическая энергия его была равна нулю. Построить зависимости кинетической энергии от времени и от пройденного пути.

     

    10.3.Какую работу надо совершить, чтобы лежащий на земле однородный стержень длиной 2 м и массой 100 кг поставить вертикально?

     

    10.4.Какую работу надо произвести, чтобы повернуть на другую грань сплошной железный куб, масса которого m=200 кг?

     

    10.5.Сравнить работы, которые совершает человек, растягивая пружину динамометра от 0 до 10 Н, от 10 до 20 Н, от 20 до 30 Н.

     

    10.6.Электропоезд в момент выключения тока имел скорость 20 м/с. Какой путь пройдет поезд без включения тормозов до полной остановки, если коэффициент сопротивления равен 0,005?

     

    10.7.Мальчик тянет санки по горизонтальному пути, натягивая при этом привязанную к ним веревку под углом 370 к горизонту с силой 20 Н. Какую работу он произведет, протащив санки на расстояние 600 м?

     

    10.8.Какую работу необходимо затратить, чтобы вытащить пробку из горлышка бутылки? Длина пробки L, пробка находится на расстоянии l от края горлышка. Сила трения между пробкой и бутылкой F. Весом пробки пренебречь.

     

    10.9.Тело свободно падет с некоторой высоты без начальной скорости. Как относятся работы, совершаемые силой тяжести за одинаковые последовательные промежутки времени?

     

    10.10.Определить работу, которую надо совершить, чтобы поднять на высоту 5 м груз весом 2 Н, двигая его равномерно по наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол 300. Коэффициент трения 0,5.

     

    10.11.Вагонетку массы 3 т поднимают по рельсам в гору, наклон которой к горизонту 300. Какую работу совершила сила тяги на пути 50 м, если известно, что вагонетка двигалась с ускорением 0,2 м/с2? Коэффициент трения равен 0,1.

     

    10.12.Тело поднимают на вершину горы один раз по пути АДС, а другой раз – по пути АВС (рис. 35 ). Доказать, что при медленном подъеме совершенная работа будет одной и той же, если коэффициент трения на обоих склонах одинаков.

     

     

    С

     

     

    В

     

    Д

     

     

    А

     

    Рис. 35

     

    10.13.Пуля массой 1,5 г, Летевшая горизонтально со скоростью 670 м/с, пробивает доску толщиной 3,5 см. Определить кинетическую энергию пули после пробивания доски, если сила сопротивления при движении ее в дереве равна 74 кН.

     

    10.14.Тело массы m=4 кг двигалось по горизонтальной прямой со скоростью 2 м/с. После действия некоторой силы оно стало двигаться в противоположном направление с вдвое большей скоростью. Найти величину этой силы и совершенную ей работу, если время действия силы 2 с. Решить задачу при условии, что после действия силы тело стало двигаться под углом 900 к начальной траектории с той же по величине скоростью 2 м/с.

     

    10.15.Найти приращение энергии Е, если: а) Е1=2 Дж, Е2=5 Дж; б) Е1=10 Дж,Е2=8 Дж.

     

    10.16.Первоначально покоившаяся частица, находясь под действием силы: ( Н) , переместилась из точки (2, 4, 6) ( м ) в точку (3, 6, 9 ) ( м ). Найти кинетическую энергию Т частицы в конечной точке.

     

    10.17.Находясь под действием постоянной силы с компонентами (3, 10, 8) ( Н ), частица переместилась из точки 1 с координатами (1, 2, 3) ( М ) в точку с координатами
    (3, 2, 1 ) ( м ). Какая при этом совершается работа и как изменилась кинетическая энергия частицы?

     

    10.18.Каким способом можно закинуть льдинку дальше: а) бросив в воздух под углом 450 к горизонту или б) пустив ее скользить по льду с такой же скоростью? Коэффициент трения 0,02.

     

    10.19.Санки движутся по горизонтальному льду со скоростью 6 м/с, выезжают на асфальт. Длина полозьев санок 2 м, коэффициент трения об асфальт k=1. Какой путь пройдут санки до полной остановки?

     

    10.20.Поезд массой m=50 т шел равномерно по горизонтальному пути. От поезда оторвался задний вагон массой m1=20 т. Проехав после этого 200 м, машинист прекратил доступ пара в машину. На каком расстоянии друг от друга остановятся отделившийся вагон и остальной состав поезда? Предположить, что машина все время работала одинаково ( сила тяги оставалась постоянной) и что сопротивление движению поезда и вагона пропорционально движущейся массе.

     

    10.21.Какую работу надо совершить, чтобы из колодца глубиной 10 м поднять вверх ведро с водой массой 8 кг на тросе, каждый метр которого имеет массу 400 г?

     

    10.22.К концу сжатия пружины детского пистолета на 3 см приложенная к ней сила была равна 20 Н. Найти потенциальную энергию сжатой пружины.

    10.23.Пружина детского пистолета имеет в недеформированном состоянии длину 15 см. Сила, необходимая для сжатия пружины на 1 см, равна 2 Н. Какова будет максимальная высота подъема шарика массой 1 г, если им зарядить пистолет, сжав пружину до 5 см ? Пистолет расположен вертикально. Сопротивление воздуха не учитывать.

     

    10.24.Потенциальная энергия частицы в некотором силовом поле определяется выражением : . Найти работу А, совершаемую над частицей силами поля при переходе из точки с координатами (1, 1, 1) в точку с координатами (2, 2, 2).

     

    10.25.Потенциальная энергия частицы определяется выражением: , где a > 0. Частица начинает двигаться из точки с координатами (3, 3, 3). Найти ее кинетическую энергию Т в момент, когда частица находится в точке с координатами (1, 1, 1).

     

    10.26.Потенциальная энергия частицы в некотором поле имеет вид : U=a/r2 –b/r, где a и b – положительные постоянные, r- расстояние от центра поля. Найти : а) значение r, соответствующее равновесному положению частицы; выяснить, устойчиво ли это положение; б) максимальное значение силы притяжения; изобразить примерные графики зависимостей U( r ) и Fr ( r ) – проекции силы на радиус-вектор.

     

     

    ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

     

    11.1.Построить графики зависимости от времени кинетической, потенциальной и полной энергии камня массой 1 кг, брошенного вертикально вверх с начальной скоростью 9,8 м/с.

    11.2.Небольшое тело начинает скользить без трения с вершины сферы радиуса R вниз (рис.36 ). На какой высоте h над центром сферы тело отделится от поверхности сферы и полетит свободно?

    д hh

     
     

     

     

    Рис. 36

    11.3.По желобу, имеющему форму, показанную на рис.37 , с высоты H начинает скользить без трения небольшое тело. Определить: а) при каком минимальном значении высоты H тело опишет полную петлю, не отделяясь от желоба; ,) чему равна при таком значении H сила давления тела на желоб в точке А, в точке В?

     

     
     

     

    А

    H

     

    В

     

     
     

     

    Рис. 37

    11.4.Какой кинетической энергией обладало тело массой 2 кг, если оно поднялось по наклонной плоскости с углом наклона 30о на высоту 1 м? Коэффициент трения между телом и наклонной плоскостью 0,1.

     

    11.5.Молоток массой 0,8 кг в момент удара о шляпку гвоздя имеет скорость 1,5 м/с и забивает его в бревно на глубину 5 мм. Какой массы груз необходимо положить на шляпку гвоздя, чтобы он вошел в бревно на такую же глубину?

     

    11.6.Шарик для игры в настольный теннис радиусом 15 мм и массой 5 г погружен в воду на глубину 30 см. Когда шарик отпустили, он выпрыгнул из воды на высоту 10 см. Какое количество теплоты выделилось вследствие трения шарика о воду?

     

    11.7.Небольшая шайба А соскальзывает без начальной скорости с вершины гладкой горки высотой H, имеющей горизонтальный трамплин (рис.38 ). При какой высоте h трамплина шайба пролетит наибольшее расстояние S? Чему оно равно?

     
     

    А

     

    H

    h

    S

     

    Рис. 38

    11.8.Пуля массой m ударяется под углом о баллистический маятник массой М и застревает в нем. Какая доля кинетической энергии пули перейдет в теплоту?

    11.9.Два шара подвешены на тонких параллельных нитях, касаясь друг друга. Меньший шар отводится на 900 от первоначального положения и отпускается. После удара шары поднимаются на одинаковую высоту. Определить массу меньшего шара, если масса большего 0,6 кг, а удар абсолютно упругий.

     

    11.10.Веревка длины 20 м переброшена через блок. В начальный момент времени веревка висит симметрично относительно вертикальной прямой, проходящей через ось блока, и покоится, а затем, в результате незначительного толчка, начинает двигаться по блоку. Будет ли движение веревки равноускоренным? Какова будет скорость веревки, когда она сойдет с блока? Массой и размером блока пренебречь.

     

    11.11.Камень брошен вверх под углом 600 к горизонту. Кинетическая энергия камня в начальный момент 20 Дж. Определить кинетическую и потенциальную энергии камня в наивысшей точке траектории. Сопротивлением воздуха пренебречь.

     

    11.12.Гиря, положенная на верхний конец пружины, сжимает ее на 2 мм. На сколько сожмет пружину та же гиря, упавшая на конец пружины с высоты 5 см?

     

    МОМЕНТ СИЛЫ

     

    12.1.На тонкий прямоугольный брусок АВСД массы 10 кг действует вертикально направленная сила F, равная 20 Н (рис. 41 ). Определить векторы моментов силы F и силы тяжести относительно точек А и С. АВ=20 см, ВС=30 см.

     

    у

     

     

     

     

    В С

     

    А Д

    х

     

    Рис. 41

     

    12.2.Брусок А и сила F находятся в одной плоскости. Определить момент силы F относительно точки А (рис. 42). Чему равен момент силы F относительно осей x, y, z?

     

    у

     

     

    300

    А х

     

    Рис. 42

     

    12.3.На плоский диск радиуса 50 см, лежащий на горизонтальной поверхности, действуют две силы F1=400 Н и F2=300 Н, направленные по касательной к диску в горизонтальной плоскости (рис. 43). Определить результирующую силу, действующую на диск, и результирующий момент сил относительно центра диска.

     

     
     

    Z

     

     
     

     

     
     

     

    Рис. 43

     

    12.4.Как изменится ответ в задаче № 11.3, если F1=F2? Найти величину перемещения диска за 10 с, если его масса 100 кг, а сила трения равна нулю.

     

    12.5.Радиус блока 10 см, масса груза m= 5 кг, трением в оси блока пренебречь (рис. 44). Груз спускается с ускорением 2 м/с2. Найти: 1. Момент силы тяжести относительно оси блока. 2. Момент силы, вращающий блок, относительно оси блока.

     

     
     

     

    Z

     
     

     

     

    Рис. 44

     

    12.6.Снаряд массы m начинает движение со скоростью v0, направленной под углом к горизонту. Найти зависимость момента силы тяжести снаряда относительно точки выстрела от времени. Определить эту величину для моментов нахождения снаряда в высшей и наиболее удаленной точке траектории, если vо=40 м/с, =300.

     

    12.7.Через блок радиуса R переброшен канат, на который действуют две силы F2 > F1, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси блока (рис. 45). Определить вращающий момент и направление вращения блока.

     

     

     
     

     

     

    Рис. 45

     

    12.8.Небольшое тело массы m находится посередине наклонной плоскости АВ ( = 300, АВ=L). Найти моменты сил, действующих на тело, относительно точки А, прямой АВ, оси Z (рис 46).

     

     

    В

     

    Z

    А

     

    Рис. 46

     

    12.9.К точкам 1 и 2 некоторого тела приложены две силы (пара сил ). Найти результирующий момент относительно точек 1, 2 , а также относительно произвольной точки 3 (рис. 47).

     

    1

    d

     

    2

    3

     

    Рис. 47

     

    12.10.Чему равен момент силы тяжести, действующей на космическую станцию “Мир”, относительно центра Земли. Какой вывод можно сделать из полученного результата?

     

    12.11.Сила с компонентами (3, 4, 5) (Н) приложена к точке с координатами (4, 2, 3,) (м). Найти: а) момент силы относительно начала координат; б) модуль вектора ; в) момент силы Nz относительно оси z.

     

    12.12.Сила, приложенная к частице, имеет вид (Н). Чему равен момент этой силы относительно оси z, если точка приложения силы имеет координаты (4,2 ,6,8 , 0).

     

    12.13.К точке, радиус-вектор которой относительно начала координат 0 равен приложена сила . Найти момент силы и плечо силы относительно
    точки 0.

     

    12.14.Математический маятник массы m, длины L колеблется в вертикальной плоскости. Максимальное отклонение от положения равновесия равно Lо. Как изменяется момент силы тяжести маятника относительно точки подвеса в процессе движения? Нарисовать график зависимости момента силы тяжести маятника относительно точки подвеса от величины угла .

    МОМЕНТ ИМПУЛЬСА

     

    13.1 .Определить относительно наблюдателя в точке 0 вектор момента импульса ракеты массы m, взлетающей вертикально со скоростью vо (рис. 48).

     

     

     
     

    А

     

    Z

    0

     

     

    Рис. 48

     

    13.2 .Определить относительно точки выстрела момент импульса снаряда массы m в верхней точке траектории. Начальная скорость снаряда vо направлена под углом к горизонту.

     

    13.3 .Материальная точка массы m вращается в горизонтальной плоскости с постоянной угловой скоростью по окружности радиуса r. Определить изменение модулей импульса и момента импульса точки относительно центра окружности за время, равное 0,25 периода вращения и 0,5 периода вращения..

     

    13.4 .Самолет летит на высоте Н параллельно поверхности Земли, его импульс равен р. Как при таком движении изменяется момент импульса самолета относительно наблюдателя, находящегося на поверхности Земли?

     

    13.5 .Математический маятник массы m, длина подвеса которого L, отвели на 900 относительно положения равновесия и отпустили, Найти зависимость момента импульса маятника относительно оси Z, проходящей через точку подвеса от угла . Нарисовать график этой зависимости.

     

    13.6 .Тело массы m, радиус-вектор которого , движется со скоростью . Найти момент импульса тела относительно начала координат, относительно осей х, у, z.

     

    13.7 .Тело массы 1кг, брошенное из точки с координатами (0, 2, 0) с начальной скоростью (0,0,10) возвращается в исходную точку. Найти: а) момент импульса тела как функцию времени относительно начала координат; б) изменение момента импульса за время полета относительно начала координат.

     

    13.8 .Небольшое тело массы m начинает скользить без трения с вершины наклонной плоскости (рис. 49). Найти относительно точки 0 выражения для : 1.Момента импульса тела в зависимости от времени. 2. Момента результирующей силы, действующей на тело.

     

     
     

     

     

    Н Z

     

     

    0

     

    Рис. 49

     

    13.9 .Материальная точка массы m брошена под углом к горизонту с начальной скоростью .Найти относительно начала координат зависимость от времени: 1.Момента импульса частицы.2. Момента силы, действующей на частицу.

     

    13.10 .Две частицы движутся равномерно в противоположных направлениях вдоль параллельных траекторий, расстояние между которыми равно L (рис. 50). Найти: 1.Суммарный импульс частиц. 2.Значение суммарных моментов импульса частиц относительно точек 01 и 02. Рассмотреть два случая: импульсы частиц различны по модулю и импульсы частиц одинаковы.

     

    Z

     

    О1 b1 b2 О2

     
     

    L

     

    Рис. 50

     

    13.11 .Тело массы 100 г брошено с некоторой высоты в горизонтальном направлении со скоростью 20 м/с. Найти приращение моментов импульса тела относительно точки бросания за 5 с.

     

    13.12 .Момент импульса частицы относительно некоторой точки А зависит от времени по закону . Найти относительно точки А момент силы, действующий на частицу. Чему равен момент силы М, когда угол между и равен 600?

     

    13.13 .Частица массы m движется по окружности радиуса R так, что величина нормального ускорения зависит от времени по закону an= t4. Определить: 1.Момент импульса частицы и момент силы, действующей на нее, относительно точки О.2.Момент импульса и силы относительно осей x,y,z.3.Представить графики зависимостей моментов импульса и силы от времени.

     

    13.14 Частица, положение которой относительно начала отсчета декартовой системы координат (точка 0) дается радиус-вектором (-2, 1, -5) (м), имеет импульс (1, 2, 3) (кгм/с). Определить: а) момент импульса частицы относительно точки 0; б) моменты импульса относительно осей x, y и z.

     

     

     

    10.1.Шарик массой 100 г, подвешенный на нити длиной 40 см, описывает в горизонтальной плоскости окружность. Какова кинетическая энергия шарика, если во время его движения нить образует с вертикалью угол 600?

     

    10.2.Постоянная сила F=0,5 Н ускоряет тело массы m=10 кг в течение времени t=2 с. Определить кинетическую энергию тела, если начальная кинетическая энергия его была равна нулю. Построить зависимости кинетической энергии от времени и от пройденного пути.

     

    10.3.Какую работу надо совершить, чтобы лежащий на земле однородный стержень длиной 2 м и массой 100 кг поставить вертикально?

     

    10.4.Какую работу надо произвести, чтобы повернуть на другую грань сплошной железный куб, масса которого m=200 кг?

     

    10.5.Сравнить работы, которые совершает человек, растягивая пружину динамометра от 0 до 10 Н, от 10 до 20 Н, от 20 до 30 Н.

     

    10.6.Электропоезд в момент выключения тока имел скорость 20 м/с. Какой путь пройдет поезд без включения тормозов до полной остановки, если коэффициент сопротивления равен 0,005?

     

    10.7.Мальчик тянет санки по горизонтальному пути, натягивая при этом привязанную к ним веревку под углом 370 к горизонту с силой 20 Н. Какую работу он произведет, протащив санки на расстояние 600 м?

     

    10.8.Какую работу необходимо затратить, чтобы вытащить пробку из горлышка бутылки? Длина пробки L, пробка находится на расстоянии l от края горлышка. Сила трения между пробкой и бутылкой F. Весом пробки пренебречь.

     

    10.9.Тело свободно падет с некоторой высоты без начальной скорости. Как относятся работы, совершаемые силой тяжести за одинаковые последовательные промежутки времени?

     

    10.10.Определить работу, которую надо совершить, чтобы поднять на высоту 5 м груз весом 2 Н, двигая его равномерно по наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол 300. Коэффициент трения 0,5.

     

    10.11.Вагонетку массы 3 т поднимают по рельсам в гору, наклон которой к горизонту 300. Какую работу совершила сила тяги на пути 50 м, если известно, что вагонетка двигалась с ускорением 0,2 м/с2? Коэффициент трения равен 0,1.

     

    10.12.Тело поднимают на вершину горы один раз по пути АДС, а другой раз – по пути АВС (рис. 35 ). Доказать, что при медленном подъеме совершенная работа будет одной и той же, если коэффициент трения на обоих склонах одинаков.

     

     

    С

     

     

    В

     

    Д

     

     

    А

     

    Рис. 35

     

    10.13.Пуля массой 1,5 г, Летевшая горизонтально со скоростью 670 м/с, пробивает доску толщиной 3,5 см. Определить кинетическую энергию пули после пробивания доски, если сила сопротивления при движении ее в дереве равна 74 кН.

     

    10.14.Тело массы m=4 кг двигалось по горизонтальной прямой со скоростью 2 м/с. После действия некоторой силы оно стало двигаться в противоположном направление с вдвое большей скоростью. Найти величину этой силы и совершенную ей работу, если время действия силы 2 с. Решить задачу при условии, что после действия силы тело стало двигаться под углом 900 к начальной траектории с той же по величине скоростью 2 м/с.

     

    10.15.Найти приращение энергии Е, если: а) Е1=2 Дж, Е2=5 Дж; б) Е1=10 Дж,Е2=8 Дж.

     

    10.16.Первоначально покоившаяся частица, находясь под действием силы: ( Н) , переместилась из точки (2, 4, 6) ( м ) в точку (3, 6, 9 ) ( м ). Найти кинетическую энергию Т частицы в конечной точке.

     

    10.17.Находясь под действием постоянной силы с компонентами (3, 10, 8) ( Н ), частица переместилась из точки 1 с координатами (1, 2, 3) ( М ) в точку с координатами
    (3, 2, 1 ) ( м ). Какая при этом совершается работа и как изменилась кинетическая энергия частицы?

     

    10.18.Каким способом можно закинуть льдинку дальше: а) бросив в воздух под углом 450 к горизонту или б) пустив ее скользить по льду с такой же скоростью? Коэффициент трения 0,02.

     

    10.19.Санки движутся по горизонтальному льду со скоростью 6 м/с, выезжают на асфальт. Длина полозьев санок 2 м, коэффициент трения об асфальт k=1. Какой путь пройдут санки до полной остановки?

     

    10.20.Поезд массой m=50 т шел равномерно по горизонтальному пути. От поезда оторвался задний вагон массой m1=20 т. Проехав после этого 200 м, машинист прекратил доступ пара в машину. На каком расстоянии друг от друга остановятся отделившийся вагон и остальной состав поезда? Предположить, что машина все время работала одинаково ( сила тяги оставалась постоянной) и что сопротивление движению поезда и вагона пропорционально движущейся массе.

     

    10.21.Какую работу надо совершить, чтобы из колодца глубиной 10 м поднять вверх ведро с водой массой 8 кг на тросе, каждый метр которого имеет массу 400 г?

     

    10.22.К концу сжатия пружины детского пистолета на 3 см приложенная к ней сила была равна 20 Н. Найти потенциальную энергию сжатой пружины.

    10.23.Пружина детского пистолета имеет в недеформированном состоянии длину 15 см. Сила, необходимая для сжатия пружины на 1 см, равна 2 Н. Какова будет максимальная высота подъема шарика массой 1 г, если им зарядить пистолет, сжав пружину до 5 см ? Пистолет расположен вертикально. Сопротивление воздуха не учитывать.

     

    10.24.Потенциальная энергия частицы в некотором силовом поле определяется выражением : . Найти работу А, совершаемую над частицей силами поля при переходе из точки с координатами (1, 1, 1) в точку с координатами (2, 2, 2).

     

    10.25.Потенциальная энергия частицы определяется выражением: , где a > 0. Частица начинает двигаться из точки с координатами (3, 3, 3). Найти ее кинетическую энергию Т в момент, когда частица находится в точке с координатами (1, 1, 1).

     

    10.26.Потенциальная энергия частицы в некотором поле имеет вид : U=a/r2 –b/r, где a и b – положительные постоянные, r- расстояние от центра поля. Найти : а) значение r, соответствующее равновесному положению частицы; выяснить, устойчиво ли это положение; б) максимальное значение силы притяжения; изобразить примерные графики зависимостей U( r ) и Fr ( r ) – проекции силы на радиус-вектор.

     

     

    ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

     

    11.1.Построить графики зависимости от времени кинетической, потенциальной и полной энергии камня массой 1 кг, брошенного вертикально вверх с начальной скоростью 9,8 м/с.

    11.2.Небольшое тело начинает скользить без трения с вершины сферы радиуса R вниз (рис.36 ). На какой высоте h над центром сферы тело отделится от поверхности сферы и полетит свободно?

    д hh

     
     

     

     

    Рис. 36

    11.3.По желобу, имеющему форму, показанную на рис.37 , с высоты H начинает скользить без трения небольшое тело. Определить: а) при каком минимальном значении высоты H тело опишет полную петлю, не отделяясь от желоба; ,) чему равна при таком значении H сила давления тела на желоб в точке А, в точке В?

