Низкие температуры в природе и технике. Современные аспекты
| Вид материала | Документы |
- Низкие температуры в природе и технике. Современные аспекты, 17.72kb.
- План Механические колебания. Волны. Их использование в природе и технике. Кроссворд, 107kb.
- Урок по физике в 7 классе Тема урока: «Сила трения. Трение в природе и технике», 110.11kb.
- Низкие температуры, пути достижения. История и современность, 2470.9kb.
- Лабораторная работа Определение относительной влажности воздуха и температуры насыщенного, 14.75kb.
- Возможность коррекции нарушений массы тела у школьников, проживающих в условиях севера, 53.68kb.
- Билеты по информатике для 11-х классов, 61.13kb.
- Учебно-тематический план «Современные аспекты ортопедической помощи населению» Цель:, 95.08kb.
- Практическое задание на проведение расчетов с помощью электронной таблицы. Билет, 1913.55kb.
- «справочные издания о населении и природе тамбовской области XIX-XX вв.»: Некоторые, 72.28kb.
1 2
Низкие температуры в природе и технике. Современные аспекты.
Frigus (т.е.Холод). Что мы о нём знаем? Он беспощаден, суров. С первого дня своего существования человек искал убежище, чтобы не стать добычей этой стихии. Но время шло и человек развивался, он смог обуздать непримиримую стихию и сделать из него полезного союзника. Холод помогает нам осуществлять многие производственные процессы, делать сложнейшие хирургические операции. Можно сказать, что холод в какой-то степени укрощен и верно служит людям. Но все-таки в нас еще живет беспричинный страх перед ним, и кто знает, может быть не напрасно, ибо сейчас, спустя двенадцать тысяч лет после отступления ледников, ученые поговаривают о возможности нового оледенения нашей планеты. И если настанет новая ледниковая эпоха, подо льдом окажется большая часть Европы и Северной Америки. Вот почему важно так важно знать, что такое холод, чем он опасен и какую пользу можно из него извлечь. Давайте рассмотрим это поподробнее.
Первобытный холод
Пока еще не известно, почему наша планета время от времени покрывалась ледниками, но, конечно, гипотез было выдвинуто немало. Известно, однако, что за последние два миллиона лет на Европу и Северную Америку несколько раз надвигались с севера гигантские ледники, толщиной в сотни метров. Ученые предполагают, что еще задолго до этого Австралия, Южная Америка, Африка, полуостров Индостан в Азии и Антарктиды, составляющие когда-то единый материк, были почти целиком покрыты льдами. Оледенения, более близкие к нам по времени, происходили в эпоху плейстоцен, ледник, покрывавший землю, начал таять и отступать на север. Вслед за суровыми ледниковыми периодами, оттеснявшими все живое к экватору, наступало потепление, и жизнь снова распространялась по всей планете; растения и животные развивались, приспосабливаясь к новым условиям обитания. Примерно с шестого тысячелетия до нашей эры климатические условия на Земле почти не менялись. Ученые предполагают, что оледенения повторяются периодически и что сейчас на Земле очередное потепление между двумя ледниковыми эпохами. Великие ледниковые эпохи сыграли большую роль в формировании рельефа нашей планеты.
Дом холода
Полярные области вокруг Северного и Южного полюса - самые холодные и самые пустынные районы земного шара. Северный полюс находится на дрейфующем льду
в самом центре Северного Ледовитого океана. Северная полярная область лежит за Полярным кругом, к северу от 66 градусов 33 минут северной широты. Особенности Северного полюса: он имеет координаты 90 градусов с.ш. Долготы полюс не имеет: фактически Северный полюс — это точка, которая принадлежит любому меридиану.
День на полюсах длится около 187 суток. Ночь — 178 суток, из которых в течение 15-16 суток до восхода и после заката наблюдается белая ночь. При этом день и ночь сменяются только за счёт вращения Земли вокруг Солнца, а не Земли вокруг своей оси, в течение суток Солнце ходит по небосводу горизонтальными кругами, точнее, по пологой спирали. Выйдя из-под горизонта, Солнце в течение чуть более 3 месяцев (до летнего солнцестояния) поднимается, в момент солнцестояния достигает наибольшей высоты (продолжая горизонтально кружить по небу), затем в течение ещё чуть более 3 месяцев опускается, пока не уйдёт под горизонт. Из-за вариаций атмосферной рефракции при восходе или заходе Солнца на полюсе в ясную погоду можно наблюдать одну - две «попытки». Притом из-за рефракции и собственного диаметра Солнца, который равен примерно 32′, в течение нескольких суток Солнце светит на обоих полюсах.
