Все записи
14:08  /  3.03.21

3442просмотра

Ледяные цветы. Что они такое?

+T -
Поделиться:

В минувшие выходные на льду Финского залива (южный берег) встретилась вот с таким неопознанным мною явлением - как будто огромные полураспустившиеся ледяные цветы. Диаметр образований от полутора до шести метров.

Долго смотрела, пытаясь понять. Потом выдвинула гипотезу: залив мелководный, дно песчаное, ледяные "цветы" - это лед, расколовшийся и вспучившийся там, где на дне лежат камни.

Лед хоть и выглядел сомнительным, но все же был еще крепким (у меня большой опыт по этой части). Пошла исследовать и проверять.

Дошла аккуратно до двух ближайших "цветов", заглянула внутрь, проверила свою гипотезу. Она не подтвердилась. Глубина небольшая, не больше полуметра, дно видно прекрасно, там гладкий песок, никаких камней нет и в помине.

Пошла дальше исследовать.

Нашла только, по всей видимости, начинающий формироваться, новорожденный "цветок". Выглядит очень симметрично, строго и целеустремленно, как собственно и все, связанное с гидродинамикой.

Потом, посомневавшись, все-таки дошла до уже полностью "распустившегося" ледяного "цветка". Надеялась за его счет как-то приблизиться к разгадке. Надежда не оправдалась.

К тому же вблизи эта штука  уже больше напоминала не цветок, а воронку от какого-то взрыва с торчащими по бокам обломками.

Тут я подумала еще немного и вспомнила про кратеры на Ямале и Таймыре, образование которых ученые объясняют подземным скоплением метана, образующегося при таянии вечной мерзлоты, и прорывом его на поверхность.

А также про криовулканы на спутниках Нептуна и Сатурна.

Вот тут можно про это почитать.

А вдруг и тут какие-то похожие процессы? - подумала я.

Во всяком случае это гораздо ближе и не менее интересно, чем Таймыр и Энцелад.

Удивительно и красиво. Будоражит ум и восхищает душу.

т

Весна - можно ездить, ходить, смотреть. Всем успехов во встречах с чудесами нашего мира.

Дополнение: Мой друг биофизик сказал, что явления действительно могут быть одной природы. В прибрежную зону бухты приносит водоросли, гидродинамика объединяет их в охапки, их засыпает песком, потом они гниют выделяя метан, ну и выделяющиеся пузыри вспучивают лед. Для подтверждения гипотезы мне следовало бы проковырять "бутон" и посмотреть. Но я не ловлю рыбу и ни бура ни даже просто ломика у меня не было...

Комментировать Всего 14 комментариев

Недавно видел на Адме похожее (но не то), не нашел.

Видно, что лед сначала таял, образуя полыньи (вот почему их столько много и они все одного размера и почти идеально круглые - это да, вопрос). Потом был мороз, и  полыньи стали замерзать, причем  быстро (это важно). При замерзании вода увеличивается в объеме (это уникальное свойство воды), и образовавшемуся льду просто не хватило места, и он вспучился.

Возможно, был слоеный пирог вода - лед -вода - сверху снова лед. В этом случае вода внутри пирога замерзает, и образующемуся льду вниз не протолкнуться - там еще более толстый слой льда и несжимаемая вода, а вверх пожалуйста, взламывается более тонкий  верхний слой льда вверх, на воздух.

Вячеслав, не, полыней там не было - там где "цветок" новорожденный видно, что лед совершенно нативный, как везде, но вот вдруг что-то как будто снизу начинает вылезать... и он вскрывается сразу во всю толщу льда. Торосы, которые образуются в том числе и от описанного Вами явления (многократные оттаивания-замерзания, расширения и тд) - это у нас обычное явление на заливе - но они совсем не так выглядят, хотя тоже бывают эффектными.

Катерина, тогда вторая гипотеза - про "слоеный пирог". Вариантов замерзания-оттаивания может быть очень много, и получаться может очень разное.