     

     
     

     

    А

    H

     

    В

     

     
     

     

    Рис. 37

    11.4.Какой кинетической энергией обладало тело массой 2 кг, если оно поднялось по наклонной плоскости с углом наклона 30о на высоту 1 м? Коэффициент трения между телом и наклонной плоскостью 0,1.

     

    11.5.Молоток массой 0,8 кг в момент удара о шляпку гвоздя имеет скорость 1,5 м/с и забивает его в бревно на глубину 5 мм. Какой массы груз необходимо положить на шляпку гвоздя, чтобы он вошел в бревно на такую же глубину?

     

    11.6.Шарик для игры в настольный теннис радиусом 15 мм и массой 5 г погружен в воду на глубину 30 см. Когда шарик отпустили, он выпрыгнул из воды на высоту 10 см. Какое количество теплоты выделилось вследствие трения шарика о воду?

     

    11.7.Небольшая шайба А соскальзывает без начальной скорости с вершины гладкой горки высотой H, имеющей горизонтальный трамплин (рис.38 ). При какой высоте h трамплина шайба пролетит наибольшее расстояние S? Чему оно равно?

     
     

    А

     

    H

    h

    S

     

    Рис. 38

    11.8.Пуля массой m ударяется под углом о баллистический маятник массой М и застревает в нем. Какая доля кинетической энергии пули перейдет в теплоту?

    11.9.Два шара подвешены на тонких параллельных нитях, касаясь друг друга. Меньший шар отводится на 900 от первоначального положения и отпускается. После удара шары поднимаются на одинаковую высоту. Определить массу меньшего шара, если масса большего 0,6 кг, а удар абсолютно упругий.

     

    11.10.Веревка длины 20 м переброшена через блок. В начальный момент времени веревка висит симметрично относительно вертикальной прямой, проходящей через ось блока, и покоится, а затем, в результате незначительного толчка, начинает двигаться по блоку. Будет ли движение веревки равноускоренным? Какова будет скорость веревки, когда она сойдет с блока? Массой и размером блока пренебречь.

     

    11.11.Камень брошен вверх под углом 600 к горизонту. Кинетическая энергия камня в начальный момент 20 Дж. Определить кинетическую и потенциальную энергии камня в наивысшей точке траектории. Сопротивлением воздуха пренебречь.

     

    11.12.Гиря, положенная на верхний конец пружины, сжимает ее на 2 мм. На сколько сожмет пружину та же гиря, упавшая на конец пружины с высоты 5 см?

     

    МОМЕНТ СИЛЫ

     

    12.1.На тонкий прямоугольный брусок АВСД массы 10 кг действует вертикально направленная сила F, равная 20 Н (рис. 41 ). Определить векторы моментов силы F и силы тяжести относительно точек А и С. АВ=20 см, ВС=30 см.

     

    у

     

     

     

     

    В С

     

    А Д

    х

     

    Рис. 41

     

    12.2.Брусок А и сила F находятся в одной плоскости. Определить момент силы F относительно точки А (рис. 42). Чему равен момент силы F относительно осей x, y, z?

     

    у

     

     

    300

    А х

     

    Рис. 42

     

    12.3.На плоский диск радиуса 50 см, лежащий на горизонтальной поверхности, действуют две силы F1=400 Н и F2=300 Н, направленные по касательной к диску в горизонтальной плоскости (рис. 43). Определить результирующую силу, действующую на диск, и результирующий момент сил относительно центра диска.

     

     
     

    Z

     

     
     

     

     
     

     

    Рис. 43

     

    12.4.Как изменится ответ в задаче № 11.3, если F1=F2? Найти величину перемещения диска за 10 с, если его масса 100 кг, а сила трения равна нулю.

     

    12.5.Радиус блока 10 см, масса груза m= 5 кг, трением в оси блока пренебречь (рис. 44). Груз спускается с ускорением 2 м/с2. Найти: 1. Момент силы тяжести относительно оси блока. 2. Момент силы, вращающий блок, относительно оси блока.

     

     
     

     

    Z

     
     

     

     

    Рис. 44

     

    12.6.Снаряд массы m начинает движение со скоростью v0, направленной под углом к горизонту. Найти зависимость момента силы тяжести снаряда относительно точки выстрела от времени. Определить эту величину для моментов нахождения снаряда в высшей и наиболее удаленной точке траектории, если vо=40 м/с, =300.

     

    12.7.Через блок радиуса R переброшен канат, на который действуют две силы F2 > F1, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси блока (рис. 45). Определить вращающий момент и направление вращения блока.

     

     

     
     

     

     

    Рис. 45

     

    12.8.Небольшое тело массы m находится посередине наклонной плоскости АВ ( = 300, АВ=L). Найти моменты сил, действующих на тело, относительно точки А, прямой АВ, оси Z (рис 46).

     

     

    В

     

    Z

    А

     

    Рис. 46

     

    12.9.К точкам 1 и 2 некоторого тела приложены две силы (пара сил ). Найти результирующий момент относительно точек 1, 2 , а также относительно произвольной точки 3 (рис. 47).

     

    1

    d

     

    2

    3

     

    Рис. 47

     

    12.10.Чему равен момент силы тяжести, действующей на космическую станцию “Мир”, относительно центра Земли. Какой вывод можно сделать из полученного результата?

     

    12.11.Сила с компонентами (3, 4, 5) (Н) приложена к точке с координатами (4, 2, 3,) (м). Найти: а) момент силы относительно начала координат; б) модуль вектора ; в) момент силы Nz относительно оси z.

     

    12.12.Сила, приложенная к частице, имеет вид (Н). Чему равен момент этой силы относительно оси z, если точка приложения силы имеет координаты (4,2 ,6,8 , 0).

     

    12.13.К точке, радиус-вектор которой относительно начала координат 0 равен приложена сила . Найти момент силы и плечо силы относительно
    точки 0.

     

    12.14.Математический маятник массы m, длины L колеблется в вертикальной плоскости. Максимальное отклонение от положения равновесия равно Lо. Как изменяется момент силы тяжести маятника относительно точки подвеса в процессе движения? Нарисовать график зависимости момента силы тяжести маятника относительно точки подвеса от величины угла .

    МОМЕНТ ИМПУЛЬСА

     

    13.1 .Определить относительно наблюдателя в точке 0 вектор момента импульса ракеты массы m, взлетающей вертикально со скоростью vо (рис. 48).

     

     

     
     

    А

     

    Z

    0

     

     

    Рис. 48

     

    13.2 .Определить относительно точки выстрела момент импульса снаряда массы m в верхней точке траектории. Начальная скорость снаряда vо направлена под углом к горизонту.

     

    13.3 .Материальная точка массы m вращается в горизонтальной плоскости с постоянной угловой скоростью по окружности радиуса r. Определить изменение модулей импульса и момента импульса точки относительно центра окружности за время, равное 0,25 периода вращения и 0,5 периода вращения..

     

    13.4 .Самолет летит на высоте Н параллельно поверхности Земли, его импульс равен р. Как при таком движении изменяется момент импульса самолета относительно наблюдателя, находящегося на поверхности Земли?

     

    13.5 .Математический маятник массы m, длина подвеса которого L, отвели на 900 относительно положения равновесия и отпустили, Найти зависимость момента импульса маятника относительно оси Z, проходящей через точку подвеса от угла . Нарисовать график этой зависимости.

     

    13.6 .Тело массы m, радиус-вектор которого , движется со скоростью . Найти момент импульса тела относительно начала координат, относительно осей х, у, z.

     

    13.7 .Тело массы 1кг, брошенное из точки с координатами (0, 2, 0) с начальной скоростью (0,0,10) возвращается в исходную точку. Найти: а) момент импульса тела как функцию времени относительно начала координат; б) изменение момента импульса за время полета относительно начала координат.

     

    13.8 .Небольшое тело массы m начинает скользить без трения с вершины наклонной плоскости (рис. 49). Найти относительно точки 0 выражения для : 1.Момента импульса тела в зависимости от времени. 2. Момента результирующей силы, действующей на тело.

     

     
     

     

     

    Н Z

     

     

    0

     

    Рис. 49

     

    13.9 .Материальная точка массы m брошена под углом к горизонту с начальной скоростью .Найти относительно начала координат зависимость от времени: 1.Момента импульса частицы.2. Момента силы, действующей на частицу.

     

    13.10 .Две частицы движутся равномерно в противоположных направлениях вдоль параллельных траекторий, расстояние между которыми равно L (рис. 50). Найти: 1.Суммарный импульс частиц. 2.Значение суммарных моментов импульса частиц относительно точек 01 и 02. Рассмотреть два случая: импульсы частиц различны по модулю и импульсы частиц одинаковы.

     

    Z

     

    О1 b1 b2 О2

     
     

    L

     

    Рис. 50

     

    13.11 .Тело массы 100 г брошено с некоторой высоты в горизонтальном направлении со скоростью 20 м/с. Найти приращение моментов импульса тела относительно точки бросания за 5 с.

     

    13.12 .Момент импульса частицы относительно некоторой точки А зависит от времени по закону . Найти относительно точки А момент силы, действующий на частицу. Чему равен момент силы М, когда угол между и равен 600?

     

    13.13 .Частица массы m движется по окружности радиуса R так, что величина нормального ускорения зависит от времени по закону an= t4. Определить: 1.Момент импульса частицы и момент силы, действующей на нее, относительно точки О.2.Момент импульса и силы относительно осей x,y,z.3.Представить графики зависимостей моментов импульса и силы от времени.

     

    13.14 Частица, положение которой относительно начала отсчета декартовой системы координат (точка 0) дается радиус-вектором (-2, 1, -5) (м), имеет импульс (1, 2, 3) (кгм/с). Определить: а) момент импульса частицы относительно точки 0; б) моменты импульса относительно осей x, y и z.

     

     

    Яков Перельман. Знаете ли вы физику?

    1


       Какие у нас узаконены метрические меры крупнее метра?

    2


       Что больше: литр или кубический дециметр?

    3


       Назовите самую маленькую единицу длины.

    4


       Назовите самую большую единицу длины.

    5


       Существуют ли металлы легче воды? Назовите самый легкий металл.

    6


       Как велика плотность самого плотного вещества в мире?

    7


       Вот один из вопросов знаменитой Эдисоновой викторины[1]:
       Если бы вас высадили на один из тропических островов Тихого океана без всяких орудий, как сдвинули бы вы там с места трехтонный груз С скалу, имеющую 100 футов в горизонтальном протяжении и 15 футов в вертикальном?!!

    8


       Сколько примерно должна была бы весить паутинная нить длиною от Земли до Луны? Можно ли такой груз удержать в руках? А увезти на телеге?
       Нить паутины имеет в диаметре 200-ю долю миллиметра; удельный вес ее вещества около 1.

    9


       Железная Эйфелева башня высотою 300 м (1000 футов) весит 9000 т. Сколько должна весить точная железная модель этой башни высотою 30 см (один фут)? (Рис. 1.)
       Рис. 1. Сколько весит такая модель башни Эйфеля?

    10


       Можете ли вы одним пальцем произвести давление в 1000 ат?

    11


       Может ли насекомое производить давление в 100 000 ат?

    12


       По реке плывет весельная лодка и рядом с ней – щепка.
       Что легче для гребца: перегнать щепку на 10 м или на столько же отстать от нее?

    13


       Аэростат несется ветром в северном направлении. В какую сторону протягиваются при этом флаги на его гондоле?

    14


       Камень, брошенный в стоячую воду, порождает волны, разбегающиеся кругами. Какой формы получаются волны от камня, брошенного в текущую воду реки? (Рис. 2.)
       Рис. 2. Какой формы в текущей воде волны, разбегающиеся от брошенного тела?

    15


       1. Два парохода идут по реке в одну сторону с различными скоростями. В тот момент, когда они поравнялись, с каждого парохода брошена была в воду бутылка. Спустя четверть часа пароходы повернули обратно и с прежними скоростями направились к покинутым бутылкам.
       Который из пароходов дойдет до бутылки раньше С быстрый или медленный?
       2. Ту же задачу решить при условии, что пароходы шли первоначально навстречу один другому.

    16


       Подчиняются ли живые существа закону инерции?

    17


       Может ли тело придти в движение под действием одних только внутренних сил?

    18


       Почему трение всегда называют силой, несмотря на то, что трение само по себе не может породить движения (оно всегда направлено против движения)?

    19


       Какую роль играет трение в процессе движения живых существ?

    20


       Следующая задача взята из учебника механики А.В. Цингера:
       Чтобы разорвать веревку, человек тянет ее руками за концы в разные стороны, причем каждая рука тянет с силою 10 кг. Не разорвав таким образом веревки, человек привязывает один ее конец к гвоздю, вбитому в стену, а за другой тянет обеими руками с силою в 20 кг.
       Сильнее ли натягивается веревка во втором случае?

    21


       В знаменитых своих опытах с магдебургскими полушариями Отто Герике впрягал с каждой стороны по 8 лошадей.
       Не лучше ли было прикрепить одно полушарие к стене, а к другому припрячь 16 лошадей? Получилась ли бы в этом случае более сильная тяга?

    22


       Взрослый может вытянуть на безмене 10 кг, ребенок С 3 кг. Сколько покажет указатель безмена, если оба станут растягивать безмен одновременно в противоположные стороны?

    23


       Стоя на платформе уравновешенных десятичных весов, человек присел. Куда качнулась платформа в момент приседания С вниз или вверх?

    24


       С воздушного шара, неподвижно держащегося в воздухе, свободно свешивается лестница (рис. 3). По ней начал взбираться человек.
       Рис. 3. Куда подвинется аэростат?
     
       Куда при этом подвинется шар: вверх или вниз?

    25


       На внутренней стенке закрытой банки, уравновешенной на чувствительных весах, сидит муха (рис. 4).
       Рис. 4. Задача о мухе, летающей внутри банки
     
       Что произойдет с весами, если, покинув свое место, муха станет летать внутри банки?

    26


       В последнее время большую популярность на Западе, особенно в Америке, приобрела занимательная игрушка, называемая там йо-йо. Это С катушка, которая спускается на разматывающейся ленте и сама затем поднимается. Игрушка С не новость: ею развлекались еще солдаты наполеоновских армий и даже, по розысканиям сведущих людей, герои Гомера.
       С точки зрения механики, йо-йо не что иное, как видоизменение общеизвестного маятника Максвелла (рис. 5): небольшой маховичок падает, разматывая навитые на его ось нити, и приобретает постепенно столь значительную энергию вращения, что, развернув нити до конца, продолжает вращаться, вновь наматывая их и, следовательно, поднимаясь вверх. При подъеме, вследствие превращения кинетической энергии в потенциальную, маховик замедляет вращение, наконец останавливается и опять начинает падение с вращением. Опускание и подъем маховичка повторяются много раз, пока первоначальный запас энергии не рассеется в виде теплоты, возникающей при трении.
       Рис. 5. Маятник Максвелла
     
       Прибор Максвелла описан здесь для того, чтобы предложить следующий вопрос:
       Нити маятника Максвелла прикреплены к пружинному безмену (рис. 6). Что должно происходить с указателем безмена в то время, когда маховичок исполняет свой танец вверх и вниз? Останется ли указатель в покое? Если будет двигаться, то в какую сторону?
       Рис. 6. Что показывает пружинный безмен?

    27


       Можно ли в движущемся поезде пользоваться плотничьим уровнем (с пузырьком) для определения наклона пути?

    28


       1. Перенося в комнате с места на место горящую свечу, мы замечаем, что пламя в начале движения отклоняется назад. Куда отклонится оно, если переносить свечу в закрытом фонаре?
       2. Куда отклонится пламя свечи в фонаре, если равномерно кружить фонарь около себя вытянутой рукой?

    29


       Однородный стержень уравновешен, подпертый в середине (рис. 7). Какая часть стержня перетянет, если правую его половину согнуть вдвое (рис. 8)?
       Рис. 7. Стержень уравновешен
       Рис. 8. Сохранится ли равновесие?

    30


       Который из двух изображенных здесь (рис. 9) пружинных безменов, поддерживающих стержень CD в наклонном положении, показывает бо́льшую нагрузку?
       Рис. 9. Который из безменов сильнее нагружен?

    31


       Невесомый рычаг ABC изогнут, как показано на рис. 10. Точка его опоры в В. Желательно поднять груз А наименьшей силой. В каком направлении нужно ее приложить к концу С рычага?
       Рис. 10. Задача о кривом рычаге
       Рис. 11. С какой силой человек должен тянуть, чтобы удержать платформу от падения?

    32


       Человек весом 60 кг стоит на платформе, вес которой 30 кг. Платформа подвешена на веревках, перекинутых через блоки, как показано на рис. 11. С какою силою должен человек тянуть за конец веревки а, чтобы удержать платформу от падения?

    33


       С какой силой надо натягивать веревку, чтобы она не провисала (рис. 12)?
       Рис. 12. Можно ли натянуть веревку так, чтобы она не провисала?

    34


       Чтобы вытащить увязший в выбоине автомобиль, прибегают к следующему приему. Привязывают его длинной прочной веревкой крепко к дереву или к пню близ дороги так, чтобы веревка была натянута возможно туже. Затем тянут за веревку под прямым углом к ее направлению. Благодаря этому усилию, автомобиль сдвигается с места.
       На чем основан описанный прием?

    35


       Известно, что смазка ослабляет трение. Во сколько, приблизительно, раз?

    36


       Каким способом можно закинуть льдинку дальше: бросив в воздух или пустив скользить по льду (рис. 13)?
       Рис. 13. Задача о брошенной и скользящей льдинках

    37


       Насколько, приблизительно, успевает опуститься первоначально неподвижное свободно падающее тело, пока звучит одно тик-так карманных часов?

    38


       Я получил ряд писем с выражением недоумения по поводу затяжного прыжка мастера парашютного спорта Евдокимова, поставившего мировой рекорд 1934 г. Евдокимов падал в течение 142 секунд с нераскрытым парашютом и, лишь пролетев 7900 м, дернул за его кольцо. Это никак не согласуется с законами свободного падения тел. Легко убедиться, что если парашютист свободно падал на пути 7900 м, то должен был употребить не 142 секунды, а только 40. Если же он свободно падал 142 секунды, то должен был пролететь путь не в 7,9 км, а около 100 км. Как разрешается это противоречие?

    39


       В какую сторону надо из движущегося вагона выбросить бутылку, чтобы опасность разбить ее при ударе о землю была наименьшая?

    40


       В каком случае выброшенная из вагона вещь долетит до земли раньше: когда вагон в покое или когда он движется?

    41


       Три снаряда пущены из одной точки с одинаковыми скоростями под различными углами к горизонту: в 30°, 45° и 60°. Пути их (в несопротивляющейся среде) показаны на рис. 14.
       Правилен ли чертеж?
       Рис. 14. Правилен ли чертеж?

    42


       Какую кривую описывало бы тело, брошенное под углом к горизонту, при отсутствии сопротивления воздуха?

    43


       Артиллеристы утверждают, что пушечный снаряд приобретает наибольшую скорость не в стволе орудия, а вне его, покинув канал. Возможно ли это?

    44


       В чем главная причина того, что прыжки в воду с большой высоты опасны для здоровья (рис. 15)?
       Рис. 15. В чем главная опасность такого прыжка?

    45


       Шар положен на край стола, плоскость которого строго перпендикулярна к отвесу, проходящему через середину стола (рис. 16). Останется ли шар в покое при отсутствии трения?
       Рис. 16. Останется ли шар в покое?

    46


       Брусок (рис. 17) в положении В скользит по наклонной плоскости MN, преодолевая трение. Можно ли быть уверенным, что он будет скользить и в положении А (если при этом не опрокидывается)?
       Рис. 17. Задача о скользящем бруске

    47


       1. Из точки А (рис. 18), находящейся на высоте h над горизонтальной плоскостью, движутся два шара: один скатывается по наклону А С, другой падает свободно по отвесной линии АВ.
       Который из шаров в конце пути будет обладать большей поступательной скоростью?
       Рис. 18. Задача о двух шарах
     
       2. Из двух одинаковых шаров один катится по наклонной плоскости, другой С по краям двух параллельных треугольных досок (рис. 19). Угол наклона, а также высота, с какой началось движение, в обоих случаях одинаковы.
       Рис. 19. Который шар быстрее скатится?
     
       Который из шаров раньше достигнет конца наклонного пути?

    48


       Два цилиндра совершенно одинаковы по весу и наружному виду. Один С сплошной алюминиевый, другой С пробковый с свинцовой оболочкой. Цилиндры оклеены бумагой, которую надо оставить неповрежденной.
       Укажите способ узнать, который цилиндр однородный и который составной?

    49


       Песочные часы с 5-минутным заводом поставлены в бездействующем состоянии на чашку чувствительных весов и уравновешены гирями (рис. 20).
       Рис. 20. Песочные часы на весах
     
       Часы перевернули. Что произойдет с весами в течение ближайших пяти минут?

    50


       Карикатура, воспроизведенная на рис. 21, имеет механическую основу. Удачно ли использованы в ней законы механики?
       Рис. 21. Английские министры взбираются вверх, а фунт идет вниз (карикатура)

    51


       Через блок перекинута веревка с грузами на концах в 1 кг и 2 кг. Блок подвешен к безмену (рис. 22). Какую нагрузку показывает безмен?
       Рис. 22. Что показывает безмен?

    52


       Сплошной железный усеченный конус опирается на свое большое основание (рис. 23). Если конус перевернуть, куда переместится его центр тяжести С к большему или к меньшему основанию?
       Рис. 23. Задача о конусе

    53


       Вы стоите на платформе весов в кабине лифта (рис. 24). Внезапно тросы оборвались, и кабина начала опускаться со скоростью свободно падающего тела.
       1. Что покажут весы во время этого падения?
       2. Выльется ли во время падения вода из открытого перевернутого кувшина?
       Рис. 24. Физические опыты в сорвавшемся подъемнике

    54


       Вообразите, что на доске А (рис. 25), могущей скользить отвесно вниз в прорезях двух стоек, имеются:
       1) цепь (а), прикрепленная концами к доске;
       2) маятник (Ь), отведенный в сторону от положения равновесия;
       3) открытый флакон (с) с водою, прикрепленный к доске.
       Что произойдет с этими предметами, если доска А станет скользить вниз с ускорением gi, бо́льшим ускорения g свободного падения?
       Рис. 25. Опыт со сверхускоренным падением

    55


       Помешав ложечкой в чашке чая, выньте ее: чаинки на дне, разбежавшиеся к краям, соберутся к середине. Почему?

    56


       Верно ли, что, стоя на качелях, можно определенными движениями своего тела увеличить размах качаний (рис. 26)?
       Рис. 26. Механика на качелях

    57


       Небесные тела по массе больше земных во много раз. Но их взаимное удаление превышает расстояние между земными предметами тоже в огромное число раз. А так как притяжение прямо пропорционально первой степени произведения масс, но обратно пропорционально квадрату расстояния, то странно, почему мы не замечаем притяжения между земными предметами и почему оно так явно господствует во Вселенной?
       Объясните это.