Максимальная высота Солнца над горизонтом на полюсе не превышает склонения Солнца в день летнего солнцестояния: ≈23°26′. Это относительно немного, примерно на такой высоте Солнце находится на широте Москвы в полдень 21 февраля или 21 октября. Видимое движение Луны по небосводу на полюсе напоминает таковое для Солнца с той разницей, что полный цикл занимает не год, а тропический месяц (приблизительно 27,32 суток). Луна выходит из-под горизонта, в течение недели по пологой спиральной траектории поднимается до высшей точки, в течение следующей недели опускается, а затем почти две недели находится под горизонтом. Наибольшая возможная высота Луны над горизонтом на полюсе равна 28°43′. Видимая фаза Луны на полюсе зависит от времени года: Зимой Луна восходит в первой четверти, проходит высшую точку в полнолуние и заходит в последней четверти. Весной Луна восходит в новолуние (рядом с Солнцем), проходит высшую точку в первой четверти и заходит в полнолуние. Летом Луна восходит в последней четверти, проходит высшую точку в новолуние и заходит в первой четверти. Осенью Луна восходит в полнолуние, проходит высшую точку в последней четверти и заходит в новолуние. Небесный экватор на Северном полюсе совпадает с линией горизонта. Все звёзды к северу от небесного экватора не заходят, а все южные — не восходят, так как нет изменений высоты звёзд над горизонтом. В зените находится Полярная звезда (а точнее — Северный полюс мира), в надире — Южный полюс мира. Высота звёзд над горизонтом постоянна и равна их склонению (если пренебречь рефракцией). Южная полярная область, или Антарктика, расположена к югу от 66 градусов 33минут.
Граница Антарктики проходит по линии Антарктической конвергенции в пределах 48-60° ю.ш., однако иногда к Антарктике относят острова вплоть до 37° ю.ш., что является больше политическим решением, чем соответствием климатическим условиям (острова Гоф и Амстердам). Другой вариант — ограничение территории зоной Конвенции об Антарктике (южнее 60° ю.ш.). Северную часть выделяют как субантарктический пояс. Общая площадь около 52 млн. км².
Антарктика - наиболее суровая климатически область Земли с низкими температурами воздуха, сильными ветрами, снежными бурями и туманами. Материк и близлежащие острова имеют покровное оледенение.
В полярных областях так холодно главным образом потому, что наша Земля - шар. Солнечные лучи у полюсов падают на земную поверхность под большим углом и распределяются на гораздо большей площади, чем на экваторе, поэтому интенсивность тепла и света здесь значительно меньше. Наклон земной оси в сторону Солнца - еще одна причина лютых морозов в этих районах. Летом северная полярная область обращена к Солнцу, зимой - в противоположную сторону.
Антарктика получает солнечной радиации больше, чем Арктика, и, несмотря на это, здесь холоднее из-за более интенсивного передвижения воздушных масс с севера на юг; к тому же нельзя забывать о том, что холода в Арктике менее лютые благодаря влиянию Северного Ледовитого океана, составляющего в поперечнике примерно 800 километров.
Кстати, императорские пингвины - один из немногих видов птиц, которые живут у Южного полюса круглый год. Даже от шестидесятиградусного мороза пингвинов защищает толстый слой подкожного жира. Самцы императорского пингвина достигают роста 117 см, максимально до 1,3 м и весят в среднем 35-40 кг, но максимально вес самца может достигать 60 кг. Самки достигают 114 см роста и 28-32 кг веса. Это самый крупный из всех современных пингвинов.
Мускульная масса императорского пингвина также является самой большой из всех видов птиц (в основном за счет грудных мускулов). Оперение императорского пингвина на спине чёрное, а на груди белое, что делает его в воде менее заметным для врагов. Под шеей и на щеках у него жёлто-оранжевая окраска. Птенцы покрыты белым или серовато-белым пухом.
Паковый лед в районе Северного полюса имеет толщину в среднем пять метров. Мощность ледяного щита, который покрывает всю Гренландию, местами достигает 3000 метров. Гренландский ледяной щит - второй по размеру ледяной щит мира после Антарктического. Площадь щита - 1,71 млн. км², он занимает около 80 % территории Гренландии, протяжённость с севера на юг почти 2,4 тыс. км, а ширина на севере достигает 1100 км. Средняя толщина льда - 2135 м.. Наибольшая толщина щита превышает 3000 м.. Возраст льдов оценивается приблизительно в 110 тыс. лет. Расположен щит в центре острова, от моря отделён полосой земли, в некоторых местах его граница расположена практически на побережье. Берега Гренландии сильно изрезаны глубокими и длинными фьордами, доходящими до краёв ледяного щита. Гренландский ледяной щит — не единственный ледник острова, у побережья расположены и другие изолированные ледники и ледяные шапки. В связи с потеплением климата, Гренландский ледяной щит уменьшается. В 2007 и 2008 гг. наблюдения со спутников показали, что территория ледового щита достигла минимума за 30 лет наблюдений. Объёмы ледника расцениваются в 2,85 млн. км³, при его таянии уровень Мирового океана поднялся бы более, чем на 7 м. Считается, что при повышении температуры в регионе всего на 3°С ледниковый щит может растаять полностью.