Вячеслав, я не знаю. Но при гипотезе слоеного пирога внутри раскрывшегося цветка ведь должен быть лед? Тот, который и привел к "выпучиванию"? Но там почти нигде нет льда, вода и дно.

Татьяна из СПб

Может быть еще действие внутренних волн и течений.  Такие цветки только на мелководье бывают, причем когда где-то в стороне уже/еще есть чистое зеркало воды и там есть волнение. Оттуда волновое движение уходит под лед, идет не как волна амплитуды, а как волна давления.  Глубина маленькая и сильно варьируется (от 10 см до полутора метров). Соотношение глубины к площади очень маленькое.  Получается течение жидкости в узком канале переменного сечения. 

Возникают сильные местные давления, гидравлические удары, напряжения на стенки канала. Они и ломают-выпучивают лед.

На фото хорошо заметна ритмичность "цветков", прямо в такт гребням волн на поверхности. 

Спасибо, Татьяна! Не уверена что до конца поняла, но очень :)))

Катерина, Вы, наверно, наблюдали, когда после отключения воды ее вдруг внезапно включают?

Вода, ворвавшись в узкий трубопровод, первоначально не встречает сопротивления (там воздух), и набирает скорость, а потом с набранной скоростью врезается в  полуоткрытый водопроводный кран. Это гидроудар. Как автомобиль, разогравшись, врезается в стенку.

Татьяна пишет о том, что волна, которая, как известно, "гребень-впадина", когда "входит" под лед, создать "гребень" уже не может лед мешает, в результате этого подо льдом в районе гребня создается давление, которое и распирает лед.

Мне этот мысленный эксперимент (может ли так быть) не по интеллектуальным силам - прежде всего я не понимаю, может ли волна войти под лед.

Эту реплику поддерживают: Катерина Мурашова

Поддержать не удалось технически, поэтому пишу: поддерживаю :))

А я аргументировать не могу чисто интеллектуально, поэтому пишу: аргументирую :)

Татьяна из СПб

Вячеслав Потапов «прежде всего я не понимаю, может ли волна войти под лед.»

Ну это очень упрощенно. Но в целом если большая масса воды на глубине раскачивается, то волновые процессы идут не только на поверхности, но и по всей массе.  А если глубина меняется, то  и начинаются всякие хитрые штуки. Если поверхность свободна, то возникают вот эти самые высокие волны с барашками (вплоть до цунами). А если все загоняется в трубу, то там хитро давления распределяются.

Или даже поверхность может уже успокоится, а на глубине волнение продолжается.  В океане проявляется как мертвая зыбь и внутренние волны. Внутренние волны штука страшная, могут даже подлодки ломать. Кстати, их можно легко наблюдать опытом с жидкостями разной плотности. Налить в стакан 2/3 прозрачной холодной воды и 1/6 жидкого цветного сиропа. Ироп тяжелее, он ляжет на дно. И начать размешивать жидкость ложкой не слишком сильно и не погружая ее до слоя сиропа. Потом ложку вынуть, стакан поставить. На поверхности волна быстро успокоится, а внутри будет активно ходить волны по границе раздела жидкостей.

А вообще огромное спасибо Екатерине и за тему, и за употребление слова гидродинамика. Я ведь раньше тоже думала, что это из-за камней. Хотя гидродинамику учила серьезно 30 лет назад :)  А тут правильно поставленный вопрос подтолкнул к размышлениям

Я погуглил по "внутренние волны". Мне это за полчаса не раскусить. Да и за несколько дней, думаю, тоже. Но за наводку спасибо Татьяне из СПб

Татьяна, Вам спасибо за возможность подумать еще о гидродинамике.

Любопытно. Возможно, это сочетание явления, известного, как «lake stars» (звездообразные трещины во льду, обычно на озерах) с волнами, приходящими с открытой воды и взламывающими лед снизу в местах трещин.--Алексей из Санкт-Петербурга

Алексей, спасибо! Сходила в гугл, не сказать чтоб много - то есть только одно на самом деле нашла - геофизический институт при университете Аляски.