    58


       На тему предыдущей задачи мною составлена была для немецкого журнала статья. Прежде чем ее напечатать, редакция обратилась ко мне со следующей просьбой:
       Нам кажется, что в ваших расчетах не все правильно. Притяжение двух тел равно:
       Вы, однако, оперируете всюду с весом, а не с массами. Вес равен mg, откуда масса равна весу, деленному на 9,81. Это в ваших расчетах не было принято в соображение. Не будете ли вы любезны пересмотреть расчеты?
       Правильно ли замечание редакции? Нужно ли при вычислении силы притяжения умножать килограммы на килограммы, или необходимо предварительно делить число килограммов на gl

    59


       Принято считать, что все отвесы близ земной поверхности направлены к центру Земли (если пренебречь незначительным отклонением, обусловленным вращением земного шара). Известно, однако, что земные тела притягиваются не только Землей, но и Луной. Поэтому тела должны бы, казалось, падать по направлению не к центру Земли, а к общему центру масс Земли и Луны.
       Рис. 27. К какой точке должны падать земные тела: к центру С земного шара или к общему центру масс (М) Земли и Луны?
     
       Этот общий центр масс далеко не совпадает с геометрическим центром земного шара, а отстоит от него, как легко вычислить, на 4800 км. (Действительно, Луна обладает массой, в 80 раз меньшей, чем Земля; следовательно, общий центр их масс в 80 раз ближе к центру Земли, чем к центру Луны. Расстояние между центрами обоих тел 60 земных радиусов; поэтому общий центр масс отстоит от центра Земли на три четверти земного радиуса.)
       Если так, то направление отвесов на земном шаре должно значительно отличаться от направления к центру Земли (рис. 27).
       Почему же подобные отклонения нигде в действительности не наблюдаются?

    Как якорь корабля на льдине поможет бороться с изменением климата | Наука о климате

    В сентябре гигантское немецкое полярное исследовательское судно «Поларштерн» отправится из Тромсё в Норвегии в замечательное путешествие. Он пересечет Северный Ледовитый океан и через несколько недель достигнет точки у побережья Сибири, около 85° северной широты и 120° восточной долготы, где прикрепится к самой большой и прочной на вид льдине, которую сможет найти его команда. И затем, в течение следующего года, «Поларштерн» останется пришвартованным к этой гигантской плите замерзшей воды, пока он скользит вместе с другими полярными паковыми льдами вокруг Северного Ледовитого океана.

    В течение года команды исследователей с корабля будут изучать условия на льдине, площадь которой составит не менее 2 кв. км для удовлетворения требований исследователей. Там они установят инструменты для изучения атмосферы над ними, морского дна под ними, химического состава воды вокруг них, морской жизни Северного Ледовитого океана и поведения диких животных на поверхности, в том числе время от времени посещающих их белых медведей.

    Это Мозаика – Многопрофильная дрейфующая обсерватория для изучения арктического климата, крупнейшая международная экспедиция, когда-либо запущенная в Арктику.Его цель состоит в том, чтобы преобразовать наши знания о северном полярном регионе, месте, более затронутом изменением климата, чем любой другой сектор нашей планеты, и которое, как ожидается, сыграет решающую роль в определении того, как глобальное потепление повлияет на остальную часть Земли.

    «Арктика тесно связана с погодой в наших широтах, — говорит руководитель экспедиции Маркус Рекс из Института Альфреда Вегенера в Германии. «Мы уже видим климатические изменения в Арктике, которые формируют нашу погоду и климат. Однако нам не удастся точно спрогнозировать изменения климата, если у нас не будет надежных прогнозов для Арктики.”

    При поддержке международного консорциума во главе с институтом, Мозаика будет стоить более 100 миллионов фунтов стерлингов. В любой момент около 50 ученых будут работать на его главном судне или на льду, к которому он пришвартован. Регулярные визиты ледоколов из Китая, России и Швеции обеспечат «Поларштерн» снабжением и укомплектованием экипажей, так что к концу 2020 года, когда проект завершится, там по очереди будут работать более 300 исследователей как минимум из 17 стран.

    Ключ к точности: руководитель экспедиции Маркус Рекс.Фотография: Институт Альфреда Вегенера

    Идея просто позволить исследовательскому судну дрейфовать через полярную шапку, застрявшую во льдах, не нова. Экспедиция «Фрама» под руководством великого норвежского исследователя Фритьофа Нансена длилась с 1893 по 1896 год, поскольку его лодка, зажатая морским льдом, дрейфовала через Северный Ледовитый океан и продемонстрировала осуществимость столь трудного предприятия. Однако по современным стандартам научные измерения, проведенные его экипажем, были ограничены.

    Mosaic, напротив, будет возвращать множество данных, большая часть которых предназначена для того, чтобы помочь исследователям спрогнозировать вероятную судьбу нашей планеты по мере того, как она нагревается по мере того, как в атмосферу выбрасывается все больше и больше парниковых газов.«Арктика имеет решающее значение для понимания того, как изменение климата повлияет на остальную часть планеты», — говорит Джереми Уилкинсон, британский физик, работающий над Mosaic. «Мы уже постоянно наблюдаем за ним из космоса с помощью спутников, а также проводим много работ подо льдом с помощью подводных роботов. Однако людям еще предстоит провести огромное количество исследований, особенно в области биологических наук и наук об атмосфере».

    Эту точку поддерживает Маркус Фрей, полярный исследователь из Британской антарктической службы.(Британские исследования на северном полюсе находятся в ведении Арктического управления Британской антарктической службы.) «В Северном Ледовитом океане — из-за отсутствия суши для строительства исследовательских баз — не хватает данных об условиях там, кроме информацию мы получаем со спутников и из нескольких других источников», — рассказывает Observer . «Нам нужно откалибровать данные, которые мы получаем из космоса, с событиями и наблюдениями, которые мы делаем на земле, или, если быть более точным, на уровне моря, чтобы получить более точную картину того, что там происходит.”

    Рассмотрим вопрос о толщине морского льда в Арктике. Более 40 лет спутники пролетают над северным полюсом и фиксируют резкое сокращение морского ледяного покрова, поскольку глобальное потепление неумолимо усиливает свою власть над Землей. По данным НАСА, с 1980-х годов площадь, покрытая арктическим морским льдом летом, сократилась примерно на 40%. Это означает потерю нескольких миллионов квадратных километров морского льда, и по мере его исчезновения больше солнечного излучения будет достигать темных, поглощающих тепло вод Северного Ледовитого океана, которые когда-то скрывались под ним.В результате температура повысится еще больше, предупреждают исследователи.

    Ученые с корабля «Поларштерн» пробурили арктический морской лед. Фотография: dpa Picture Alliance Archive/Alamy Stock Photo

    Однако фотографии с большинства полярных спутников дают только двухмерное изображение морского льда. Они не показывают, в какой степени она может истончаться или утолщаться. В некоторых местах он может быть очень тонким и исчезать с поразительной быстротой.

    «Недавние спутники были оснащены радаром, который может измерять толщину льда из космоса, — говорит Уилкинсон.«Они были тщательно настроены, чтобы их не смущал уровень снега, который упал на поверхность льда и, по-видимому, изменил его толщину».

    Зонд Европейского космического агентства CryoSat-2 и франко-индийский спутник AltiKa являются примерами космических миссий, предназначенных для измерения толщины арктического морского льда с помощью радара. Однако ученые обнаружили, что эти устройства не всегда правильно определяют поверхность морского льда. Их еще смущает легкий снег, лежащий поверх льда.«А это означает, что мы получаем ошибки в наших измерениях толщины льда», — добавляет Уилкинсон.

    Мозаика должна предоставить решение. На «Поларштерн» будут взяты радарные приборы, идентичные тем, что установлены на «КриоСат» и «Алтика». «Мы установим их на салазках, и ученые будут тащить их по морскому льду», — говорит Уилкинсон. «Это будет похоже на спуск спутников на поверхность морского льда. Используя их, мы затем сможем сравнить показания, которые мы получаем на поверхности морского льда, с теми, что мы получили из космоса.Мы должны быть в состоянии перекалибровать инструменты спутников, чтобы получить более совершенные и более точные показания толщины арктического морского льда при измерении с околоземной орбиты».

    На мосту будет периметр с растяжками и смотровая площадка. Медведи — это серьезная проблема

    На самом деле, добавляет он, на Mosaic будут проводиться десятки связанных программ. «Другие исследователи работают над химическим составом снега и его свойствами, и мы можем сопоставить наши радарные измерения с их измерениями снега, чтобы получить целостное представление о том, как снег развивается в Арктике.

    Другим ключевым направлением для исследователей станет неожиданная роль, которую соль играет в воздействии на арктический климат. По словам Фрея, соль имеет решающее значение для образования облаков, потому что облачные капли растут на крупинках соли. Это создает проблему для понимания полярного климата, потому что, если океан замерз, как соль может попасть из моря в небо и способствовать образованию облаков? Работа Фрея выявила возможный маршрут. «Верхняя часть морского льда на самом деле имеет очень соленый рассол.Затем, когда на него падает сладкий, пресноводный снег, смесь взбивается ветром в воздух, и вы получаете поток соли, летящий в воздух, даже несмотря на то, что океан замерз».

    Знакомство с соседями: белый медведь, сфотографированный Маркусом Фреем с исследовательского корабля Lance, 2015 г. Фото: Маркус Фрей подробный способ распространения соли в арктической атмосфере.«Нам нужно понять, как соль влияет на формирование облаков. Если вы не понимаете этого процесса, вы не сможете правильно прогнозировать климат. Это недостающее звено в наших метеорологических знаниях, поэтому это исследование имеет решающее значение. Ведь облака отсекают солнечный свет, и если они по какой-то причине не образуются, регион нагреется даже больше, чем прогнозируется в настоящее время».

    Это все интригующая работа, хотя выполнение этих проектов не лишено риска. Во-первых, белые медведи представляют реальную опасность для исследователей, которым при работе на льдине придется охранять вооруженную охрану.«У охранников будут очки ночного видения и винтовки с инфракрасными прицелами», — добавляет Фрей. «Вокруг проектных площадок будет 700-метровый периметр, который будет защищен растяжками. Также будет кто-то на мостике, наблюдающий за происходящим на льдине. Однако это по-прежнему будет проблемой ночью, особенно когда видимость плохая во время шторма. Нам придется постоянно заботиться. Медведи — серьезная проблема».

    полярная карта

    Дикая природа не будет единственным риском.Экстремальная арктическая погода также представляет опасность, как Фрей узнал во время своей последней экспедиции. Проект N-ICE2015, возглавляемый Норвежским полярным институтом, был предшественником Mosaic и включал в себя исследовательское судно Lance, которое в январе 2015 года вмерзло в арктические паковые льды для изучения морского льда в течение нескольких месяцев. «Это была мини-мозаика, — говорит Фрей. «Всего полгода в гораздо меньшей лодке».

    Тем не менее, многие уроки были извлечены. «Через четыре недели после начала экспедиции сильный шторм разбил льдину на куски, — говорит он.«Наше оборудование было разбросано повсюду, часть вмерзла в лед. Это был ужасный беспорядок. Люди были по пояс в слякотной, ледяной воде, а через какое-то время и нам пришлось бросить технику. Нам пришлось сбросить нашу позицию и начать все сначала».

    То, что происходит в Арктике, там не остается. Это влияет на остальную часть планеты. Это касается всех нас

    На этот раз исследователи Mosaic приобрели большую лодку и большую льдину, поэтому они надеются, что не повторят тех трудностей, которые их предшественникам пришлось пережить четыре года назад.

    «Это чрезвычайно важный проект, потому что ясно, что то, что происходит в Арктике, не остается там навсегда», — говорит Уилкинсон. «Погода там влияет на остальную планету. Это касается всех нас. Просто подумайте о проблеме со льдом. Он отражает около 80% солнечного света, падающего на него. Удалите этот лед, как мы делаем это сейчас, и солнечный свет засияет прямо на темный океан. Его темные воды будут поглощать до 80% падающей на него радиации. Дальнейший нагрев неизбежен.

    «Другими словами, лед необходим.Он контролирует наши погодные условия. Но в Арктике он меняется по своему характеру и количеству. И это одна из движущих сил Polarstern. Это поможет нам переоценить наши знания о новой Арктике, которую мы создаем».

    Познакомьтесь со своим льдом

    Познакомься со своим льдом

    Лед. Он делает все: от охлаждения вашего напитка до помощи в регулировании температуры всей планеты. Давайте посмотрим, как мы столкнемся со льдом во время отпуска в Арктике или во время отпуска в Антарктиде, и посмотрим, как он называется.

    Есть…

    Абляция , которая представляет собой потерю льда и/или снега с территории. Эта потеря может произойти из-за испарения, эрозии или таяния.

    Биты Бержи — это куски плавучего льда, отколовшиеся от айсбергов, шельфовых ледников или ледников. Они меньше айсбергов, имеют высоту от 1 до 5 метров и площадь от 100 до 300 квадратных метров.

    Битый лед возникает, когда льдины или паковый лед раскололись на более мелкие плавающие куски.Официальных измерений, подобных тем, которые были найдены для кусков берги, нет, но общее мнение состоит в том, что куски битого льда имеют толщину менее 3 метров и диаметр 2 метра.

    Отел — это процесс откалывания кусков льда от айсбергов, шельфовых ледников или ледников с образованием более мелких ледяных тел, таких как куски айсберга.

    Трещина — это в значительной степени то, что вы могли бы подумать, — тонкая трещина в куске льда.

    Трещина , с другой стороны, представляет собой расщелину гораздо большего размера, обнаруженную в ледниках.Трещина может быть признаком того, что айсберг собирается отколоться от определенного участка ледника.

    Припай относится ко льду, который не оторвался от суши и не начал дрейфовать. Такой лед представляет собой твердое тело и может выдержать вес станций временного проживания, самолетов и т.д.

    льдина возникает, когда паковый лед трескается и уплывает. Существуют официальные обозначения размеров льдин:

    .
    • Малый (шириной менее 100 м)
    • Средний (менее 300 метров)
    • Большой (менее 2 км)
    • Обширные (менее 10 км)
    • Гигант (шириной более 10 километров)

    Мелкий лед — это то, что вы получаете, когда лед впервые начинает формироваться в водах океана.Он выглядит так, будто по воде брошен пучок ледяных иголок, а в целом напоминает слякоть. Поскольку ледяная крошка замерзает, ее называют жирным льдом из-за его жироподобного вида на воде.

    Ледник — это большое ледяное тело, найденное на суше. Они могут чем-то напоминать ледяные реки и на самом деле движутся, пусть и очень медленно, вниз по склонам гор или по ландшафту. Одним из самых быстро движущихся ледников в мире является ледник Якобсхавн в западной части Гренландии, который течет со скоростью около 20 метров в день.

    Ледники иногда можно дополнительно определить по их расположению или форме. Например, есть континентальные ледники, которые напоминают купола и стекают с центрального места, или альпийские (также известные как долинные) ледники, которые стекают в долины со своих горных выступов.

    Языки ледника — это ледники, торчащие из воды, но их основная часть прикреплена к суше.

    Консистентный лед – см. выше каменистый лед.

    Гроулеры представляют собой плавучие ледяные тела, которые меньше айсбергов и айсбергов, имеют высоту менее 1 метра над водой и площадь не более 20 квадратных метров.

    Торосистый лед — это небольшая насыпь льда, которая вырастает из ледяного поля в результате давления, выдавливающего ледяные горбы вверх из самолета.

    Айсберги — это плавающие красоты, которые мы видим, когда они дрейфуют по океану. В отличие от окружающей их морской воды, айсберги состоят из пресной воды.Вообще говоря, мы видим только до 20% всей массы айсберга над водой. Чтобы считаться официальным айсбергом, лед должен возвышаться над водой не менее чем на 5 метров и иметь площадь не менее 500 квадратных метров. Маленькие айсберги весят сотни тонн, а самые большие айсберги весят даже миллиарды тонн. Айсберги могут быть очень красивыми, но и очень опасными.

    Айсберги бывают разных видов:

    • Купольные айсберги имеют закругленные вершины.
    • Остроконечные айсберги — это айсберги с заостренными верхушками.
    • Наклонные айсберги имеют наклонные, но относительно плоские вершины.
    • Плоские айсберги имеют плоские вершины и крутые плоские стороны (на айсбергах такого типа часто можно увидеть скопление пингвинов).
    • Обветренные айсберги — это айсберги, которым погода придала фантастическое разнообразие форм.

    Ледяные мерцания — это отражения света от ледяного поля к нижней части облаков.

    Ледяные шапки представляют собой гигантские ледяные щиты, покрывающие площадь до 50 000 квадратных километров.

    Кромка льда — это место, где вода встречается со льдом.

    Ледяной покров t представляет собой полку льда или плавучий ледник, возвышающийся над поверхностью воды на высоту до 50 метров.

    Шельфовые ледники представляют собой пласты льда, плавающие на воде, но постоянно прикрепленные к земле. Они образованы ледяными щитами, спускающимися к воде. Эти шельфы могут иметь толщину более тысячи километров, возвышаться над водой на 50 километров и простираться на сотни километров вдоль береговой линии.

    Ледяные языки представляют собой куски льда, торчащие в воду, но их основные ледяные тела все еще прикреплены к земле.

    Зацепки — это отверстия в паковом льду, через которые корабли могут пройти, надеясь, что лед не закроет их, прежде чем они достигнут другой стороны.

    Морены представляют собой каменные обломки, оставшиеся после схода ледника. Конечная морена относится к точке, где ледник перестал наступать и начал отступать.

    Нилас — это ил, который вот-вот превратится в твердый лед. Во льду Ниласа еще много соленой воды, и он все еще может двигаться вместе с волнами океана.

    Нунатак относится к скалистым образованиям, таким как горы, которые возвышаются над ледниками.

    Паковый лед относится к глыбам льда, которые образуют постоянное покрытие участка воды. «Открытый паковый лед» означает, что поверхность воды в данном районе состоит менее чем на 60% из льда; «сплошной паковый лед» означает до 80 % льда, а «очень сплоченный паковый лед» означает 90 %.«Сплоченный паковый лед» означает, что вы не видите воды и что ваш корабль будет находиться там какое-то время. Вы также можете прочитать наш блог о паковом льду с дополнительной информацией.

    Блинчатый лед образуется, когда ветер и вода сталкивают округлые кусочки льда друг с другом, загибая края.

    Ветер и вода также образуют сжатый лед , который, в свою очередь, образует гребни давления , которые выталкиваются из самолета.

    Плавучий лед — это лед, взобравшийся на вершину другого ледяного массива, как черепаха, садящаяся на другую черепаху.

    Гнилой лед представляет собой тело льда, которое тает или иным образом распадается и выглядит как соты из-за попадания воды или воздуха между частицами льда.

    Говоря о хребтах, заструги — это хребты, которые были дополнительно сформированы ветром.

    Морской лед — это почти то, что вы могли бы ожидать, лед, который формируется в море и окружает часть суши.

    Шуга относится к глыбам настоящего льда, которые образуются из жирного льда.

    Ил или ледяная шуга — это более плотная форма мелкозернистого льда, которая находится на пути к превращению в настоящий лед.

    Ледник Нос это его конечная точка, где ледник заканчивается.

    Мелкий лед — это лед, который остается, когда вода под ним катится.

    Водяное небо связано с мерцанием льда в том смысле, что оно является отражением на низколежащих облаках.Однако в этом случае свет отражается от более темной воды (в отличие от более белого льда) и создает темную область на облаках.

    В тонкий лед — Энди Айзексон

    ВПЕРВЫЕ ОПУБЛИКОВАНО В НОМЕРЕ NATIONAL GEOGRAPHIC , ЯНВАРЬ 2016 ГОДА

    МОРСКОЙ ЛЕД, ПОКРЫВАЮЩИЙ СЕВЕРНЫЙ СЕВЕРНЫЙ ОКЕАН, — это не сплошная белая мантия, изображенная на картах. Это головоломка из беспокойных льдин, которые постоянно сталкиваются, деформируются и раскалываются под действием силы ветра и океанских течений.В феврале прошлого года я стоял, дрожа, на палубе старого норвежского исследовательского судна «Ланс», которое прокладывало путь через лабиринт судоходных разломов. Бесплодная белая равнина льда и снега простиралась до самого горизонта во всех направлениях. Стальной корпус корабля содрогался и визжал, когда он продирался сквозь плавающие куски зазубренного льда. «Лэнс» искал прочный кусок льда, к которому можно было бы прикрепиться — последний уже раскололся, — чтобы возобновить беспорядочный дрейф по замерзшему морю, намечая судьбу арктического морского льда, двигаясь вместе с льдиной.

    Норвежцы уже делали это раньше, более века назад, когда полярный исследователь Фритьоф Нансен и «Фрам» были заперты в паковых льдах почти на три года во время тщетной попытки дрейфовать через Северный полюс. Но Арктика теперь другой океан. За последнее столетие воздух над ним прогрелся в среднем примерно на 5 градусов по Фаренгейту, что более чем в два раза превышает среднемировой показатель. Гораздо меньшая часть океана покрыта льдом, и гораздо большая часть этого льда состоит из более тонкого сезонного льда, а не из толстых старых льдин.Сработала петля обратной связи с далеко идущими последствиями: по мере того как летом белый лед заменяется темной океанской водой, которая поглощает больше солнечного света, вода и воздух нагреваются еще больше, усиливая продолжающуюся оттепель.

    «Арктика прогревается первой, больше всего и быстрее всех», — объясняет Ким Холмен, длиннобородый международный директор Норвежского полярного института (NPI), управляющего The Lance. Климатические модели предсказывают, что уже к 2040 году летом можно будет плыть по открытой воде к Северному полюсу.

    Арктический морской лед помогает охлаждать всю планету, отражая солнечный свет обратно в космос. Так что его потеря неизбежно скажется на климате и погоде за Арктикой, но как именно — пока неясно. Для более качественных прогнозов требуются более качественные данные о морском льду и его подвижном, неравномерном распределении. «Большинство научных экспедиций в Арктику проводится летом, и именно здесь у нас больше всего полевых данных», — говорит Гуннар Сприн, физик-ледник из НПИ, с которым я познакомился на борту «Лэнса». «Непрерывные изменения, происходящие от зимы к весне, представляют собой огромный пробел в нашем понимании.

    Во время пятимесячной миссии «Лэнса» сменяющаяся команда ученых из разных стран должна была исследовать причины и последствия потери льда, наблюдая за льдом на протяжении всего его сезонного жизненного цикла — с момента образования зимой до таяния летом.

    Через несколько дней после того, как фотограф Ник Коббинг и я присоединились к кораблю на ледоколе и вертолете из Лонгйира, на острове Шпицберген в архипелаге Шпицберген — базе для арктических операций НПИ — «Лэнс» направился к 83 градусу северной широты, чуть западнее России. территория.Ученые выделили льдину шириной в полмили преимущественно сезонного льда, которую они надеялись изучить. Экипаж привязал судно к льдине нейлоновыми тросами, прикрепленными к толстым металлическим шестам, вбитым в лед. Они выключили главный двигатель. Изолированные и почти в полной темноте мы начали свой заблудший дрейф и нашу месячную смену в ледяной пустыне.

    Как и поселенцы, ученые разбивали лагеря на льдине, ставили палатки и прокладывали электрические кабели. Физики, такие как Сприн, нанесли на карту топографию льда с помощью лазеров и зафиксировали толщину и температуру снега на вершине.Океанографы просверлили отверстие во льду, чтобы собрать данные о воде и течениях. Метеорологи установили мачты с приборами для сбора данных о погоде и измерения выбросов парниковых газов. Биологи искали ледяные водоросли, которые выглядят как грязь и живут на нижней стороне льда и в каналах захваченного рассола, оставшегося после того, как новообразованный морской лед вытесняет соль. Через несколько недель, после того как вернувшееся солнце сбросит покров полярной ночи и начнет просачиваться сквозь тающую льдину, ученые увидят пробуждение экосистемы.

    Температура регулярно опускалась до 30 градусов ниже нуля по Фаренгейту. Ученым пришлось бороться с онемевшими пальцами, оборванными кабелями и поврежденными электронными приборами, а также с опасностью бродячих белых медведей. «Это действительно экстремальная наука», — сказал один исследователь.

    Микропластик засоряет самые отдаленные уголки Арктики

    ГРЕНЛАНДСКОЕ МОРЕ, на борту Kronprins HaakonНа льдине в Гренландском море, высоко за Полярным кругом, Ингеборг Халлангер пылесосит пластик.

    Мы стоим на участке «припая», названного так потому, что он прочно удерживается в нагромождении айсбергов, застрявших на мелководном шельфе у северо-восточного побережья Гренландии. Смятая белая столешница, испещренная голубыми лужами талой воды и испещренная паутиной трещин, тянется до самого горизонта. Вдалеке мерцают ледники Гренландии.

    Халлангер, научный сотрудник Норвежского полярного института в Тромсё, Норвегия, заглядывает в отверстие, пробуренное во льду толщиной в ярд, и спускает шланг к поверхности жидкости чуть ниже.В то время как другие члены исследовательской экспедиции патрулируют с ружьями белых медведей, появление которых заставит поспешно отступить к пришвартованному поблизости кораблю, Халлангер включает насос и начинает фильтровать мельчайшие частицы из морской воды.

    Здесь, в Арктике, в сотнях миль от ближайшего крупного города, находится одно из самых больших на планете скоплений пластика. Исследования показывают более высокие концентрации микропластика в морском льду в этих удаленных, высокоширотных горячих точках, чем в пяти печально известных участках океанского мусора.А в недавнем отчете говорится, что переносимые по воздуху микропластики падают на крайнем севере вперемешку со снегом.

    Халлангер, экотоксиколог, хочет знать, как поток синтетических материалов может повлиять на жизнь в местах обитания у кромки льда, которые составляют основу пищевой сети океана.

    «Если правда, что во льду так много пластика, — говорит она, — то организмы, живущие во льду и подо льдом, могут иметь одни из самых загрязненных жизненных пространств в океане».

    Пластик на Севере

    Район, где работает Халлангер, является одним из самых загрязненных пластиком районов Арктики.В этом проходе между восточной Гренландией и норвежскими островами Шпицберген — центром океанских течений, называемым проливом Фрама — недавнее исследование обнаружило более 12 000 частиц микропластика на литр морского льда. Это количество аналогично самым высоким зарегистрированным концентрациям, плавающим у загрязненных городских побережий. И его превзошли 14 000 частиц на литр, недавно обнаруженные в снегу на вершине морского льда в проливе Фрама.

    Но вторжение пластмасс в Арктику не ограничивается проливом Фрама. Ученые находят микропластик на Крайнем Севере, от моря Бофорта до Канадского архипелага и вод Сибири, и начинают выяснять причины этого.Поверхностные воды Северного Ледовитого океана содержат больше пластика, чем любой океанический бассейн. Количество частиц, измеренное в некоторых частях дна Северного Ледовитого океана, является самым высоким в мире. Фрагменты искусственных материалов обнаруживаются в арктической дикой природе. Особенно птиц. И особенно чайкоподобная птица по имени северный глупыш, ставшая магнитом для пластмасс.

    «Каждая группа глупышей, которую мы наблюдали в Арктике за последние 30 лет, содержала в себе пластик», — говорит Дженн Провенчер, глава отдела охраны дикой природы Канадской службы дикой природы.

    Поток пластика в наши океаны сегодня — по оценкам ученых, ежегодно в моря сбрасывается до 12,7 миллионов метрических тонн пластиковых отходов — это глобальная проблема. Но помимо одного из самых высоких в мире бремени микропластика, Арктика с ее суровыми условиями жизни, ограниченной пищевой сетью и происходящими в настоящее время монументальными изменениями климата, вероятно, особенно уязвима для последствий.

    «Мы просто добавляем все больше и больше стресса для животных, живущих в этой среде», — говорит Халлангер, который изучает воздействие микропластика, пути и воздействие на арктических птиц, лисиц и других животных.«Это может быть единственной вещью, которая ставит их за грань».

    Пластик повсюду

    Вернувшись на Kronprins Haakon , исследовательский ледокол Норвежского полярного института, мы с аспирантом Вегардом Штюрзингером решили провести импровизированный эксперимент с микропластиком. Собственные образцы Халлангер, которые также включают ледяные керны, кусочки недавно сформированного «блинного» льда и более глубокие морские воды, будут ждать анализа в ее лаборатории в институте в Тромсё. Но здесь мы фильтруем несколько образцов растаявшего льда, соскобленного с вершины льдины, по которой никто не ходил, и исследуем остатки в микроскоп.

    Фильтры усеяны красными, синими, черными и желтыми капельками размером меньше ластика карандаша — максимальный размер, который можно классифицировать как микропластик. Большинство из них представляют собой синтетические волокна, а также несколько сколов и осколков.

    Наша процедура совершенно ненаучна. Мы не калибровали наши измерения, не стандартизировали наши методы и тщательно избегали загрязнения, как Халлангер будет осторожно делать с ее фактическими анализами, хотя мы находимся в чистой и герметичной лаборатории, где синтетическая одежда не допускается.

    Но тем не менее это бросается в глаза. «Это очень высоко!» — говорит Халлангер о количестве пластиковых пятнышек, которые мы видим.

    Откуда берется весь этот пластик в Арктике и как он попадает в эту якобы первозданную среду?

    Пластмасса в движении

    Эрик ван Себилле, океанограф из Утрехтского университета в Нидерландах, составляет карту перемещения пластмассы в океане. В северном океане так много мусора, что он обнаруживает, что в Баренцевом море, над Норвегией и Россией, теперь, похоже, формируется еще одно мусорное пятно.Похоже, что большая часть мусора поступает из северо-западной Европы и восточного побережья Северной Америки.

    Ван Себилль выдвигает гипотезу о том, что пластик скапливается у южного края Северного Ледовитого океана, потому что атлантическая вода, идущая на север, охлаждается и опускается там, приводя в движение мощную систему океанских течений, называемую атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляцией. Пластик плавучий, поэтому он остается позади.

    «Я называю это какашкой, которая не смывается», — говорит ван Себилль.

    Но подавляющее большинство микропластика не плавает на поверхности океана — они смешиваются со всей толщей воды.И эти подводные части не просто собираются в Арктике; они также направляются к Антарктиде. В новом исследовании ван Себилль и его коллеги обнаружили, что подземные течения могут перемещать значительное количество микропластика из средних широт к обоим полюсам. На самом деле, говорит он, при переносе подземными течениями «пластик с гораздо большей вероятностью окажется в полярных регионах».

    Более того, ван Себилль обнаружил, что пластмассы также, по сути, плывут к полюсам на волнах — процесс переноса в океане, называемый дрейфом Стокса.По его словам, поскольку большинство моделей, оценивающих количество пластика в океане, не включают поездку, обеспечиваемую Stokes Drift, нагрузка в Арктике может быть значительно выше.

    Между тем морской лед одновременно переносит и хранит огромное количество микропластика в Арктике. Но при нынешнем быстром таянии льда это хранилище следует считать временным, говорит Илка Пикен, морской биолог из Немецкого института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера.

    Пикен, изучающий влияние изменений окружающей среды на организмы, живущие в арктическом морском льду, обнаружил во льду 17 различных типов пластика — включая упаковку, кусочки крышек от бутылок, краски, нейлон, полиэстер и кусочки, которые, вероятно, начинались. как окурки, составляющие примерно половину всех частиц.Нейлон и краска, вероятно, поступили из местных источников, таких как рыболовные снасти и корабли, говорит она, в то время как такие предметы, как упаковка и крышки от бутылок, должно быть, путешествовали издалека. Некоторые из них могли просочиться из Большого тихоокеанского мусорного пятна и течь на север через Берингов пролив. Подхваченный замерзающими морями мусор, застрявший во льду, пересекает Арктику по Трансполярному дрейфу.

    Новое исследование предполагает, что микропластики также плавают в воздушных потоках и приземляются в Арктике в виде покрытого пластиком снега. По словам автора исследования Мелани Бергманн, морского эколога Института Альфреда Вегенера, наряду с попаданием в воду эти крошечные, почти невидимые частицы можно вдохнуть.

    Морской лед в проливе Фрама может содержать столько микропластика, сколько существует у берегов городских районов.

    Фотография Лоуренса Хислопа

    Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

    Страшные возможности

    Относительно мало известно о том, как загрязнение пластиком влияет на арктические экосистемы. Помимо птиц, микропластик был обнаружен в желудках некоторых полярных видов рыб, а также голубых мидий, снежных крабов и глубоководных морских звезд, согласно недавнему отчету об океанском мусоре на Крайнем Севере, подготовленному Арктическим советом. группа «Защита арктической морской среды». Но в этом отдаленном и сложном регионе было проведено мало исследований, и, хотя эксперименты выявили вред, например, изменение поведения рыб, подвергшихся воздействию микропластика, исследования до сих пор не показали охвата всей популяции. воздействие на здоровье животных.

    Тем не менее, отмечает Халлангер, лабораторные исследования показывают, что даже мельчайшие продукты распада микропластика, называемые нанопластиками, способны проходить сквозь клеточные стенки. Они могут проникать через гематоэнцефалический барьер. Они могут даже проникнуть через плаценту в плод. А условия Арктики — замерзание и оттаивание, трение льдом, сильные ветры и волны — могут особенно способствовать превращению микропластика в нанопластик.

    «Это страшно, — говорит Халлангер.

    Как и везде, перспектива попадания пластика в продукты питания вызывает здесь серьезную озабоченность.Поедаемый мелкими существами на дне пищевой сети, микропластик потенциально может «биомагнифицироваться» по мере того, как эти организмы поедаются более крупными, в конечном итоге попадая в организм человека.

    И пластик действительно едят люди. Новое исследование показало, что американцы съедают и пьют до 52 000 пластиковых частиц в год, а если добавить вдыхаемый пластик, то их количество увеличивается до 121 000.

    Но Арктика не похожа на другие места. Загрязнение пластиком представляет собой особую проблему здесь, потому что здесь проживает множество людей, которые почти полностью полагаются на морскую экосистему в плане еды и культуры.

    «В Арктике морская пищевая цепь тесно связана с потреблением человеком», — говорит Провеншер. «Если у вас есть виды пластика… и у вас есть люди, которые зависят от этого вида как источника пищи, это может иметь гораздо более широкий эффект, чем во многих других регионах мира».

    Питер Мерфи, региональный координатор программы по морскому мусору Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) на Аляске, согласен.

    «Жизнеобеспечение на Аляске — это реальная проблема и реальная проблема, потому что у вас есть эти общины, где многие потребляемые ими калории поступают из земли и воды прямо вокруг них», — говорит он о группах коренных народов на побережье Аляски и острова.( Прочтите об одной группе, вынужденной из-за изменения климата переехать в новую деревню. )

    Загрязнение пластиком в этих районах является «гораздо более прямолинейным воздействием», — говорит он. Исследование, проведенное в 2015–2017 годах по измерению микропластика в песке на пляжах национальных парков США, показало, что уровень загрязнения в некоторых отдаленных прибрежных районах Аляски был аналогичен загрязнению в густонаселенном районе возле моста Золотые Ворота в Сан-Франциско.

    До сих пор нет четких доказательств того, что загрязнение пластиком расширяет пищевую сеть или представляет опасность для людей, которые едят морепродукты.Но вот-вот начнется новый масштабный проект по мониторингу пластикового загрязнения и его последствий в Арктике. Во главе с Исландией, которая принимает председательство в Арктическом совете, проект станет специальной рабочей группой Арктической программы мониторинга и оценки. Халлангер и другие участвуют в этом проекте.

    Нам еще многое предстоит узнать о последствиях нашего вездесущего пластикового бедствия, говорят ученые, изучающие Арктику.

    «Нам действительно не с чем с этим справиться», — говорит Халлангер, глядя с корабля на кусок льда размером с внутренний дворик, где морские птицы патрулируют в поисках рыбы.

    «Арктика — действительно хорошее место, чтобы показать, что это глобальная проблема», — говорит она. «И мы должны что-то делать с этим глобально».

    IMB, установленный на многолетней льдине.

    Контекст 1

    … баланса поверхностного тепла и потока тепла океана. Если со временем будет чистое потепление, то лед будет истончаться. И наоборот, чистое охлаждение приводит к более толстому льду. Баланс массы морского ледяного покрова зависит от его протяженности и толщины, которые в совокупности определяют его объем.Протяженность морского ледяного покрова эффективно контролируется со спутниковых платформ с использованием пассивных микроволновых изображений. Мониторинг изменения толщины льда более проблематичен. Как и в случае с площадью льда, идеальной платформой для мониторинга толщины льда является спутник, поскольку он обеспечивает обзор всего бассейна. До недавнего времени не было адекватно разработано ни одной техники для получения надежных спутниковых измерений толщины льда. Результаты, представленные Лаксоном и др. (2003 г.) и Квоком и др. (2004 г.), предполагают возможные прорывы в использовании спутниковых альтиметрических измерений надводного борта льда для определения среднего поля толщины льда и его изменчивости.По мере развития этой и других спутниковых технологий мы также должны найти способы более эффективного использования измерений толщины льда, полученных с других платформ, включая подводные лодки, самолеты, донные причалы и дрейфующие буи. Хотя эти измерительные платформы имеют пространственные ограничения, они могут играть центральную роль в проверке и калибровке спутниковых инструментов. Кроме того, их способность собирать данные с более высоким временным и пространственным разрешением может предоставить информацию, необходимую для понимания и объяснения наблюдаемых изменений толщины льда.В данной статье дается подробное описание ледового буя-баланса массы (IMB), предназначенного для проведения натурных наблюдений за изменениями баланса массы ледяного покрова. Мы иллюстрируем поток данных из IMB, представляем карту развертывания и траекторий буев, а также обсуждаем первые результаты и наблюдения. Сделать прямые измерения баланса массы во время полевого эксперимента несложно. Для измерения абляции и накопления льда и снега в верхней и нижней части ледяного покрова используется набор вех и толщиномеров.Несмотря на важность масс-балансовых измерений и относительно простое оборудование для их проведения, наблюдательных результатов мало (Унтерштайнер, 1961; Хансон, 1965; Майкут, Макфи, 1995; Перович и др., 1997, 2003). Во многом это связано с расходами на эксплуатацию долговременной дрейфующей станции. Автономные IMB представляют собой недорогую альтернативу полевым кампаниям (Perovich and Elder, 2001). Эти системы на основе льда (рис. 1) обеспечивают средства регулярного мониторинга баланса массы льда во многих местах в течение нескольких лет.Каждый дрейфующий буй снабжен гирляндами термисторов, протягивающимися сквозь снежно-ледовый покров в верхние слои океана, и акустическими датчиками, отслеживающими положение верхней и нижней поверхностей льда. Эти инструменты обеспечивают временные ряды накопления и абляции снега, баланс массы льда, поля внутренней температуры льда и усредненные во времени оценки потока тепла океана. В совокупности эти данные показывают, произошло ли изменение баланса массы льда из-за нарастания льда, таяния поверхности, абляции дна или накопления снега.Наблюдаемые изменения можно соотнести с движущими силами, такими как начало и продолжительность летнего сезона таяния, продолжительность вегетационного периода и поток тепла океана (рис. 2). Эта информация дает важную информацию о движущих силах изменений. IMB также оборудованы для измерения местоположения, давления на уровне моря (SLP) и приземной температуры воздуха (SAT). Характер дрейфа буев дает информацию о характере циркуляции морского ледяного покрова. Данные по SLP и SAT предназначены для совместимости с аналогичными данными, собранными с более простых дрейфующих буев, развернутых в рамках Международной программы арктических буев (IABP). Эта информация также имеет решающее значение для распространения результатов с этих отдельных участков на другие регионы Арктики ( Перович и Рихтер-Менге, 2006).В своей текущей конфигурации IMB предназначен для измерения баланса массы недеформированного многолетнего льда в зоне многолетних льдов. Это ограничение в первую очередь связано с тем, что IMB не предназначен для плавания. Кроме того, приборы не содержатся в одном пакете и, следовательно, могут развалиться при деформации льда (рис. 1). Выбор площадки является критическим аспектом развертывания IMB. Чтобы облегчить перенос данных точечных измерений на более широкий регион, буй помещается в репрезентативную недеформированную многолетнюю льдину.Многолетняя льдина распознается по относительно равномерному пространству небольших торосов, которые обычно имеют высоту менее 1 м и простираются на площади не менее десятков метров. Под репрезентативностью мы понимаем, что многолетняя льдина, выбранная для места размещения, имеет средние размеры и толщину относительно района исследования. Обычно это определяется по результатам полетов воздушной разведки и проб бурения скважин. После того, как место выбрано, буй располагается возле тороса. Хребтов и существующих или оставшихся талых прудов избегают, поскольку толщина льда в этих местах не является репрезентативной.Размещение рядом с торосом также облегчает сбор данных в течение нескольких годовых циклов, поскольку эти участки с большей вероятностью переживут летнее таяние. На рис. 1 показан развернутый IMB. Центральным компонентом IMB является водонепроницаемая алюминиевая трубка диаметром 20,5 см, в которой размещены системы сбора и передачи данных и батареи. На основной трубе установлен ледобур диаметром 25,5 см, используемый для бурения скважины глубиной около 1 м в ледяном покрове. Верхняя часть трубы служит платформой для спутникового передатчика, датчика глобальной системы позиционирования (GPS) и барометра.Барометр измеряет SLP с точностью до 0,1 гПа. Другие инструменты соединены с основной трубой пуповиной, в том числе струна термисторов и акустические эхолоты. Цепочка термисторов состоит из серии стержней из ПВХ диаметром 3 см и длиной 1,5 м, с термисторами, установленными с интервалом 10 см. Обычно три стержня соединяются вместе, образуя цепочку длиной 4,5 м. Температуры, измеряемые термисторами, имеют точность 0,18°С. Струна термисторов устанавливается через отверстие диаметром 5 см, просверленное в толще ледяного покрова.Он располагается во льду таким образом, чтобы верхний термистор находился примерно на 0,7 м над поверхностью льда. Если толщина ледяного покрова составляет 2,5 м, гирлянда термисторов будет проходить еще на 1,3 м ниже нижней части ледяного покрова. Эта конфигурация установки предназначена для учета изменений толщины ледяного покрова в течение нескольких сезонных циклов, что приводит к изменению относительного положения цепочки термисторов в ледяном покрове. Как правило, после одного цикла таяния больше верхней части цепочки термисторов обнажается, в то время как во время следующего цикла роста большая часть нижней части цепочки термисторов будет включена в ледяной покров.Акустические дальномеры располагаются над и под поверхностью льда. Точность обоих эхолотов составляет 5 мм, и они должны находиться на расстоянии не менее 0,75 м ото льда, чтобы предоставлять полезные данные. Надледный эхолот крепится на кронштейне, основание которого помещается в отверстие диаметром 10 см. Эта дыра также просверливается в ледяном покрове, чтобы основание застыло на месте. Рука сконструирована таким образом, что расстояние между надледным эхолотом и поверхностью льда составляет 1,5 м. Таким образом, 0,75 см снега может накопиться до того, как будет достигнуто минимальное расстояние отстоя.Термистор, расположенный в экранированном корпусе, крепится к опорному кронштейну надледного эхолота. Этот термистор обеспечивает температуру приземного воздуха с точностью до 0,18°С. Подледный эхолот размещается на стержне длиной 5 м и опускается под ледяной покров лицевой стороной вверх через еще одно отверстие диаметром 10 см. В идеале подледный эхолот располагается на 1,5–2 м ниже ледяного покрова. В процессе монтажа каждый раз при бурении скважины по толщине ледяного покрова производятся замеры толщины льда, надводного борта льда и высоты снежного покрова.Эти данные обеспечивают набор начальных условий и помогают подтвердить достоверность исходного набора измерений, полученных с буя. Если позволяет время, проводится более обширная съемка толщины льда в этом районе либо путем бурения, либо с использованием оборудования для электромагнитной разведки (Eicken and others, 2001). Спутниковая антенна Argos установлена ​​в верхней части основного корпуса. С помощью полярно-орбитальной спутниковой системы «Аргос» данные с каждого ММБ передаются в среднем каждые 1–2 часа. Во время каждой передачи записывается местоположение буя.Системы сбора и передачи данных запрограммированы на предоставление полного набора измерений каждые 2–12 часов в зависимости от конкретных протоколов программирования. Система IMB предназначена для поддержки систем измерения и передачи на срок до 3 лет. На сегодняшний день средний срок службы буя составляет около 1 года. Просмотр записей данных буя дает подсказки, которые помогают определить причину прекращения передачи IMB. Эти причины включают таяние льда, разрушение из-за динамики льда или выходок животных, а также выход из строя компонентов.IMB был специально разработан для простоты развертывания. Просверлить отверстия, соединить компоненты и переключить переключатель — это все, что требуется…