Вот фотка:

А вот машинный перевод сопроводительного текста - опять же не сказать чтоб все понятно, но интересно :))

По мере того, как миллиарды озер Аляски будут становиться холоднее и тверже, некоторые из них будут выставлять на обозрение загадочные паутинные трещины, простирающиеся из маленьких дырочек во льду. Этот феномен вдохновил геофизика на разгадку того, что он называет "озерными звездами".

"Я подумал, что что-то настолько красивое и относительно часто наблюдаемое должно быть понятно, поэтому я занялся этим", - сказал Виктор Цай, который написал, пожалуй, единственную в своем роде статью о звездах озера.

Цай, геофизик из Сейсмологической лаборатории Калифорнийского технологического института, разработал математическую модель, объясняющую, как образуются звезды. Недавно он дал менее техническое описание условий, необходимых для цветения озерных звезд:

"Нужен относительно тонкий лед и густой снежный покров", - сказал он. "Озеро должно было просто замерзнуть, а затем иметь достаточно тяжелый снег, чтобы утяжелить лед настолько, чтобы снег мог промокнуть от озерной воды".

Цай заинтересовался звездами озера, когда провел лето в Вудсхолском океанографическом институте в Массачусетсе. Там он обнаружил, что, хотя многие догадывались о том, что является причиной возникновения озерных звезд, не существует устоявшейся теории, которая могла бы их объяснить. Он организовал лабораторный эксперимент, в ходе которого он создавал звезды в помещении, используя тарелку, охлаждаемую ниже точки замерзания. Через тарелку со слякотью он подавал постоянную капельку воды на один градус выше точки замерзания. Узкие каналы образовывались во всех его попытках, и он написал 13-страничную работу о "формировании лучевых пальцев, исходящих из центрального источника". Здесь он приводит нетехническую версию о том, как формируются звезды:

Из отверстия во льду относительно теплая озерная вода течет вверх и проникает наверх в слякоть снега. Затем вода течет наружу через слякоть. Некоторые участки слякоти тают больше из-за колебаний потока воды, что позволяет руке звезды расти быстрее. По мере роста рук холодная вода разоряет тепло, замедляя рост одних рук и позволяя другим прорастать.

Озерные звезды несколько напоминают привычную для большинства жителей Аляски черту - трещины на лобовом стекле. Майкл Мардер, физик из Техасского университета в Остине, однажды объяснил мне, как они происходят.

По его словам, лобовое стекло - это не один сплошной кусок стекла, это два слоя, прижатые вокруг слоя пластика, который не дает стеклу взлететь во время аварии. Все лобовое стекло толщиной примерно в кучу пятидесятицентовиков.

Во время изготовления лобового стекла машина прижимает стекло к пластику под давлением около 800 атмосфер, что примерно в 800 раз превышает силу, которую оказывает на нас атмосфера Земли. Автостекло, образующееся под таким напряжением, избегает ударов, которые могли бы разбить стекло дома. По словам Мардера, автомобильное лобовое стекло было бы столь же стойким к камням, как гранит, если бы не не невидимые дефекты.

Летающий гравий иногда находит слабое место в стекле, оставляя за ним яму с круглыми вмятинами. Водяной пар в воздухе, даже в мельчайших количествах, помогает трещинам расширяться поперек лобового стекла. Молекулы воды действуют как ножницы, края которых не толще атома, двигаясь к кончику трещины и разрывая стекло на части.

Разница температур усиливает рост трещин. Если внутренняя поверхность лобового стекла составляет 70 градусов по Фаренгейту в 40-дневный день, внутри стекла разворачивается война. Холодная внешняя поверхность стекла сжимается по мере расширения горячей поверхности. На границе соприкосновения трещины расширяются.

Как в случае с водяным паром, так и в случае с температурным сценарием необходим еще один элемент для удлинения линий на ямочном лобовом стекле - ухабистое движение, которое разрывает стекло на части. Поскольку большинство дорожных бригад Аляски разбрасывают гравий для зимнего сцепления, у нас есть, в хорошем количестве, все ингредиенты для треснувших ветровых стекол.