    Контекст 2

    … как баланса поверхностного тепла, так и теплового потока океана. Если со временем будет чистое потепление, то лед будет истончаться. И наоборот, чистое охлаждение приводит к более толстому льду. Баланс массы морского ледяного покрова зависит от его протяженности и толщины, которые в совокупности определяют его объем. Протяженность морского ледяного покрова эффективно контролируется со спутниковых платформ с использованием пассивных микроволновых изображений.Мониторинг изменения толщины льда более проблематичен. Как и в случае с площадью льда, идеальной платформой для мониторинга толщины льда является спутник, поскольку он обеспечивает обзор всего бассейна. До недавнего времени не было адекватно разработано ни одной техники для получения надежных спутниковых измерений толщины льда. Результаты, представленные Лаксоном и др. (2003 г.) и Квоком и др. (2004 г.), предполагают возможные прорывы в использовании спутниковых альтиметрических измерений надводного борта льда для определения среднего поля толщины льда и его изменчивости.По мере развития этой и других спутниковых технологий мы также должны найти способы более эффективного использования измерений толщины льда, полученных с других платформ, включая подводные лодки, самолеты, донные причалы и дрейфующие буи. Хотя эти измерительные платформы имеют пространственные ограничения, они могут играть центральную роль в проверке и калибровке спутниковых инструментов. Кроме того, их способность собирать данные с более высоким временным и пространственным разрешением может предоставить информацию, необходимую для понимания и объяснения наблюдаемых изменений толщины льда.В данной статье дается подробное описание ледового буя-баланса массы (IMB), предназначенного для проведения натурных наблюдений за изменениями баланса массы ледяного покрова. Мы иллюстрируем поток данных из IMB, представляем карту развертывания и траекторий буев, а также обсуждаем первые результаты и наблюдения. Сделать прямые измерения баланса массы во время полевого эксперимента несложно. Для измерения абляции и накопления льда и снега в верхней и нижней части ледяного покрова используется набор вех и толщиномеров.Несмотря на важность масс-балансовых измерений и относительно простое оборудование для их проведения, наблюдательных результатов мало (Унтерштайнер, 1961; Хансон, 1965; Майкут, Макфи, 1995; Перович и др., 1997, 2003). Во многом это связано с расходами на эксплуатацию долговременной дрейфующей станции. Автономные IMB представляют собой недорогую альтернативу полевым кампаниям (Perovich and Elder, 2001). Эти системы на основе льда (рис. 1) обеспечивают средства регулярного мониторинга баланса массы льда во многих местах в течение нескольких лет.Каждый дрейфующий буй снабжен гирляндами термисторов, протягивающимися сквозь снежно-ледовый покров в верхние слои океана, и акустическими датчиками, отслеживающими положение верхней и нижней поверхностей льда. Эти инструменты обеспечивают временные ряды накопления и абляции снега, баланс массы льда, поля внутренней температуры льда и усредненные во времени оценки потока тепла океана. В совокупности эти данные показывают, произошло ли изменение баланса массы льда из-за нарастания льда, таяния поверхности, абляции дна или накопления снега.Наблюдаемые изменения можно соотнести с движущими силами, такими как начало и продолжительность летнего сезона таяния, продолжительность вегетационного периода и поток тепла океана (рис. 2). Эта информация дает важную информацию о движущих силах изменений. IMB также оборудованы для измерения местоположения, давления на уровне моря (SLP) и приземной температуры воздуха (SAT). Характер дрейфа буев дает информацию о характере циркуляции морского ледяного покрова. Данные по SLP и SAT предназначены для совместимости с аналогичными данными, собранными с более простых дрейфующих буев, развернутых в рамках Международной программы арктических буев (IABP). Эта информация также имеет решающее значение для распространения результатов с этих отдельных участков на другие регионы Арктики ( Перович и Рихтер-Менге, 2006).В своей текущей конфигурации IMB предназначен для измерения баланса массы недеформированного многолетнего льда в зоне многолетних льдов. Это ограничение в первую очередь связано с тем, что IMB не предназначен для плавания. Кроме того, приборы не содержатся в одном пакете и, следовательно, могут развалиться при деформации льда (рис. 1). Выбор площадки является критическим аспектом развертывания IMB. Чтобы облегчить перенос данных точечных измерений на более широкий регион, буй помещается в репрезентативную недеформированную многолетнюю льдину.Многолетняя льдина распознается по относительно равномерному пространству небольших торосов, которые обычно имеют высоту менее 1 м и простираются на площади не менее десятков метров. Под репрезентативностью мы понимаем, что многолетняя льдина, выбранная для места размещения, имеет средние размеры и толщину относительно района исследования. Обычно это определяется по результатам полетов воздушной разведки и проб бурения скважин. После того, как место выбрано, буй располагается возле тороса. Хребтов и существующих или оставшихся талых прудов избегают, поскольку толщина льда в этих местах не является репрезентативной.Размещение рядом с торосом также облегчает сбор данных в течение нескольких годовых циклов, поскольку эти участки с большей вероятностью переживут летнее таяние. На рис. 1 показан развернутый IMB. Центральным компонентом IMB является водонепроницаемая алюминиевая трубка диаметром 20,5 см, в которой размещены системы сбора и передачи данных и батареи. На основной трубе установлен ледобур диаметром 25,5 см, используемый для бурения скважины глубиной около 1 м в ледяном покрове. Верхняя часть трубы служит платформой для спутникового передатчика, датчика глобальной системы позиционирования (GPS) и барометра.Барометр измеряет SLP с точностью до 0,1 гПа. Другие инструменты соединены с основной трубой пуповиной, в том числе струна термисторов и акустические эхолоты. Цепочка термисторов состоит из серии стержней из ПВХ диаметром 3 см и длиной 1,5 м, с термисторами, установленными с интервалом 10 см. Обычно три стержня соединяются вместе, образуя цепочку длиной 4,5 м. Температуры, измеряемые термисторами, имеют точность 0,18°С. Струна термисторов устанавливается через отверстие диаметром 5 см, просверленное в толще ледяного покрова.Он располагается во льду таким образом, чтобы верхний термистор находился примерно на 0,7 м над поверхностью льда. Если толщина ледяного покрова составляет 2,5 м, гирлянда термисторов будет проходить еще на 1,3 м ниже нижней части ледяного покрова. Эта конфигурация установки предназначена для учета изменений толщины ледяного покрова в течение нескольких сезонных циклов, что приводит к изменению относительного положения цепочки термисторов в ледяном покрове. Как правило, после одного цикла таяния больше верхней части цепочки термисторов обнажается, в то время как во время следующего цикла роста большая часть нижней части цепочки термисторов будет включена в ледяной покров.Акустические дальномеры располагаются над и под поверхностью льда. Точность обоих эхолотов составляет 5 мм, и они должны находиться на расстоянии не менее 0,75 м ото льда, чтобы предоставлять полезные данные. Надледный эхолот крепится на кронштейне, основание которого помещается в отверстие диаметром 10 см. Эта дыра также просверливается в ледяном покрове, чтобы основание застыло на месте. Рука сконструирована таким образом, что расстояние между надледным эхолотом и поверхностью льда составляет 1,5 м. Таким образом, до 0,75 см снега может накопиться…

    Контекст 3

    … платформы, использующие пассивные микроволновые изображения. Мониторинг изменения толщины льда более проблематичен. Как и в случае с площадью льда, идеальной платформой для мониторинга толщины льда является спутник, поскольку он обеспечивает обзор всего бассейна. До недавнего времени не было адекватно разработано ни одной техники для получения надежных спутниковых измерений толщины льда. Результаты, представленные Лаксоном и др. (2003 г.) и Квоком и др. (2004 г.), предполагают возможные прорывы в использовании спутниковых альтиметрических измерений надводного борта льда для определения среднего поля толщины льда и его изменчивости.По мере развития этой и других спутниковых технологий мы также должны найти способы более эффективного использования измерений толщины льда, полученных с других платформ, включая подводные лодки, самолеты, донные причалы и дрейфующие буи. Хотя эти измерительные платформы имеют пространственные ограничения, они могут играть центральную роль в проверке и калибровке спутниковых инструментов. Кроме того, их способность собирать данные с более высоким временным и пространственным разрешением может предоставить информацию, необходимую для понимания и объяснения наблюдаемых изменений толщины льда.В данной статье дается подробное описание ледового буя-баланса массы (IMB), предназначенного для проведения натурных наблюдений за изменениями баланса массы ледяного покрова. Мы иллюстрируем поток данных из IMB, представляем карту развертывания и траекторий буев, а также обсуждаем первые результаты и наблюдения. Сделать прямые измерения баланса массы во время полевого эксперимента несложно. Для измерения абляции и накопления льда и снега в верхней и нижней части ледяного покрова используется набор вех и толщиномеров.Несмотря на важность масс-балансовых измерений и относительно простое оборудование для их проведения, наблюдательных результатов мало (Унтерштайнер, 1961; Хансон, 1965; Майкут, Макфи, 1995; Перович и др., 1997, 2003). Во многом это связано с расходами на эксплуатацию долговременной дрейфующей станции. Автономные IMB представляют собой недорогую альтернативу полевым кампаниям (Perovich and Elder, 2001). Эти системы на основе льда (рис. 1) обеспечивают средства регулярного мониторинга баланса массы льда во многих местах в течение нескольких лет.Каждый дрейфующий буй снабжен гирляндами термисторов, протягивающимися сквозь снежно-ледовый покров в верхние слои океана, и акустическими датчиками, отслеживающими положение верхней и нижней поверхностей льда. Эти инструменты обеспечивают временные ряды накопления и абляции снега, баланс массы льда, поля внутренней температуры льда и усредненные во времени оценки потока тепла океана. В совокупности эти данные показывают, произошло ли изменение баланса массы льда из-за нарастания льда, таяния поверхности, абляции дна или накопления снега.Наблюдаемые изменения можно соотнести с движущими силами, такими как начало и продолжительность летнего сезона таяния, продолжительность вегетационного периода и поток тепла океана (рис. 2). Эта информация дает важную информацию о движущих силах изменений. IMB также оборудованы для измерения местоположения, давления на уровне моря (SLP) и приземной температуры воздуха (SAT). Характер дрейфа буев дает информацию о характере циркуляции морского ледяного покрова. Данные по SLP и SAT предназначены для совместимости с аналогичными данными, собранными с более простых дрейфующих буев, развернутых в рамках Международной программы арктических буев (IABP). Эта информация также имеет решающее значение для распространения результатов с этих отдельных участков на другие регионы Арктики ( Перович и Рихтер-Менге, 2006).В своей текущей конфигурации IMB предназначен для измерения баланса массы недеформированного многолетнего льда в зоне многолетних льдов. Это ограничение в первую очередь связано с тем, что IMB не предназначен для плавания. Кроме того, приборы не содержатся в одном пакете и, следовательно, могут развалиться при деформации льда (рис. 1). Выбор площадки является критическим аспектом развертывания IMB. Чтобы облегчить перенос данных точечных измерений на более широкий регион, буй помещается в репрезентативную недеформированную многолетнюю льдину.Многолетняя льдина распознается по относительно равномерному пространству небольших торосов, которые обычно имеют высоту менее 1 м и простираются на площади не менее десятков метров. Под репрезентативностью мы понимаем, что многолетняя льдина, выбранная для места размещения, имеет средние размеры и толщину относительно района исследования. Обычно это определяется по результатам полетов воздушной разведки и проб бурения скважин. После того, как место выбрано, буй располагается возле тороса. Хребтов и существующих или оставшихся талых прудов избегают, поскольку толщина льда в этих местах не является репрезентативной.Размещение рядом с торосом также облегчает сбор данных в течение нескольких годовых циклов, поскольку эти участки с большей вероятностью переживут летнее таяние. На рис. 1 показан развернутый IMB. Центральным компонентом IMB является водонепроницаемая алюминиевая трубка диаметром 20,5 см, в которой размещены системы сбора и передачи данных и батареи. На основной трубе установлен ледобур диаметром 25,5 см, используемый для бурения скважины глубиной около 1 м в ледяном покрове. Верхняя часть трубы служит платформой для спутникового передатчика, датчика глобальной системы позиционирования (GPS) и барометра.Барометр измеряет SLP с точностью до 0,1 гПа. Другие инструменты соединены с основной трубой пуповиной, в том числе струна термисторов и акустические эхолоты. Цепочка термисторов состоит из серии стержней из ПВХ диаметром 3 см и длиной 1,5 м, с термисторами, установленными с интервалом 10 см. Обычно три стержня соединяются вместе, образуя цепочку длиной 4,5 м. Температуры, измеряемые термисторами, имеют точность 0,18°С. Струна термисторов устанавливается через отверстие диаметром 5 см, просверленное в толще ледяного покрова.Он располагается во льду таким образом, чтобы верхний термистор находился примерно на 0,7 м над поверхностью льда. Если толщина ледяного покрова составляет 2,5 м, гирлянда термисторов будет проходить еще на 1,3 м ниже нижней части ледяного покрова. Эта конфигурация установки предназначена для учета изменений толщины ледяного покрова в течение нескольких сезонных циклов, что приводит к изменению относительного положения цепочки термисторов в ледяном покрове. Как правило, после одного цикла таяния больше верхней части цепочки термисторов обнажается, в то время как во время следующего цикла роста большая часть нижней части цепочки термисторов будет включена в ледяной покров.Акустические дальномеры располагаются над и под поверхностью льда. Точность обоих эхолотов составляет 5 мм, и они должны находиться на расстоянии не менее 0,75 м ото льда, чтобы предоставлять полезные данные. Надледный эхолот крепится на кронштейне, основание которого помещается в отверстие диаметром 10 см. Эта дыра также просверливается в ледяном покрове, чтобы основание застыло на месте. Рука сконструирована таким образом, что расстояние между надледным эхолотом и поверхностью льда составляет 1,5 м. Таким образом, 0,75 см снега может накопиться до того, как будет достигнуто минимальное расстояние отстоя.Термистор, расположенный в экранированном корпусе, крепится к опорному кронштейну надледного эхолота. Этот термистор обеспечивает температуру приземного воздуха с точностью до 0,18°С. Подледный эхолот размещается на стержне длиной 5 м и опускается под ледяной покров лицевой стороной вверх через еще одно отверстие диаметром 10 см. В идеале подледный эхолот располагается на 1,5–2 м ниже ледяного покрова. В процессе монтажа каждый раз при бурении скважины по толщине ледяного покрова производятся замеры толщины льда, надводного борта льда и высоты снежного покрова.Эти данные обеспечивают набор начальных условий и помогают подтвердить достоверность исходного набора измерений, полученных с буя. Если позволяет время, проводится более обширная съемка толщины льда в этом районе либо путем бурения, либо с использованием оборудования для электромагнитной разведки (Eicken and others, 2001). Спутниковая антенна Argos установлена ​​в верхней части основного корпуса. С помощью полярно-орбитальной спутниковой системы «Аргос» данные с каждого ММБ передаются в среднем каждые 1–2 часа. Во время каждой передачи записывается местоположение буя.Системы сбора и передачи данных запрограммированы на предоставление полного набора измерений каждые 2–12 часов в зависимости от конкретных протоколов программирования. Система IMB предназначена для поддержки систем измерения и передачи на срок до 3 лет. На сегодняшний день средний срок службы буя составляет около 1 года. Просмотр записей данных буя дает подсказки, которые помогают определить причину прекращения передачи IMB. Эти причины включают таяние льда, разрушение из-за динамики льда или выходок животных, а также выход из строя компонентов.IMB был специально разработан для простоты развертывания. Просверлить отверстия, соединить компоненты и переключить переключатель — это все, что требуется для установки. Процесс установки обычно занимает 1-2 часа. Благодаря этой функции IMB может развернуть любой, кто имеет опыт работы в Арктике. Следовательно, это позволяет нам максимизировать возможности для развертывания путем координации с другими программами. Ранняя версия IMB была развернута в 1993 году в рамках полевой программы Инициативы по механике морского льда (SIMI) (Перович и др., 1997).С тех пор мы установили 32 буя. Большинство этих развертываний произошло после 2000 года, когда IMB стал регулярно развертываться как часть Экологической обсерватории Северного полюса (NPEO). В 2003 г. произошло еще одно заметное увеличение числа развертываний, связанное с обязательством Национального управления США по исследованию океанов и атмосферы (НУОА) поддерживать сеть платформ для измерения толщины льда на месте. Отражая наличие платформ для развертывания, была сосредоточена установка буев вблизи севера…

    Сегодня исполняется 10 лет 134 рыбакам на льдине озера Эри

    Сегодня исполняется 10 лет 134 рыбакам на льдине озера Эри

    ОК-ХАРБОР, Огайо – Десять лет назад, в теплую и ветреную субботу, 8 В озере Эри откололась льдина длиной в милю. 134 рыболова оказались в затруднительном положении, а затем были спасены береговой охраной США и местными правоохранительными органами в ходе операции по спасению, которая попала в национальные новости.

    Трещины шириной в фут, которые рыбаки пересекли рано утром пешком, на снегоходах или квадроциклах, расширились, поглотив доски, которые служили импровизированными мостиками.Сильный юго-западный ветер толкал западную оконечность ледяного потока на север и восток.

    Первый зов о помощи прозвучал примерно в 10:45, когда на льдине оказались зажатыми до 500 человек.

    Спасатели идут по замерзшему озеру Эри, возвращаясь на берег в государственном парке Крейн-Крик в Ок-Харборе, штат Мичиган, после спасения нескольких рыбаков, застрявших на глыбе льда примерно в 1000 ярдах от берега, суббота, 7 февраля. 2009.  MADALYN RUGGIERO

    Другие новости

    Посмотреть выпуск новостей береговой охраныСпасатели полагаются на уникальные транспортные средства, иногда удачаПлан координирует спасение льда на озере Эри, штрафыРыболовы возвращаются на лед озера Эри; Гид говорит, что предупреждения сократили число застрявших в субботу

    Многие пытались мчаться к берегу, на восток к электростанции Дэвис Бесс и Ложу Лося в Порт-Клинтон.Некоторые совершили 12-мильное путешествие в парк штата Катоба-Айленд.

    65-летний мужчина из Нью-Олбани погиб после того, как его снегоход пробил лед примерно в 200 ярдах от берега. Он находился на глубине около 3 футов, когда его зять и друг помогли ему выбраться на твердый лед. Но позже он умер в больнице.

    В спасении участвовали береговая охрана США и Канады, более десятка пожарных и местные добровольцы.

    Это последовало за несколькими неделями лучшей подледной рыбалки, которую местные жители, по их словам, видели за последние десятилетия, когда около 1000 рыболовов выходили на выходные возле островов озера Эри.

    Сотни рыболовов вернулись на лед на следующий день после спасения.

    Операторы воздушных судов забрали брошенные в субботу снегоходы, квадроциклы и другие транспортные средства.

    Думаете о подледной рыбалке?

    Помните, что лед не является безопасным. Но Департамент природных ресурсов Огайо рекомендует, чтобы лед был толщиной не менее 4 дюймов, прежде чем наступать на него. И никогда нельзя перешагивать через открытую воду.

    Спасательный катер береговой охраны выходит на лед в парке штата Крейн-Крик в Оук-Харборе, штат Огайо, чтобы вернуть материалы после спасения рыбака со льда, суббота, февраль.7 сентября 2009 г. Около 150 человек оказались в ловушке на куске льда шириной около 8 миль, который оторвался от береговой линии озера Эри в штате Огайо, сообщила береговая охрана в субботу. Madalyn Ruggiero

    Вот другие советы ODNR:

    Всегда ловите рыбу с напарником или в месте, где присутствуют несколько других рыболовов. Сообщайте другим, куда вы направляетесь и когда планируете вернуться. влаги на случай, если вы промокнете. Посыпьте песком ноги, чтобы улучшить сцепление со льдом. Оденьтесь соответствующим образом, чтобы предотвратить переохлаждение, и надевайте спасательный жилет или плавучий костюм, когда ходите по льду.Избегайте мест, где есть притоки, родники, сваи мостов, доки и плотины, так как лед там обычно очень тонкий. Если вы упали в воду, сохраняйте спокойствие. шила для льда недоступны, позовите на помощь и попробуйте «выплыть», позволив своему телу подняться на твердый лед и выползти наружу. Оставайтесь в горизонтальном положении, распределяя свой вес на льду. Не надевайте одежду после выхода из воды. Это будет держать вас в изоляции.Если кто-то еще упал в воду: ДОСТАТЬСЯ, используя палку или удочку. БРОСАТЬ веревку или PFD. ПЛАВАТЬ или толкать лодку. ПОЙТИ, позвать на помощь.

    Пожарные и сотрудники Береговой охраны США работают вместе, чтобы переместить лодку для спасения застрявших рыболовов на озере Эри возле государственного парка Крейн-Крик, в Оук-Харборе, штат Огайо, в субботу, 7 февраля 2009 г., после большой трещины в лед застрял более 100 человек на озере Эри. (Фото AP, через Port Clinton News Herald, Jonathon Bird) Джонатон Берд

    Хотите больше новостей об озере Эри? Подпишитесь на RocktheLake на Facebook.

    Льдины, ледяные щиты и море « World Ocean Review

    Льдины, ледяные щиты и море

    > В полярных регионах есть большие площади, где вода находится преимущественно в замерзшем состоянии.Он либо выпадает в виде снега, способствуя росту ледяных щитов и ледников, либо дрейфует по морю в виде льдин. В обоих случаях судьба льда во многом зависит от океана и его течений. Водные массы могут обеспечивать защиту или ускорять таяние, в зависимости от пути, по которому следует тепло.

    Питомники морского льда

    Когда сильные ветры в арктических и антарктических регионах отбрасывают айсберги и морской лед от берегов в море, остаются участки открытой воды, где воздух и вода находятся в непосредственном контакте друг с другом.Эти районы называются прибрежными полыньями и являются местами образования морского льда. Ученые иногда называют их ледяными фабриками. Особенно зимой, когда температура воздуха опускается значительно ниже нуля градусов по Цельсию и постоянно дуют морские ветры, в арктических и антарктических полынях производство морского льда идет конвейерным способом.
    Производство морского льда везде происходит по одной и той же схеме. Во-первых, холодные ветры за короткое время настолько сильно охлаждают участки открытой воды, что поверхность замерзает.Поскольку морская вода содержит соль, ее температура замерзания ниже нуля градусов по Цельсию. В Арктике и Антарктике морская вода должна быть охлаждена до минус 1,9 градусов по Цельсию, прежде чем начнут формироваться первые кристаллы льда. Для сравнения, в Балтийском море, где соленость ниже, вода начинает замерзать при минус 0,5 градуса по Цельсию.
    Первые кристаллы морского льда выглядят как маленькие тонкие иглы или диски. Их количество увеличивается по мере того, как от воды отводится больше тепла. В этот момент новый лед напоминает мелкую смесь иголок и дисков.В условиях спокойного ветра из этой еще относительно прозрачной ледяной шуги образуется сплошной покров из тонкого льда. Однако при сильном ветре после катящихся волн образуется типичная структура, называемая блинным льдом. Он состоит из круглых ледяных плит размером с пластину, края которых слегка изогнуты вверх в результате удара волны. Таким образом, лед на самом деле выглядит как скопление свежеиспеченных блинов, прежде чем он замерзнет в тонкий ледяной покров.
    Этот молодой морской лед обладает отличительными свойствами, которые отличают его от кубиков льда или от льда замерзших пресноводных озер.Вместо того, чтобы образовывать компактную сплошную ледяную глыбу, она перемежается небольшими каналами и полостями. Соль, содержащаяся в морской воде, скапливается в этих пространствах, потому что она не может быть включена в решетчатую структуру кристаллов льда в процессе замерзания. Вместо этого соль течет в виде высококонцентрированного рассола через небольшие полости, в конечном итоге просачиваясь в море на нижней стороне льда.
    2.14 > Залив Терра-Нова в антарктическом море Росса является примером прибрежной полыньи.Там образуется морской лед. Светлые полосы — результат холодных прибрежных ветров, дующих над водой с шельфового ледника Росса, образующих на поверхности ледяной ил. Он замерзает, образуя тонкий лед, который затем отталкивается ветром от берега, где в конечном итоге превращается в паковый лед.
    Поскольку плотность замерзшей воды ниже плотности жидкой воды, лед всегда плавает на поверхности. Таким образом, в полынях он представляет собой твердую поверхность над поверхностью моря, куда может дуть ветер.Ветер уносит молодой тонкий лед в море, где он сталкивается с более старым и более толстым паковым льдом, который уже плывет у побережья. Это сжимает молодой лед. Он уплотняется, в зависимости от условий распадается на отдельные льдины и выталкивается ветром все дальше. Между тем ледообразование в прибрежной зоне полыньи начинается сначала.
    Прибрежные полыньи в Антарктике могут иметь ширину от десяти до ста километров, при этом у ученых нет полного согласия относительно того, следует ли термином «полынья» обозначать только полностью свободную ото льда водную поверхность, или это зона с новыми маломощными лед должен быть включен.Спутниковые съемки показывают, что антарктические полыньи зимой практически полностью промерзают. Единственным исключением, в зависимости от расположения полыньи, является полоса воды шириной около километра непосредственно у берега или окраина шельфового ледника, которую морские ветры удерживают ото льда. Подобные наблюдения были сделаны в Арктике. Когда температура воздуха зимой опускается до минус 40 градусов по Цельсию, мелководные полыньи (глубина воды менее 50 метров) у берегов Сибири замерзают так быстро, что полоса воды шириной всего в несколько сотен метров остается свободной от лед из-за ветра.Но с приближением весны воздух становится теплее. Поверхностные воды охлаждаются не так интенсивно и замерзают медленнее. Поскольку теперь ветер может отодвигать лед дальше в море, полынья снова расширяется до ширины в несколько километров.
    Наиболее производительными фабриками по производству морского льда в Южном океане являются полыньи у шельфового ледника Росса (производящие 253 кубических километра морского льда в год), полынья мыса Дарнли в Восточной Антарктике (127 кубических километров) и полыньи на шельфе Северного Ледовитого океана. ледник Мерца (125 кубических километров).Морской лед Северного Ледовитого океана в основном формируется в полыньях у сибирского побережья. Основными поставщиками нового льда являются российские шельфовые моря, особенно Карское море и море Лаптевых. Этот новый лед переносится ветром и трансполярным дрейфом в сторону пролива Фрама. Но некоторое количество морского льда образуется также у берегов Гренландии и Северной Америки. Однако, поскольку ветер на многих участках этих побережий дует с берега, а не с берега, он толкает морской лед к берегам, где он может стать особенно толстым.
    Морской лед также может становиться толще, когда морская вода замерзает на его нижней стороне. Однако это может произойти только тогда, когда достаточное количество тепла каким-то образом рассеивается из воды на нижней стороне льда в атмосферу. Этот процесс называется термодинамическим ростом. Тепло, теряемое водой, фактически должно переноситься через лед снизу вверх в атмосферу. Эта теплопередача работает очень хорошо вначале, когда лед еще относительно тонкий. Арктический морской лед, например, может вырасти до толщины от одного до двух метров за одну зиму.Однако по мере того, как лед становится толще, теплопроводность становится менее эффективной, и льдины растут медленнее. Таким образом, толстый многолетний паковый лед действует подобно крышке на кастрюле: он препятствует выходу морского тепла вверх в атмосферу.
    2.15 > При образовании морского льда в антарктических прибрежных полыньях тепло рассеивается в атмосферу и высвобождается рассол, создавая холодные, тяжелые водные массы. Они погружаются на большие глубины, где они питают самые глубокие слои мирового океана в виде антарктических донных вод или циркумполярных глубинных вод.

    2.16 > Отел перед ледником Лэмплаг в США штат Аляска. Когда многотонные массы льда откалываются и падают в море, фонтаны воды взмывают вверх. Когда блоки плавятся, образовавшаяся вода смешивается с поверхностными водами моря, уменьшая его соленость и плотность.

    Местоположение имеет значение

    Сложив все площади морского льда в мире, мы получим среднегодовую общую площадь около 25 миллионов квадратных километров, что примерно в два с половиной раза превышает площадь Канады.Однако глобальное распространение всего этого морского льда не ограничивается арктическими и антарктическими регионами. В особо холодные зимы у берегов Китая замерзает и море. Из Бохайского залива, например, тонкие льдины дрейфуют по морю, по крайней мере, на короткое время на юг до 38 градусов широты. Расстояние до экватора отсюда меньше, чем до Северного полюса. В южном полушарии морская вода замерзает только в регионах к югу от 55 градусов широты. Из-за географического положения (большой океан, окружающий континент), антарктический морской лед коренным образом отличается от морского льда в Северном Ледовитом океане (континенты, окружающие небольшой океан).Например, он дрейфует намного быстрее, отчасти потому, что обширный Южный океан предлагает более открытую территорию для льда, что позволяет ему двигаться более свободно, чем в Арктике. Однако по той же причине морской лед в Южном океане с меньшей вероятностью образует торосы высотой в несколько метров. Эти ледяные стены, часто километровой длины, обычны в Арктике, потому что ветер поднимает плотно сбитые льдины на высоту 25 и более метров, особенно у берегов. Эти толстые ледяные баррикады представляют собой непреодолимую преграду даже для современных ледоколов.
    2.17 > Протяженность морского льда расширяется и сокращается со сменой сезонов как в Арктике, так и в Антарктике, в результате чего постоянно тает большая часть морского льда в Южном океане, чем ледяной покров Северного Ледовитого океана.
    Из-за большой ширины Южного океана воздушные массы, приходящие с северо-запада, также могут собирать большое количество влаги на пути к антарктическому континенту.В конечном итоге он приходится на побережье антарктического континента, поэтому антарктический морской лед часто покрыт толстым снежным покровом. В Арктике, напротив, приходящие воздушные массы проходят над большими участками суши, прежде чем достигают океана в центре. Поэтому этот воздух относительно сухой и редко выпадает снег.
    Поскольку у льдин в Южном океане есть место для дрейфа в области с более теплой водой, почти весь свободно движущийся лед в Антарктике тает в течение лета.Единственными исключениями являются участки морского льда, которые замерзли вдоль береговой линии, или районы, где айсберги сели на мель и преградили путь морскому льду в открытое море. Этот припайный морской лед, встречающийся как в Арктике, так и в Антарктике, также называют припая или заливным льдом. Он предоставляет, среди прочего, места для отдыха и питомники для тюленей и пингвинов.
    Миграция антарктического морского льда в более теплые северные широты означает, что он редко сохраняется более года, и поэтому в среднем он тоньше, чем арктический морской лед.Ледяной покров в Южном океане обычно имеет толщину от одного до двух метров. С другой стороны, в Арктике ученые часто измеряют толщину от четырех до пяти метров, особенно в регионах с многолетним льдом.
    Новый морской лед в основном образуется в зимние месяцы. Морской лед в Северном Ледовитом океане достигает наибольшей площади в марте. Когда в 1979 году начались спутниковые измерения, она составила немногим более 16 миллионов квадратных километров — площадь примерно в полтора раза больше территории США.С тех пор эта цифра снизилась примерно до 14,5 миллионов квадратных километров. Антарктический морской лед замерзает в период с марта по сентябрь. В конце антарктической зимы он покрывает площадь, которая в среднем составляет более 18 миллионов квадратных километров.
    2.18 > Исследователи разбили лагерь на льдине, чтобы исследовать пруды с талой водой. Они часто образуются на льдинах в Арктике, где скапливается талая вода. Поскольку темные поверхности воды поглощают больше солнечной энергии, чем окружающий их морской лед, лед под водоемами тает особенно быстро.

    Когда придет весна

    Однако самое позднее к началу весны нарастание морского льда прекращается в обоих полярных районах. Из-за повышения температуры воздуха образование нового льда начинает замедляться, а затем в какой-то момент полностью прекращается. Теперь морской лед начинает таять. При этом задействован ряд основных процессов. Когда температура воздуха поднимается выше точки замерзания, морской лед начинает таять сначала на верхней поверхности, поэтому он становится тоньше.Летом 2018 года в ходе экспедиции в центральную часть Северного Ледовитого океана немецкие исследователи морского льда изучили скорость таяния там поверхности. После нескольких недель наблюдения они смогли подтвердить, что к концу лета первоначальные двухметровые льдины потеряли до 60 сантиметров в толщину только из-за процессов таяния на поверхности.
    Вода, образовавшаяся в результате поверхностного таяния, может либо просачиваться сквозь пористый морской лед, либо стекать с края льдины в море.В Арктике талая вода часто собирается на поверхности льда, образуя пруды с талой водой. Поскольку темная поверхность воды поглощает больше солнечной энергии, чем морской лед вокруг пруда, лед на дне пруда тает быстрее.
    С другой стороны, в Антарктике исследователи редко наблюдали сбор талой воды на льду. Этому есть две причины. Во-первых, снежный покров на антарктических морских льдах намного толще, чем на арктических льдинах. Поэтому талая вода просачивается глубже в снег и часто повторно замерзает, образуя промежуточный слой льда.Во-вторых, холодные морские ветры в прибрежных районах Антарктики вообще препятствуют таянию морского льда и его снежного покрова на поверхности так же быстро, как на льдинах в высоких северных широтах. Вместо этого определенное количество снега в Антарктике испаряется в холодном сухом воздухе, никогда не тая. Ученые называют это прямое превращение вещества из твердого состояния в газообразное сублимацией.
    Однако льдины тают не только на верхней поверхности.Поглощенная там солнечная радиация также переносится через лед. В результате льдина в целом становится теплее, а также начинает таять в центре. Небольшие соляные каналы становятся больше, а лед становится более пористым и ломким. Таким образом, в определенный момент в этом процессе исследователи морского льда называют его «гнилым льдом», потому что эти льдины могут распадаться или рассыпаться, как очень гнилое бревно.
    Наконец, морской лед может таять и снизу. В первую очередь это вызвано теплыми водными массами, которые текут прямо подо льдом.В Южном океане они могут подниматься с больших глубин, или ветер и океанские течения могут переносить подвижные паковые льды на север в районы со сравнительно теплой водой. И наоборот, в Северном Ледовитом океане солнце нагревает поверхностные воды, которые затем могут отдавать свое тепло льду и ускорять процесс таяния.
    В прошлом таяние на верхней поверхности было основной причиной летнего сокращения морского ледяного покрова в Арктике. Но в последние годы количество таяния на нижней стороне льда значительно увеличилось, потому что из-за длительного сокращения морского ледяного покрова Северный Ледовитый океан поглощает больше солнечной энергии, а поверхностные воды становятся теплее.Запаса тепла еще недостаточно для полного исчезновения морского льда в Северном Ледовитом океане. Но даже сейчас более половины зимнего ледяного покрова уже тает летом.
    Стоя зимой на антарктическом морском льду, можно легко представить, что вы находитесь на гигантском белом массиве суши. Лед покрывает Южный океан, насколько хватает глаз. Обычно на льду лежит слой свежевыпавшего снега, который увеличивает отражательную способность поверхности до 90 процентов.Однако отражение падающей солнечной энергии — не единственная важная функция морского льда в климатической системе Земли. Это также, в некотором смысле, движущая сила конвейерной ленты мирового океана. течения, потому что рассол, попадающий в океан при замерзании льда, играет важную роль в гигантской цепной реакции.

    Что движет океанскими течениями

    Разница температур между полярными регионами и тропиками эффективно влияет не только на воздушные потоки в атмосфере в глобальной системе ветров, но и, в значительной степени, на всемирную систему океанских течений.Они, в свою очередь, влияют на погоду и климат Земли двумя важными способами:
    • Океанские течения переносят огромное количество тепловой энергии и распределяют ее по всему миру.
    • Потоки воздуха и воды различной температуры регулируют круговорот воды на Земле за счет испарения морской воды и поглощения или выделения тепла на поверхности моря, в зависимости от того, холоднее или теплее окружающая атмосфера, чем вода.
    Вертикальный перенос воды в океанах имеет место, когда вода с больших глубин достигает поверхности в районах апвеллинга, в то время как в других местах поверхностные воды опускаются на большие глубины.Нисходящие течения уносят с собой тепло, кислород и растворенные следовые газы с поверхности моря. В результате этого процесса мировой океан стал важнейшим резервуаром тепла нашей планеты. За последние 50 лет они поглотили 90 процентов избыточного тепла, оставшегося в системе Земля из-за повышения концентрации парниковых газов.

    Под прямым углом к ​​ветру

    Океанские течения, возникающие в результате движения приливов и отливов, — обычное явление во всем мире.Но большие морские течения по всему миру в первую очередь обусловлены разницей в плотности водных масс или силой ветра. Когда ветер дует над поверхностью воды, возникает трение. Энергия ветра передается частицам воды у поверхности и приводит их в движение. Это создает волны и турбулентность. Энергия распределяется в пределах верхних нескольких метров водной толщи, и создается ветровое поверхностное течение.
    Вопреки разумным ожиданиям, возможно, этот ток не течет по прямой линии, параллельной ветру.Поскольку Земля вращается, здесь действует сила Кориолиса, чтобы отклонить ток. Однако полное отклонение составляет всего 45 градусов, потому что поверхностная вода, движимая ветром, в некоторой степени тянет за собой непосредственно лежащий ниже, более статичный слой воды. Это означает, что более глубокие водные массы также отрываются и отклоняются. Таким образом, с увеличением глубины угол потока по отношению к направлению приземного ветра увеличивается, а скорость потока уменьшается.
    2.19 > Когда ветры на поверхности моря толкают водные массы в одном направлении и нагромождают их, на глубине возникает встречное течение из-за изменяющихся условий давления.
    Схематический рисунок, на котором направление потока и скорость каждого из этих последовательно углубляющихся слоев воды представлены стрелками, показывает спиралевидный профиль вертикальной скорости, который напоминает штопор и называется спиралью Экмана. Он был назван в честь шведского океанографа Вагна Вальфрида Экмана (1874–1954).Он первым обнаружил, что движимые ветром приповерхностные слои воды с увеличением глубины текут медленнее и что направление их течения все больше отклоняется от направления ветра. Когда все эти постепенно меняющиеся направления потока в толще воды объединяются и вычисляется среднее значение, в результате для океанских течений, приводимых в движение чисто ветром, общий перенос воды происходит под прямым углом к ​​направлению ветра.
    Это явление известно как перенос Экмана, и оно помогает объяснить, среди прочего, как вода поднимается с больших глубин в районах апвеллинга, таких как Бенгельское течение у западного побережья Южной Африки.Этот вид апвеллинга возникает в прибрежных районах, где ветер дует параллельно берегу, а создаваемый им перенос Экмана выталкивает приповерхностные воды под прямым углом в открытое море. Глубокие воды затем текут снизу, заменяя эти поверхностные воды.
    2.20 > Все показанные здесь океанские течения и круговороты являются частью поверхностной циркуляции мирового океана и вызываются ветрами.
    Такие апвеллинговые течения имеют решающее значение для жизни в море и для климата прибрежных районов, где они возникают.Во-первых, питательные вещества, принесенные с глубокой водой, способствуют росту водорослей и микроорганизмов, которые, в свою очередь, становятся пищей для многих более крупных морских организмов. Вот почему самые важные во всем мире рыболовные угодья всегда находятся в районах апвеллинга. Во-вторых, холодные водные массы у поверхности текут к экватору в составе восточных пограничных течений субтропических круговоротов и влияют на температуру воздуха и количество осадков в прибрежных районах. Во всем мире насчитывается пять таких течений.Это Калифорнийское течение, Перуанское течение, Канарское течение, Бенгельское течение и Западно-Австралийское течение.
    Пять субтропических круговоротов океана являются одними из самых известных поверхностных течений в мировом океане. Их гонят пассаты и западные ветры, а отличаются они только тем, что благодаря силе Кориолиса водные массы в круговоротах в северном полушарии вращаются по часовой стрелке, а южнее экватора текут против часовой стрелки. по часовой стрелке.Накопление водных масс на западной стороне этих океанских круговоротов приводит к образованию западных пограничных течений. К ним относятся, в частности, Гольфстрим у восточного побережья США и течение Агульяс в южной части Индийского океана. Западные пограничные течения, как правило, значительно уже пограничных течений с восточной стороны круговоротов, а также текут быстрее.

    Изменения плотности – восходящие или нисходящие?

    Помимо ветра как движущей силы, есть еще один механизм, приводящий в движение огромные течения: глобальная опрокидывающая циркуляция, транспортирующая водные массы по своеобразному конвейеру через все океаны мира.Движение по этой конвейерной ленте поддерживается разницей температуры и солености водных масс, поэтому ученые называют ее также термохалинной циркуляцией (термо: движимая разницей температур; халинная: движимая разницей солености). Чтобы понять тайну его функции, нужно знать две вещи о мировом океане вообще и о воде в частности, потому что вода ведет себя иначе, чем большинство других химических веществ. Почти во всех других веществах атомы и молекулы сближаются по мере того, как становится холоднее, но это не совсем так с водой.Обычная пресная вода имеет максимальную плотность при температуре четыре градуса Цельсия, потому что при этой температуре молекулы воды находятся ближе всего друг к другу.
    Однако, когда вода содержит растворенную соль, химические и физические свойства воды меняются. Плотность соленой воды продолжает неуклонно увеличиваться с падением температуры и достигает своего максимума при температуре замерзания. По этой причине соленая вода при двух градусах Цельсия значительно плотнее и тяжелее, чем пресная вода при той же температуре.
    Есть еще один немаловажный фактор: чем соленее вода, тем она тяжелее. Это означает, что реальная плотность морской воды определяется довольно сложной зависимостью между температурой и соленостью. В принципе водные массы океана располагаются одна над другой по плотности. Самая тяжелая и обычно самая холодная вода находится в глубоком море, а самая легкая вода находится на поверхности.
    Как правило, ветры и волны способны перемешивать только верхние 200 метров толщи воды.С другой стороны, более глубокие водные массы остаются практически незащищенными. смешанный. Вот почему ученые могут говорить об устойчивой стратификации океанов. Подобно тому, как горизонтальные различия плотности между областями высокого и низкого давления в атмосфере вызывают ветры, горизонтальные различия давления в океане с небольшим промежуточным шагом ответственны за создание течений.

    Вопрос солености

    Температура и соленость воды, а следовательно, и ее плотность определяются процессами на поверхности моря.Когда вода охлаждается, ее плотность увеличивается. Он становится тяжелее и погружается на большую глубину. Этот процесс называется тепловой конвекцией. Но когда поверхностная вода прогревается, она становится менее плотной. Она становится светлее, а разница между ее плотностью и плотностью подстилающей воды увеличивается. В результате теплая, легкая вода остается на поверхности моря, если только ветер не смешивает два слоя воды.
    Аналогичный случай наблюдается и для солености. Она увеличивается при испарении воды с поверхности моря.Но когда идет дождь или когда реки или ледники доставляют пресную воду в море, соленость поверхностных вод уменьшается вместе с их плотностью. В этом случае снова легкая вода остается у поверхности моря. Однако, если водная масса становится более соленой и, следовательно, более тяжелой, начинается халинная конвекция. Более тяжелая вода тонет. Таким образом, огромное количество воды опрокидывается на глубину в несколько километров. Соленость поверхностных вод также меняется при образовании морского льда. Например, когда прибрежные районы Южного океана замерзают в начале зимы, соль эффективно распределяется по обширным площадям моря, поскольку рассол, собирающийся в небольших каналах и камерах пористого морского льда, постепенно просачивается в воду.
    2.21 > Отдельные водные массы Атлантического океана можно отличить по температуре, а также по содержанию солей и кислорода. Вертикальные разрезы показывают, как водные массы располагаются одна над другой по ходу линии, проведенной на карте слева, от Антарктики до Восточной Гренландии.
    Ученые установили, что от 70 до 90 процентов солей, содержащихся в поверхностных водах, высвобождаются в нижележащий слой воды в процессе замерзания.С понижением температуры или повышением солености этого слоя под морским льдом вода становится тяжелее. Он опускается на морское дно, собираясь там в виде плотной шельфовой воды. Затем он расширяется и в какой-то момент стекает по континентальному склону в глубокое море. Там, на глубине нескольких километров, она питает антарктическую донную воду, которая является самым низким уровнем мирового океана. Над ним течет несколько более теплая и, следовательно, более легкая глубинная вода Северной Атлантики, идущая с севера.
    В настоящее время известны четыре региона образования антарктических донных вод: в море Уэдделла, море Росса, у берегов Земли Адели и в полынье мыса Дарнли к западу от шельфового ледника Эмери.Тяжелая холодная вода является важным компонентом всемирной конвейерной ленты океанских течений. Проще говоря, цикл работает следующим образом: теплая вода из тропиков течет в полярные регионы. Там он отдает свое тепло холодной полярной атмосфере. В результате вода охлаждается, становится тяжелее и опускается на большие глубины, после чего течет обратно к экватору. На поверхности моря новая теплая вода продолжает поступать и остывать, так что опрокидывание продолжается непрерывно.
    Даже из этого упрощенного объяснения видно, что полярные моря играют ключевую роль в глобальной циркуляции водных масс. Они являются движущей силой глобального конвейера, хотя процессы, управляющие круговоротом водных масс, сильно различаются между Арктикой и Антарктикой.

    Переворот в дикой природе Южного океана

    Как море, окружающее земной шар, Южный океан соединяет три крупных океанских бассейна мира и тем самым способствует глобальной циркуляции водных масс.Гидрографически его можно разделить на Антарктическое циркумполярное течение на севере, прибрежное течение на континентальной окраине на юге и три больших субполярных круговорота, расположенных между ними. Эти круговороты, вращающиеся по часовой стрелке, расположены в районах моря Уэдделла (Weddell Gyre), моря Росса (Ross Gyre) и Австрало-Антарктического бассейна (Kerguelen Gyre).
    Характеристики морской поверхности отдельных водных масс в первую очередь контролируются условиями в атмосфере.Температура воздуха над океанами в южном полушарии сильно падает к югу, что влияет на атмосферное давление и, следовательно, на ветровой режим. Над прибрежными частями Южного океана дуют восточные ветры, а в некоторых районах дуют морские осенние ветры, известные как стоковые ветры. Севернее располагается зона циркумполярных западных ветров. Эти слабо определенные полосы известны как «ревущие сороковые», «дикие пятидесятые» и «воющие шестидесятые», и они обеспечивают движущую силу морских течений в Южном океане.Как и температура воздуха, температура воды также падает к югу. В субтропиках температура воды у поверхности теплая 25 градусов по Цельсию. В антарктических прибрежных водах она находится вблизи точки замерзания соленой морской воды, которая составляет минус 1,9 градуса по Цельсию.
    Антарктическое циркумполярное течение обусловлено крупномасштабной полосой западных ветров. Она переносит водные массы, более чем в сто раз большие, чем все реки мира вместе взятые, и является самой мощной системой течений на Земле.Здесь задействовано огромное количество воды, потому что Циркумполярное течение имеет ширину до 2000 километров и простирается далеко под поверхностью. В то время как другие ветряные течения перемещают воду на максимальную глубину всего 1000 метров, Циркумполярное течение может достигать глубины 2000 или даже 4000 метров. Однако скорость течения во многих местах составляет всего 20 сантиметров в секунду или меньше. Это делает его сравнительно медленным океанским течением.
    2.22 > Водные массы в трех субполярных круговоротах Южного океана циркулируют по часовой стрелке.Это означает, что на восточной стороне круговорота вода из области Антарктического циркумполярного течения транспортируется к побережью на юге, где она в основном охлаждается и опускается. Наконец, холодная вода возвращается на север с Глубоким западным пограничным течением, где она впадает в соседние океанические бассейны.
    Циркумполярное течение не является единым связным поясом, а подразделяется на ряд более мелких сегментов, соединенных так называемыми фронтами.В значительной степени он препятствует проникновению теплых поверхностных вод из тропиков непосредственно в антарктический регион. Но этот барьер не является полностью неприступным. Вихри диаметром обычно около 100 километров неоднократно отрываются от фронтов, немного мигрируют на север или юг в зависимости от направления вращения, а затем снова рассеиваются через несколько недель. Таким образом, водовороты допускают определенное горизонтальное перемешивание свойств водной массы, позволяя глубинным водам, приходящим с севера, проникать на юг за пределы Циркумполярного течения на глубину от 2000 до 3000 метров.Здесь ученые проводят различие между верхними циркумполярными глубинными водами, которые имеют средние значения температуры и солености и содержат мало кислорода, поскольку веками циркулировали в глубинах Тихого океана без контакта с поверхностью, и нижними циркумполярными глубинными водами с высокой соленостью, которые происходит из глубоководных районов Северной Атлантики и не так стар.
    Обе эти глубоководные массы первоначально переносятся Циркумполярным течением. Они делают пару оборотов вокруг континента Антарктида, медленно поднимаются вверх и в итоге способны с помощью субполярных круговоротов оторваться на юг.Достигая поверхности моря, водные массы отдают свое тепло в атмосферу. В то же время снег, дождь и таяние айсбергов способствуют снижению их солености. Часть этой восходящей воды впоследствии течет на север и снова опускается на промежуточные глубины в качестве антарктической промежуточной воды на северном фланге Циркумполярного течения. Остальная часть транспортируется на юг к побережью субполярными круговоротами. Там поверхностная вода замерзает и в процессе льдообразования снова обогащается солью.
    2.23 > При опрокидывании в Южном океане глубинные воды, выходящие с севера, всплывают у самого берега, остывают почти до точки замерзания у поверхности, а затем, насыщаясь рассолом, опускаются к самый глубокий уровень океана в виде тяжелой придонной воды. Далее на север, с другой стороны, апвеллинговые воды текут обратно к экватору, переходя в более легкие воды или промежуточные воды, лежащие под поверхностными водами.
    Тем самым предопределен его последующий путь обратно в глубины.Холодная тяжелая вода опускается вниз и, таким образом, вызывает конвективное перемешивание. Чем интенсивнее идет процесс охлаждения и осолообразования на поверхности моря, тем глубже опускается тяжелая вода. В некоторых ситуациях он может даже течь под относительно теплыми циркумполярными глубокими водами, лежащими на континентальном склоне.
    В то время как Циркумполярное течение движимо западными ветрами в северной части Южного океана, восточные ветры у побережья южнее вызывают встречное течение, Антарктическое прибрежное течение.Оно течет на запад над антарктическим континентальным склоном как пограничное течение и включает южные сегменты субполярных круговоротов. Антарктические айсберги дрейфуют по прибрежному течению. Одна из причин интереса исследователей к этому течению заключается в том, что на его нижней стороне таится теплая, относительно богатая солью циркумполярная глубинная вода, которая в ходе изменения климата становится все более опасной для антарктических ледяных масс.

    Опрокидывание в Северном Ледовитом океане

    Образование глубинных вод в Антарктике — не единственный процесс, поддерживающий в движении глобальный конвейер океанической циркуляции.Вторая движущая сила, атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC), действует в северной части Атлантического океана. Проще говоря, это механизм, который переносит теплые поверхностные воды из тропиков в Северную Атлантику, где они охлаждаются, тонут, а затем снова текут на юг в виде холодных глубинных вод Северной Атлантики на глубине от двух до трех километров. На поверхности она непрерывно замещается водой, притекающей из субтропиков.
    Чтобы понять решающую роль, которую Арктика играет в этом процессе переворота, полезно более подробно рассмотреть отдельные этапы этого процесса.Теплая поверхностная вода переносится на западное побережье Ирландии северным ответвлением Гольфстрима, которое ученые называют Североатлантическим течением. Там течение разделяется, и около трети воды уносится субполярным круговоротом. Как и Норвежское течение, оно течет вдоль западного побережья Скандинавии, затем из Норвежского моря в Баренцево море, окраинное море Северного Ледовитого океана. Оставшаяся часть воды ответвляется в сторону Гренландии, затем снова разделяется на Западно-Шпицбергенское течение, впадающее в пролив Фрама, и еще один рукав, переносящий теплую воду в Лабрадорское море между Гренландией и Канадой.
    На своем пути на север все эти течения остывают и разбавляются дождевой водой. Выделяя в атмосферу тепловую энергию, они существенно влияют на климат северной Европы. Без переноса тепла Гольфстримом и его продолжениями климат в Северной Европе был бы намного холоднее, особенно зимой.
    2.24 > Текущая система Северного Ледовитого океана в некоторой степени контролируется притоком теплых, богатых солью вод Североатлантического течения.Кроме того, в сибирских окраинных морях и в Норвежском море, особенно зимой, образуются холодные водные массы, которые в последующем вытекают из Арктики в сторону Атлантического океана.
    В Баренцевом море вода теряет особенно много тепла. Будучи арктическим окраинным или шельфовым морем, оно имеет глубину всего от 50 до 400 метров и поэтому довольно быстро остывает. Кроме того, здесь наблюдается большая степень перемешивания впадающих водных масс.Ряд рек, например, российская Кола, несет большое количество пресной воды в Баренцево море. Водные массы перетекают с приливами и отливами, из-за чего вся толща воды теряет большое количество тепловой энергии, особенно зимой. Если вода также замерзает, образуя морской лед, а образующийся рассол увеличивает плотность шельфовой воды, образуются три разных типа воды:
    • холодные малосоленые поверхностные воды, переносимые ветром и распространяющиеся в центральной части Арктики;
    • холодная вода высокой солености, опускающаяся на средние глубины и растекающаяся там; и
    • очень соленые, тяжелые водные массы, которые либо текут прямо через Норвежское море обратно в Атлантику, либо идут более длинным путем в качестве арктических донных вод через Арктический бассейн и пролив Фрама.
    В проливе Фрама приливы играют меньшую роль, но и здесь трех-шестиградусная теплая атлантическая вода остывает большими приращениями. Нынешнюю систему пролива Фрама можно представить как главную дорогу с поворотной полосой. В правой полосе на восток теплые соленые атлантические воды сначала текут на север по поверхности в Западном Шпицбергенском течении. Чем холоднее становится, тем тяжелее становится. В определенный момент течение опускается на глубину от 200 до 800 метров, где разделяется.Одна ветвь течения продолжает свой путь в Северный Ледовитый океан. Оставшаяся часть воды поворачивает на запад, совершая разворот на 180 градусов, и движется по встречной полосе, откуда течет обратно на юг в виде Североатлантической глубокой воды на восточной окраине шельфа Гренландии. Однако вдоль этой противоположной полосы, называемой Восточно-Гренландским течением, есть также второе течение, которое течет на один уровень выше у поверхности моря. Он приходит из Арктики и переносит в Северную Атлантику холодную воду с температурой минус 1,8 градуса по Цельсию, относительно низкой соленостью и обилием льдин.
    2,25 > Пролив Фрама — один из трех морских районов Арктики, где вода опрокидывается. Здесь течение Западного Шпицбергена переносит теплую, богатую солью воду на север, где она сначала охлаждается, а затем в конечном итоге опускается на глубину от 200 до 800 метров. Затем часть течения впадает в Северный Ледовитый океан. Другая часть меняет направление и течет на юг как глубоководная часть Северной Атлантики под холодным Восточно-Гренландским течением.
    Вместе эти водные массы пересекают мелководные пороги, глубиной всего 800 метров, между Гренландией, Исландией и Шотландией, а затем стекают вниз подобно гигантским водопадам в глубокий бассейн Северной Атлантики.Третье течение с глубокими водами из Лабрадорского моря теперь течет над ними. Во время зимнего остывания он опустился на глубину около 2000 метров и теперь завершает арктический холодный поток, который течет глубоководно вдоль восточного побережья Америки в сторону Южной Атлантики.
    Сравнение опрокидывающей циркуляции в Северной Атлантике с глубоководным формированием в Южном океане обнаруживает важное различие. Водные массы на севере опускаются, потому что они отдают тепло атмосфере в свободных ото льда морских регионах, таких как Лабрадорское море, Норвежское море и сибирские шельфовые моря, и поэтому становятся холоднее и тяжелее.В то же время в центральной части Северного Ледовитого океана конвекция практически отсутствует. Здесь морской ледяной покров слишком хорошо изолирует океан, чтобы он мог отдавать много тепла в атмосферу.
    С другой стороны, в Антарктике глубоководное образование в основном происходит за счет замерзания морского льда и связанного с этим высвобождения рассола. Хотя играет роль и предшествующая теплоотдача воды, здесь более существенно образование морского льда.

    Защитный слой для морского льда

    Однако опрокидывание атлантических вод — не единственная роль Северного Ледовитого океана в глобальном конвейере океанских течений.Он также представляет собой важное связующее звено между Тихим и Атлантическим океанами. Через Берингов пролив шириной всего 85 километров и глубиной 50 метров в Северный Ледовитый океан впадает относительно теплая малосоленая тихоокеанская вода. Приток составляет лишь десятую часть того объема, который поступает через пролив Фрама и Баренцево море из Северной Атлантики, но он определенно оказывает влияние на ход событий здесь. Водные массы Тихого океана переносят тепло на крайний север, что влияет на формирование морского льда в Чукотском море к северу от Берингова пролива.Из-за низкой солености воды Тихого океана усиливают стратификацию Северного Ледовитого океана. Глядя на профиль его водной толщи, сверху вниз можно распознать следующие характерные черты:
    2.26 > Схематическое изображение водных масс Северного Ледовитого океана. Теплые водные массы из Атлантики циркулируют над арктическими глубинными водами. Над ними, в свою очередь, располагаются холодные атлантические и тихоокеанские галоклины, которые вместе с поверхностным слоем защищают плавучий морской лед от тепла атлантических вод.
    Поверхностный слой
    Везде, где в Северном Ледовитом океане плавает морской лед, под ним находится слой малосоленой воды толщиной от 5 до 50 метров. Этот самый верхний слой воды питается пресной водой, которая в основном поступает из многих рек, впадающих в Северный Ледовитый океан. Только северные европейские, сибирские и североамериканские реки ежегодно переносят в Северный Ледовитый океан около 3300 кубических километров воды.Это равно примерно одиннадцати процентам мирового континентального стока и объясняет, почему воды Северного Ледовитого океана содержат значительно меньше солей, чем, например, водные массы Атлантического океана.
    Пресная вода, приносимая реками, смешивается с морской водой в мелководных шельфовых морях, а затем, подгоняемая ветром, распространяется в центральную Арктику. В шельфовых морях, а также в центральной части Северного Ледовитого океана этот поверхностный слой может быть относительно теплым летом, особенно там, где ледяной покров распался на отдельные льдины или даже полностью растаял.Там, где морского льда нет, солнечная радиация может нагревать поверхностные воды, что во многих местах приводит к более сильному таянию оставшихся снизу льдин. В результате таяния и связанного с ним притока пресной воды поверхностный слой становится менее соленым и, следовательно, более стабильным в течение лета. В результате эта вода имеет тенденцию менее легко смешиваться с нижележащими водными массами с более высокой соленостью. Таким образом, поступающее тепловое излучение остается в самом верхнем слое воды. Однако осенью и зимой поверхностный слой вновь охлаждается и с началом льдообразования становится более засоленным.

    2.27 > На морском льду в арктическом море Бофорта образовались пруды с талой водой. Их водные поверхности бирюзового цвета отражают значительно меньше солнечной радиации, чем белый лед.
    Галоклин
    Под поверхностным слоем, особенно в глубоководных бассейнах Северного Ледовитого океана, лежит второй четко выраженный слой, называемый холодным галоклином. Термин «галоклин» происходит от греческого и указывает на переходную зону между слоями воды, имеющими различное содержание солей, поэтому галоклин также иногда называют слоем разрыва солености.Соленость воды увеличивается от основания поверхностного слоя до глубины около 200 метров, пока не достигнет того же значения, что и нижележащие атлантические воды. Подобная слоистость солености не является чем-то необычным для Мирового океана. Особенностью Северного Ледовитого океана, однако, является то, что, хотя соленость воды в арктическом галоклине действительно увеличивается с глубиной, температура воды остается довольно близкой к температуре замерзания повсюду, несмотря на то, что атлантические воды ниже галоклина значительно теплее, с температурой примерно один градус Цельсия.
    Температура в арктическом галоклине относительно низкая, так как его воды берут свое начало в шельфовых морях, где зимой поверхностные воды значительно охлаждаются, а в прибрежных полыньях образуются большие количества льда. Кроме того, многочисленные реки разбавляют шельфовые воды пресной водой, из-за чего ее соленость очень низкая. Однако зимой содержание соли увеличивается в результате постоянного образования морского льда.
    Эта холодная вода, которая в начале зимы еще достаточно малосоленая, поступает из шельфовых морей в центральную Арктику.Там она распространяется во всех направлениях, течет под еще менее соленым поверхностным слоем из-за его плотности и обеспечивает дополнительный слой изоляции от более глубоких теплых атлантических вод.
    Вместе поверхностный слой и галоклин обеспечивают определенную степень стабильности стратификации Северного Ледовитого океана, так что ни ветер, ни конвекция не могут создать турбулентность, необходимую для переноса значительного количества более теплой атлантической воды на поверхность моря снизу.
    Водные массы Тихого океана, перетекающие через Берингов пролив в Северный Ледовитый океан, имеют судьбу, сходную с судьбой шельфовых вод. Они также имеют относительно низкое содержание солей и развиваются на мелководье Чукотского моря так же, как и водные массы других шельфовых морей. В конечном счете океанская вода из Тихого океана из-за своей плотности интегрируется в схему расслоения центральной Арктики как тихоокеанский галоклин.
    2.28 > Нет двух одинаковых айсбергов, в основном потому, что волны и ветры всегда по-разному воздействуют на ледяные массы. Тем не менее, можно выделить шесть принципиально разных типов айсбергов.
    Атлантическая вода
    Атлантические воды, о которых уже неоднократно упоминалось, впадают в Арктику через пролив Фрама и Норвежское море. Он берет свое начало в Гольфстриме далеко на юге, но заметно остывает по пути на север.К тому времени, когда она достигает центральной части Арктики, ее температура составляет всего около одного градуса по Цельсию, но это по-прежнему самая теплая вода там. Он циркулирует против часовой стрелки через Арктику как узкое пограничное течение. Часть этого пограничного течения протекает по континентальному склону через всю Арктику. Дополнительные части отходят от трех подводных хребтов, которые делят центральную Арктику на бассейны Канады, Макарова, Амундсена и Нансена. Если бы эта атлантическая вода поднялась на поверхность, дни морского льда были бы сочтены, потому что ее тепловой энергии было бы достаточно, чтобы растопить большие объемы льда.
    Арктическая глубокая вода
    Под атлантическими водами, на самых больших глубинах Северного Ледовитого океана, текут самые холодные и самые соленые водные массы Северного Ледовитого океана: арктические глубинные воды. Это тяжелая вода, стекающая по континентальному склону по узким неглубоким каналам с шельфовых морей и по пути смешивающаяся с соленой атлантической водой. На эти нисходящие потоки также действует сила Кориолиса.Он отклоняет воду вправо, так что она проходит через весь Северный Ледовитый океан вдоль континентального шельфа на пути к морским глубинам. Верхняя часть этих водных масс, в свою очередь, в конечном счете покидает Северный Ледовитый океан через пролив Фрама.
    Относительно устойчивая стратификация водных масс Северного Ледовитого океана до сих пор не позволяла поступающему из Атлантики теплу подниматься к поверхности моря, где оно представляло бы серьезную угрозу арктическим морским льдам. Однако в ходе изменения климата исследователи ожидают увидеть далеко идущие изменения во взаимодействии между океаном и морским льдом.

    Плитчатый айсберг
    Только что отколовшийся пластинчатый айсберг имеет плоскую ровную поверхность и почти вертикальные бока. В Антарктике эти айсберги могут достигать 160 километров в длину и десятков километров в ширину. Как правило, они имеют толщину от 200 до 400 метров и возвышаются над поверхностью воды на 30-50 метров. Айсберги аналогичной формы в Арктике, как правило, намного меньше.

    Ледяные щиты континентального масштаба

    Человеческому разуму трудно представить количество льда, содержащегося в ледяных щитах Гренландии и Антарктиды.Полярные ледяные щиты являются крупнейшими сплошными ледяными массивами на Земле. Чтобы проиллюстрировать их величину, часто приводят впечатляющие статистические данные об их массе. Они включают в себя около 99 % всей ледяной массы Земли и, имея общую площадь 15,6 млн квадратных километров, покрывают около 9,5 % площади суши нашей планеты. Например, вся территория Германии может быть покрыта почти пять раз Гренландским ледяным щитом и почти 39 раз внутренним льдом Антарктиды.
    Ледяной щит Гренландии имеет толщину до 3300 метров, а Антарктиды — 4900 метров. Вместе они хранят такой объем льда, который, если он полностью растает, приведет к повышению уровня мирового океана примерно на 65 метров. Ледяные щиты Западной и Восточной Антарктиды имеют общий объем льда 26,37 миллиона кубических километров, а внутренний лед Гренландии — около трех миллионов кубических километров.
    Каждый из ледяных щитов окружен ледниками, по которым лед, образовавшийся в недрах материка, стекает в сторону моря.Исследователи насчитали 13 880 ледников только в Гренландии. Многие из них заканчиваются фьордами, где айсберги могут откалываться на переднем крае ледника, называемом фронтом отела. Напротив, в Антарктиде ледяные массы нескольких ледников часто сходятся на прибрежном сегменте, образуя большой ледяной язык, выступающий в море. Эти плавающие продолжения ледников называются шельфовыми ледниками. На этих фронтах отела откалываются и айсберги, но, как правило, значительно крупнее, чем в Гренландии.Из-за своей формы антарктические айсберги обычно называют пластинчатыми айсбергами.
    Значение ледяных щитов для климата полярных регионов в первую очередь связано с высоким эффектом альбедо кажущихся бесконечными поверхностей белого льда. В районах, где свежевыпавший снег лежит на ледяном щите, может отражаться до 90% падающей солнечной радиации. Даже без снежного покрова это значение составляет около 55-60%.Через ледники и шельфовые ледники континентальные ледяные щиты также оказывают влияние на океаны. Там, где откалываются ледники, где талая вода стекает в море, или там, где шельфовые ледники и плавучие языки ледников тают на нижней стороне, пресная вода выбрасывается прямо в океан. И наоборот, рост ледяных щитов и ледников также удаляет большое количество влаги из круговорота воды. В Антарктике, например, количества снега, который ежегодно выпадает на внутренний лед, было бы достаточно, чтобы поднять глобальный уровень моря на шесть миллиметров.В Южном океане плавающие языки ледников и шельфовые ледники также играют решающую роль в формировании глубинных вод и, таким образом, в формировании глобальных океанских течений. И, наконец, рост и сокращение ледяных массивов на суше могут служить индикатором развития глобального климата. Сокращение ледяных щитов и ледников является довольно верным признаком глобального потепления, а увеличение их массы предполагает похолодание мирового климата.
    2.29 > В центре каждого снежного кристалла находится маленькая пылинка, вокруг которой конденсируется водяной пар из воздуха и замерзает в лед. Однако снег обычно выпадает не в виде одиночных кристаллов, а в виде хлопьев, состоящих из нескольких соединенных между собой снежных кристаллов.

    От снега до льда в три шага

    Ледяные щиты и ледники образуются в полярных или высокогорных регионах, где зимой выпадает больше снега, чем тает, испаряется или иным образом теряется, например, в результате откалывания айсбергов летом.Однако для того, чтобы из рыхлой снежной пудры образовался уплотненный ледниковый лед, необходимы давление и достаточно большое количество времени, что иллюстрируется образованием льда в Гренландии.
    Когда новый снег выпадает на внутренний лед Гренландии, его плотность составляет от 50 до 70 кг на кубический метр. Это связано с тем, что свежий снег представляет собой относительно легкий материал, который содержит много воздуха по сравнению с водой в жидкой форме. Пресная вода, например, имеет плотность 1000 кг на кубический метр.Как только выпадает снег, начинается его метаморфоза, протекающая одинаково через три фазы во всем мире.
    1. Уплотнение снега
    Во-первых, кристаллы снега переносятся или раздуваются ветром, который имеет тенденцию ломать их тонкие кристаллические ветви. Этим и другими способами каждая снежинка превращается в крупинку снега, напоминающую крошечный шарик. Это обусловлено физическим принципом минимизации поверхностной энергии.Сферические тела имеют минимальную поверхностную энергию, и кристаллы снега тоже со временем принимают сферическую форму. Благодаря такой форме снег теперь также может оседать и уплотняться. В заданный объем может поместиться намного больше сферических снежных гранул, чем мелкоструктурных разветвленных снежных кристаллов. Однако в этот момент снежинки еще не слиплись. Если бы лопатой копали этот верхний слой снега, отдельные снежинки свободно скатывались бы с лезвия.
    2.фирн формация
    Поскольку температура воздуха внутри Гренландии редко поднимается выше нуля градусов по Цельсию даже летом, снег за одну зиму обычно остается не растаял. Следующей зимой, когда новый снег падает на старый снег, вес нового снега медленно сжимает нижележащие слои. Рыхлые снежные гранулы, лежащие рядом друг с другом, теперь начинают связываться и прилипать к соседним зернам. Кажется, что более крупные снежинки поглощают более мелкие, потому что они продолжают расти с годами.Если бы в этом месте выкопать яму в снегу и повторить испытание лопатой на глубине около одного метра, снег остался бы на лопате в виде довольно прочного блока. Специалисты называют эти связные слои снега фирном.
    В верхней части фирнового слоя спрессованный материал имеет плотность около 350 кг/м3. В этой фазе он еще пористый, как губка, и через него может свободно циркулировать воздух. Но чем больше снега выпадает на поверхность ледяного покрова выше, тем больше становится давление на более глубокие слои.Кристаллы льда в фирне растут и сближаются, поры сужаются.

    2.30 > Ледниковый лед образуется из снега, который сначала уплотняется до фирна, а при дальнейшем уплотнении становится льдом. Скорость и глубина, на которой происходит этот процесс, зависят, в том числе, от того, сколько нового снега выпадает на поверхность ледника, чтобы увеличить давление на нижележащие слои.
    3.Ледяной пласт
    Уплотнение за счет процессов оседания и роста кристаллов льда в конечном итоге дает максимальную плотность 550 кг на кубический метр. Однако по мере того, как снеговая нагрузка и возникающее в результате давление сверху продолжают увеличиваться, начинается спекание под давлением. Это означает, что кристаллы льда сливаются друг с другом. Поры закрываются и герметизируются, так что весь воздух, который не смог выйти, задерживается в маленьких пузырьках. Момент времени, когда возникает эта блокировка воздушного потока, и на какой глубине она происходит, зависит как от количества годового накопления снега, так и от температуры фирна.В регионах с большим количеством снегопадов закрытие пор обычно происходит раньше, чем в районах с меньшим количеством снегопадов. То же самое относится и к более теплому фирну. Ледяные зерна сцементированы легче, чем в очень холодном фирне. В Гренландии, как правило, тюлени встречаются на глубине от 60 до 110 метров. На данный момент материал имеет плотность около 830 кг на кубический метр.
    Когда воздух больше не может выходить, состояние льда достигнуто. На субантарктических островах исследователи могут распознать переходную зону от фирна ко льду по толстому слою перемерзшей талой воды в ледяном массиве.Летом снег на поверхности ледника тает, и талая вода просачивается в фирн настолько глубоко, насколько позволяют поры материала. На переходе фирн-лед он блокируется, а затем снова замерзает.
    Но формирование ледникового льда не заканчивается запечатыванием поровых пространств. Когда покров снега, фирна и льда имеет толщину в несколько сотен метров, на нижние слои и особенно на пузырьки воздуха оказывается такая большая нагрузка, что воздух внутри них кристаллизуется.Это означает, что все молекулы, содержащиеся в пузырьках, включены в кристаллическую структуру льда. Это относится как к молекулам газа, так и к частицам пыли или другим примесям в воздухе. В конечном итоге образуется очень плотный лед без пузырьков, который характеризуется синим цветом. Когда естественный свет падает на этот лед, он поглощает небольшую часть красного света, так что люди воспринимают лед как имеющий слегка голубоватый оттенок. С другой стороны, ледниковый лед, который кажется более белым, обычно содержит много пузырьков воздуха.
    2.31 > Наличие положительного или отрицательного поверхностного баланса массы в ледяном щите зависит от того, сколько снега выпало и какая его часть потеряна в результате таяния, переноса ветром или сублимации.
    Скорость роста ледника или ледяного щита зависит, среди прочего, от количества выпадающих на него осадков. В Западной Антарктиде ежегодно выпадает до четырех метров нового снега, а на севере Антарктического полуострова и на побережье Земли Уилкса — до шести метров, хотя это лишь приблизительные значения.Исследователи всегда указывают количество осадков в пересчете на водный эквивалент (WE). Это относится к высоте водяного столба, которая образовалась бы, если бы снег растаял. В Западной Антарктиде осадки будут иметь водный эквивалент до 1200 миллиметров, или столько же литров на квадратный метр, а на Антарктическом полуострове и на Земле Уилкса — 1800 миллиметров (или литров). Чтобы получить из этого точную толщину снега, нужно было бы точно знать плотность снега, что редко возможно на больших территориях.Поэтому обычно применяется оценка. Один кубический метр свежевыпавшего снега дает водяной столб высотой от 300 до 350 миллиметров. Приведенные выше значения высоты снежного покрова для прибрежных районов Западной Антарктиды и Земли Уилкса получены с применением этого приближения. С другой стороны, в центре континента каждый год выпадает всего несколько сантиметров нового снега. Например, на американской станции Южного полюса Амундсен-Скотт в период с 1983 по 2010 год метеорологи зафиксировали ежегодное накопление 27 снега.4 сантиметра, при этом в это значение также входит снег, унесенный ветром в поле измерения.
    Большая часть снега в Гренландии выпадает на юго-восточном побережье. Спутниковые данные свидетельствуют о том, что свежий снег здесь поднимается на высоту до десяти метров. Северная часть острова, для сравнения, очень сухая. Здесь по большей части ежегодно выпадает менее 30 сантиметров. Тогда сразу же возникает вопрос, сколько этого нового снега тает или испаряется в течение лета и сколько остается.Еще 30 лет назад это составляло чуть менее половины всего снега в Гренландии. Из 750 гигатонн снега, выпавшего за зиму, до конца лета сохранилось около 350 гигатонн. Сегодня на лето остается всего около 200 гигатонн. На антарктическом континенте, за исключением шельфового ледника, каждую зиму выпадает около 2236 гигатонн снега, из которых около 50 гигатонн теряется из-за таяния, особенно на Антарктическом полуострове. Дополнительные 84 гигатонны снега испаряются путем сублимации.Большая часть оставшегося снега спрессовывается в лед.
    2.32 > Топография земной поверхности под ледяным щитом оказывает большое влияние на то, как текут ледяные массы и может ли теплая морская вода представлять для них угрозу. Эти два свободных ото льда изображения Гренландии показывают, что центральная часть острова на самом деле находится ниже уровня моря (А) и напрямую связана фьордами с морем (В). Также отчетливо видны глубокие каналы, по которым теплые атлантические воды могут вторгаться на шельф и во фьорды.

    2.33 > Айсберги, откалывающиеся от ледяного потока Якобсхавн в западной Гренландии, не редкость. Однако в июле и августе 2015 года самый быстро движущийся ледник Гренландии потерял необычно большое количество льда, который в конечном итоге унесло в море.

    Почему лед течет?

    Когда ледник или ледяной щит достигает определенного размера, ледяные массы начинают двигаться.Альпийские ледники, которые находятся в высокогорных районах, таких как Альпы или Скалистые горы, всегда спускаются в долины, и каждый лыжник и наездник на санях может подтвердить это на личном опыте. Но почему движутся и ледяные массы, лежащие на ровной местности или в долине? Ледяной щит Гренландии, например, в значительной степени покоится в своего рода бассейне, как показано на карте подстилающей поверхности острова. Тем не менее его ледяные массы текут к внешним окраинам.
    Объяснение этому довольно сложное.В основном, большие массы льда движутся, потому что ледниковый лед либо деформируется под собственным весом, либо потому, что он скользит по скользкой поверхности. Обычно это комбинация двух процессов. Однако ключевое различие между ними состоит в том, что для скольжения всегда требуется тонкая пленка талой воды, по которой может скользить лед, тогда как деформация может происходить в полностью замороженном состоянии. Чтобы помочь понять процесс деформации, ледяной покров можно сравнить с огромной вязкой массой теста для торта, сложенной на плоской рабочей поверхности, к которой по одной ложке за раз добавляется тесто.При первоначальных добавлениях форма насыпи существенно не изменится. Однако через более длительное время масса в центре станет настолько большой, что тесто начнет растекаться к краям. Аналогичным образом реагирует и большой ледяной щит. С каждым новым слоем снега общее количество материала увеличивается. Давление на нижележащие ледяные массы увеличивается, заставляя их деформироваться и течь к краям. По мере развития деформации внутри ледяного щита выделяется тепло сдвига.Это нагревает лед и, таким образом, еще больше ускоряет течение, потому что более теплый лед легче деформируется.
    Однако одних только деформационных процессов недостаточно для того, чтобы ледяные потоки, и особенно ледники, двигались с такими быстрыми скоростями, которые сегодня наблюдают ученые. Ледяные массы в основном набирают скорость за счет базального скольжения. По тонкой пленке талой воды они скользят по склону, как сани. В Гренландии при определенных условиях эта талая вода может образовываться с поверхности льда.Летом он собирается там в большие талые озера. В некоторых из этих озер вода затем стекает через трещины, расщелины или туннели во льду вниз к нижней стороне ледника, где она становится скользящей пленкой, отвечающей за ускорение. Однако, как правило, таяние у основания ледяного щита в первую очередь происходит из-за геотермального тепла из-под земли. Для этого не требуется большого количества тепла, потому что под тысячами метров льда температура плавления в его основании снижается из-за высокого давления нагрузки.Поэтому он может плавиться при температуре около минус двух или минус 1,5 градусов по Цельсию. Тем не менее, ледяные щиты теряют только несколько миллиметров льда на своей нижней стороне каждый год из-за таяния.

    Ледяные потоки

    На сегодняшний день ученые только начинают разбираться в процессах скольжения ледниковых льдов. С одной стороны, на движение влияет характер лежащего в основе ландшафта. С другой стороны, скольжение генерирует тепло трения, которое растапливает небольшое количество льда и нагревает нижние слои льда.В результате эти слои льда легче деформируются, что может еще больше ускорить течение льда.
    В Антарктике около 30 выводных ледников и ледяных потоков выносят лед в море. Исследователи называют большие полосы плавного льда внутри ледяного щита ледяными потоками. Обычно они отличаются от окружающего льда скоростью и направлением течения и впадают в ледники на внешних краях ледяного щита. У науки до сих пор нет четкого объяснения того, почему образуются ледяные потоки или какие механизмы регулируют их перенос ледяной массы, потому что едва ли найдутся два одинаковых потока.
    Некоторые текут, например, постоянно, а другие только с перерывами. Ледяные потоки также могут менять направление своего течения, резко увеличивать скорость или значительно замедляться. Следовательно, должен быть ряд влияющих факторов. Исследователи определили следующие семь параметров:
    1. Топографическое ограничение
    Наличие долины в подстилающей породе ограничивает ледяные массивы на глубине.Чтобы поддерживать скорость с верхними слоями, массы льда на глубине должны течь быстрее. Кроме того, общая поверхность трения у основания больше. Это генерирует больше тепла, что приводит к таянию льда на нижней стороне, а также увеличивает скорость потока. Самым известным примером ледяного потока, происхождение которого может быть связано с топографическими ограничениями, является ледяной поток Якобсхавн в западной Гренландии. На глубине его ледяные массы текут по долине, глубина которой местами достигает 2000 метров, способствуя скорости ледяного потока до 17 километров в год.
    2. Топографические ступени
    Когда ледяной щит пересекает крутой обрыв или подобный резкий топографический уступ, деформация и ускорение льда особенно усиливаются из-за его большого веса и силы тяжести. При этом он утеплен, что еще больше облегчает величину и скорость деформации. Таким образом, общая скорость течения льда увеличивается. Хорошо известные ледники, которые ускоряются таким образом, включают ледники Берда и Туэйтса в Западной Антарктиде.
    3. Неровность скальной породы
    До сих пор очень мало известно о топографии под большими ледяными щитами. Однако исследователи с некоторой уверенностью предполагают, что различные особенности поверхности, такие как выходы горных пород, холмы и небольшие канавы, могут оказывать значительное влияние на скорость и направление течения ледяного потока. Чем больше их присутствует, создавая неровную поверхность скольжения, тем медленнее текут ледяные массы.Иными словами, ледяные массы могут легче течь по гладкой поверхности коренных пород, чем по грубой. Этот эффект наблюдается в ледяном потоке Меллера в Западной Антарктиде.
    4. Откол айсбергов
    Когда айсберги откалываются на фронте плавучего ледника или шельфового ледника и лед теряется, начинается самоподдерживающийся процесс. Во-первых, ускоряются ледяные массы в потоке за фронтом. При таком движении лед всего потока прогревается и легче деформируется.Кроме того, на его нижней стороне из-за повышенного трения образуется больше смазывающей талой воды, по которой могут скользить ледяные массы. Эти два процесса приводят к увеличению скорости ледяного потока. Ледяной поток Якобсхавн в Западной Гренландии снова показывает, насколько эффективным может быть это самоусиление. После того, как в период с 1992 по 2004 год на его вершине откололось необычно большое количество айсбергов, так что язык ледника едва достигал фьорда, скорость его течения увеличилась втрое до 17 километров в год.
    5. Деформируемые отложения под ледниковым щитом
    Земля под ледяным щитом не везде состоит из твердых голых скал. Во многих местах верхний слой почвы сложен преимущественно гравием или другими мелкозернистыми отложениями. По такому мягкому грунту ледяные массы ледового щита скользят гораздо легче, чем по твердому, по трем причинам:
    • Во-первых, отложения, как покровный слой, сглаживают существующие неровности недр и тем самым уменьшают его неровности.
    • Во-вторых, слой осадка, насыщенный талой водой, создает оптимальную поверхность скольжения. Любой, кто в детстве поскользнулся в грязи, знает, что такого эффекта скольжения не возникает на сухой, мощеной или асфальтированной поверхности.
    • И в-третьих, отложения наносов легко деформируются под тяжестью льда. При некоторых обстоятельствах они могут даже поскользнуться и таким образом расчистить путь или ускорить течение льда.
    Исследователи нашли доказательства этих трех объяснений в ледяном потоке Уилланс в Западной Антарктиде.Его ледяные массы лежат поверх незамерзшего слоя отложений толщиной пять метров, который отделяет поток льда от каменистого субстрата под ним и увеличивает скорость его потока описанным выше образом. Некоторое научное мнение в настоящее время даже предполагает, что мягкий грунт является одной из основных предпосылок образования ледяных потоков. Согласно одной из гипотез, только там, где ледяные щиты подстилаются отложениями наносов, обычно во впадинах, могут возникать ледяные потоки и их ледяные массы скользят с большими скоростями. Это, однако, не согласуется с тем фактом, что есть также ледяные потоки, лежащие над голыми скалами, которые все еще несут с собой большое количество льда.Поэтому истинная роль недр еще какое-то время будет оставаться предметом исследования.
    6. Геотермальное тепло
    Чем больше пленка талой воды на его нижней стороне, тем быстрее движется ледниковый лед. Талая вода, в свою очередь, образуется за счет тепла, которое также может исходить из недр Земли. Это геотермальное тепло играет важную роль, особенно в регионах, где действующие вулканы расположены под ледяным щитом или где земная кора особенно тонкая.Ученые нашли доказательства обоих этих явлений в Западной Антарктиде. Геотермальное тепло также было предложено в качестве возможного объяснения происхождения Северо-восточного ледяного потока Гренландии (NEGIS). Это единственный ледяной поток Гренландии. Его водосборная площадь покрывает двенадцать процентов общей площади внутренних льдов Гренландии и является связующим звеном между льдом и океаном. В районе своего зарождения земная кора выделяет почти в 20 раз больше тепла, чем в среднем по Гренландии.

    2.34 > Зона охвата НЕГИС простирается далеко вглубь Гренландии. Оттуда он переносит ледяные массы на северо-восток, где они достигают моря через три ледника.
    7. Талые озера и реки
    По мере открытия новых подробностей о топографии поверхности земли под ледяными щитами в Антарктиде и Гренландии становится ясно, что некоторые ледяные потоки берут начало в регионах, где одного только подповерхностного градиента недостаточно, чтобы инициировать поток льда.Район, где начинается Восстановительный ледяной поток в Восточной Антарктиде, является лишь одним из многих примеров. Теоретически лед в этой части Восточной Антарктиды практически не должен двигаться. Однако на самом деле поток переносит свои ледяные массы со скоростью от 10 до 400 метров в год с высокого плато Восточно-Антарктического ледяного щита вниз к морю Уэдделла. Его водосборная площадь простирается вглубь суши примерно на 1000 километров от шельфового ледника Фильхнера-Ронне на побережье и равна площади, почти в три раза превышающей территорию Германии.Это огромный ледяной поток, который, как ранее думали исследователи, мог получить решающий импульс для своего формирования из переполненных озер талой воды под ледяным щитом. Основная идея заключалась в том, что эти озера время от времени переполняются, создавая смазывающую пленку, по которой ледяной покров скользит, как автомобиль, скользящий по аквапланированию.
    Существование подледниковых озер в Антарктиде известно из российских и британских исследовательских проектов на озерах Восток и Эллсворт. Оба этих водоема образовались во впадинах под ледниковым щитом.За многие тысячелетия в них накопилось столько талой воды, что они, как правило, больше Боденского озера. Но предположение о том, что такие огромные озера в изобилии присутствуют под Антарктическим ледниковым щитом и что они несут ответственность за образование ледяных потоков, не могло быть подтверждено немецкими полярными учеными в ходе полевого исследования Восстановительного ледяного потока. Везде, где исследователи предсказывали наличие воды подо льдом, они не могли ее обнаружить.
    Таким образом, точная роль подледниковых озер до сих пор неясна, как и вопрос об общем распределении талой воды под ледяными щитами.Пути предполагаемых ручьев и рек подо льдом до сих пор были предсказаны только с помощью компьютерного моделирования. Предпринимались также первоначальные попытки получить эту информацию из спутниковых данных. Однако методы измерения для обнаружения и картирования крупномасштабных цепей озер или речных сетей пока недоступны.

    Как шельфовые ледники сдерживают ледниковый поток

    Более половины антарктического побережья ограничено шельфовыми ледниками.Более 300 плавучих ледниковых языков являются продолжением одного или нескольких ледников, которые медленно выталкивают свои связные ледяные массы в Южный океан. Например, передняя кромка шельфового ледника Ларсена С в западной части моря Уэдделла перемещается со скоростью около 700 метров в год. Расширение ледяного щита ограничивается только потерей льда из-за того, что айсберги через равные промежутки времени откалываются от фронта отела. На больших шельфовых ледниках кристаллу льда может потребоваться более тысячи лет, чтобы пройти через весь шельфовый ледник и начать заключительный этап своего путешествия на борту айсберга.
    Шельфовые ледники в Антарктике, как правило, имеют толщину от 300 до 2500 м, хотя они становятся тоньше по мере того, как они уходят в море. Они самые толстые у линии заземления, в самой дальней от моря точке, где лед все еще соприкасается с дном и где он начинает плавать. В Антарктике шельфовые ледники занимают общую площадь 1,3 миллиона квадратных километров. Самый большой шельфовый ледник, шельфовый ледник Росса в море Росса, почти такой же большой, как Испания.
    Шельфовые ледники питаются в основном льдом ледников и ледяных потоков за ними.Однако их объем также может увеличиваться, когда снег выпадает на шельфовый ледник или прибрежный морской лед, и впоследствии конденсируется в некоторых местах, образуя фирн и лед. В других местах морская вода может намерзать на нижнюю часть шельфового ледника и способствовать росту ледяного языка. Шельфовые ледники теряют лед из-за откалывания айсбергов, но теплые водные массы также могут растопить ледяные языки снизу. Исследователи называют этот процесс базальным таянием шельфового ледника.
    Шельфовый ледник считается находящимся в состоянии равновесия, если он теряет столько же или меньше льда, сколько поступает через ледники.В таком состоянии плавучие ледяные языки могут сохраняться несколько тысячелетий. Но если скорость потери льда резко возрастет, есть повод для беспокойства, потому что шельфовые ледники выполняют важнейшую и элементарную функцию в климатической системе Земли. Они препятствуют потоку дальнейших ледяных масс изнутри и, таким образом, также замедляют повышение уровня моря.

    Зусацинфо Шельфовый ледник и океан – взаимовыгодные отношения

    Чтобы ясно понять эту роль, нужно еще раз взглянуть на их формирование.Ледяные массы шельфового ледника, как плавучие продолжения одного или нескольких ледников, проходят за собой долгий путь от высокогорного плато во внутренних районах Антарктики через ледяные потоки и ледники к морю. Затем, отступая от берега большими плавучими пластами и выталкиваясь в море, лед может застрять на островах или скалах. Шельфовые ледники могут иногда скользить по плоским препятствиям или сталкиваться с островом, который резко тормозит ледяной поток. Чем толще шельфовый ледник, тем эффективнее он сдерживает внутренние ледяные массы.
    Величина давления, которую должны выдерживать шельфовые ледники, возможно, лучше всего иллюстрирует тот факт, что через ледники и шельфовые ледники 74 процента внутреннего льда Антарктиды достигает моря. Когда в 2002 году шельфовый ледник Ларсена Б на Антарктическом полуострове раскололся на тысячи айсбергов, что привело к потере его тормозной функции, скорость течения ледников за ним увеличилась в три-восемь раз в течение следующих 18 месяцев. .
    Плавающие языки ледников, конечно же, встречаются и в Арктике, особенно в Гренландии и на побережье канадского острова Элсмир.Однако эти ледяные массивы, прочно связанные с сушей, обычно не называют шельфовыми ледниками, так как они в основном встречаются во фьордах и поэтому ширина их распространения ограничена сушей. По этой причине специалисты называют этот плавучий лед с суши ледяными языками. Исключением является шельфовый ледник Уорд-Хант у побережья острова Элсмир. Он состоит из сплоченного морского льда, на который выпал снег и превратился в лед. Таким образом, эта ледяная масса не является сухопутным льдом, и поэтому она заметно отличается от больших ледяных щитов Антарктиды.

    Пути дрейфа айсбергов

    Откалывание массивных айсбергов у передней кромки ледника или шельфового ледника является совершенно естественным процессом. Через равные промежутки времени шельфовые ледники в Антарктике высвобождают пластинчатые айсберги, площадь поверхности которых может достигать размера таких городов, как Гамбург или Берлин. Размер айсберга определяет и его последующую судьбу, по крайней мере, в Антарктике. Айсберги длиной или шириной менее двух километров дрейфуют от края шельфового ледника или ледника и за пределы прибрежной зоны в течение нескольких месяцев.После этого морские ветры вытесняют их в открытое море, где они распадаются на более мелкие части и тают в течение одного-двух лет.
    Но прибрежные ветры играют менее важную роль для айсбергов диаметром более двух километров. Их движения, в отличие от их более крупных братьев и сестер, в первую очередь обусловлены собственным весом. Чтобы понять это явление, нужно понять, что Южный океан на самом деле не плоская поверхность. Из-за господствующих ветров его поверхность может быть на 50 сантиметров выше у побережья.Большие, только что отколовшиеся айсберги могут скользить по этому склону морской поверхности. Однако их путь не следует прямой линии, а образует дугу из-за силы Кориолиса. Таким образом, айсберги отклоняются к берегу. Это означает, что они остаются в пределах холодного прибрежного течения в течение длительного времени и часто не достигают более теплых, более северных вод, пока годы спустя, наконец, не распадаются и не тают.
    На скорость, с которой айсберги движутся по своим траекториям, может влиять топография морского дна.Большие айсберги часто садятся на мель и остаются в ловушке неопределенное время. Кроме того, гигантские айсберги часто намерзают на морской лед, так что волны больше не могут ударять по их бокам, а эффект эрозии снижается. Ученые отследили пути дрейфующих антарктических айсбергов и создали компьютерные модели для их расчета. В зависимости от морского района, в котором откололись гигантские айсберги, они выбирают один из четырех основных маршрутов, по которым следуют все дрейфующие льды, как морские, так и айсберги, в более теплые края.Данные GPS показали, что один большой айсберг даже смог полностью обогнуть Антарктиду. Он начался в море Уэдделла, двинулся на север вдоль восточного побережья Антарктического полуострова, затем повернул обратно на восток и один раз дрейфовал вокруг континента, прежде чем, наконец, растаял к северу от Антарктического полуострова.
    От языков арктических ледников чаще всего откалывается флотилия из множества более мелких айсбергов, а не из нескольких крупных. Ветры гонят их из фьордов в открытое море, где они обычно дрейфуют на юг вместе с прибрежным течением.Многие из айсбергов, которые достигают судоходных путей у южного побережья Ньюфаундленда, происходят из ледяного потока Якобсхавн в западной Гренландии. Только в 2018 году более 500 айсбергов с западного побережья Гренландии дрейфовали в прибрежные районы Ньюфаундленда и Лабрадора. В рекордном 1984 году было 2002 айсберга. Для большинства из них это путешествие длилось от одного до трех лет.
    Исследователи полагают, что существует корреляция между преобладающими условиями атмосферных течений над Северной Атлантикой и количеством айсбергов, дрейфующих так далеко на юг.Если зимой вдоль побережья Лабрадора дуют береговые ветры, в этот регион попадает более теплый морской воздух. Этот воздух препятствует образованию морского льда. В результате дрейфующие айсберги подвергаются воздействию разрушительных волн большей мощности. Кроме того, береговые ветры толкают их на более мелкие воды, где ледяные массы садятся на мель.
    Если большие воздушные потоки меняются местами, над Лабрадором дует сильный холодный западный ветер. Ледяной воздух достигает области в своем следе. Морской лед образуется из морской воды, защищая айсберги от обширных разрушений.Следующим летом они беспрепятственно и в большом количестве начинают свой путь на юг. Но айсберги также откалываются на восточном побережье Гренландии. Например, 22 июня 2018 года ледник Хельхейм одним ударом потерял шестикилометровую полосу льда. Во всей Гренландии это был самый большой айсберг, отколовшийся за последние десять лет.

    Мы используем файлы cookie на нашем веб-сайте. Некоторые из них необходимы, в то время как другие помогают нам улучшить этот веб-сайт и ваш опыт.Если вам еще не исполнилось 16 лет, и вы хотите дать согласие на дополнительные услуги, вы должны спросить разрешения у своих законных опекунов. Мы используем файлы cookie и другие технологии на нашем веб-сайте. Некоторые из них необходимы, в то время как другие помогают нам улучшить этот веб-сайт и ваш опыт. Персональные данные (например, IP-адреса) могут обрабатываться, например, для персонализированной рекламы и контента или измерения рекламы и контента. Более подробную информацию об использовании ваших данных вы можете найти в нашей политике конфиденциальности. Вы можете отменить или изменить свой выбор в любое время в настройках.

    Настройки конфиденциальности

    Принять все

    Сохранять

    Индивидуальные настройки конфиденциальности

    Информация о файлах cookie Политика конфиденциальности Выходные данные

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.