Многовековые льды Гренландского щита привлекают научные экспедиции. В 1930 году экспедицией под руководством Альфреда Вегенера была основана полярная станция Айсмитте, где на высоте около 3000 м были проведены метеорологические игляциологические исследования. В 1952—1954 гг действовала британская станция Норт-Айс. В 1960-х гг. американскими военными развивался проект «Ледяной червь». В 1990-е в рамках проекта «Greenland ice core project» была пробурена скважина глубиной 3028 м до основания ледяного щита.
Антарктиду покрывает более мощный ледник. Он сползает в океан, и вокруг материка образуется полоса морских льдов шириной 1250-1450 километров. Подледная поверхность Антарктиды делится на две части: островную и континентальную, которая представляет собой ряд высоких плато, разделенных глубокими впадинами. Мощность ледника на Южном полюсе - 3000 метров, а кое-где 5000 и более метров.
Паковый лед - морской лёд толщиной не менее 3 метров, просуществовавший более 2 годовых циклов нарастания и таяния. В виде обширных ледяных полей наблюдается преимущественно в Арктическом бассейне. Более правильное название - многолетний лёд. В английском языке под паковым льдом понимаются свободно плавающие ледяные массивы, сползшие в воду и оторвавшиеся от ледников на суше, а также дрейфовавшие льдины, захваченные впоследствии прибрежным льдом. У морского льда есть такое свойство: уже при образовании он отличается меньшей солёностью, чем морская вода. По мере продолжения "жизни" он всё более приближается к пресному состоянию и наконец становится годным для употребления в пищу. При разломе пакового льда образуются ледяные поля. Доступные для судов проходы между паковыми льдами называются разводьями.
Годовая температура в Арктике колеблется от 0 С летом до - 35 С зимой в районах пакового льда и от +15 С до - 40 С в Центральной Гренландии. Самая низкая температура в Северном полушарии была зарегистрирована в Сибири ( -68 С ). Средняя температура на Южном полюсе (3000 м над уровнем моря ) - 51 С. В Антарктиде находится полюс холода нашей планеты. Здесь температура достигает иногда -88 С. Принимая сей факт во внимание люди делают постройки сделанные либо изо льда или же во льду прорывают канаву на глубину около 2 метров и шириной 4 метра. Туда помещают короба-комнаты, которые в дальнейшем по установке соединяются между собой трубами огромного диаметра.
Дитя Холода - Ледник.
Ледник - масса льда преимущественно атмосферного происхождения, испытывающая вязко-пластическое течение под действием силы тяжести и принявшая форму потока, системы потоков, купола (щита) или плавучей плиты. Образуются ледники в результате накопления и последующего преобразования твёрдых атмосферных осадков (снега) при их положительном многолетнем балансе.
Общим условием образования ледников является сочетание низких температур воздуха с большим количеством твёрдых атмосферных осадков, что имеет место в холодных странах высоких широт и в вершинных частях гор. Однако, чем больше суммы осадков, тем выше могут быть температуры воздуха. Так, годовые суммы твёрдых осадков меняются от 30-50 мм в Центральной Антарктиде, до 4500 мм на ледниках Патагонии, а средняя летняя температура от −40 °C в Центральной Антарктиде, до +15 °C у концов самых длинных ледников Средней Азии, Скандинавии, Новой Зеландии, Патагонии.
Преобразование снега в фирн, а затем в лёд, может идти как при отрицательной температуре, так и при температуре таяния. В первом случае — путём рекристаллизации, вызываемой давлением вышележащей толщи и уменьшением пористости снега. Во втором случае — посредством таяния снега с повторным замерзанием талой воды в толще (подробнее см. зоны льдообразования). На леднике выделяют в верхней части область питания (аккумуляции) и в нижней части область расхода (абляции), то есть области с положительным и отрицательным годовым балансом массы. Эти две области разделяет граница питания, на которой накопление льда равно его убыли. Избыток льда из области питания перетекает вниз в область абляции и восполняет там потери массы, связанные с таянием, испарением и механическим разрушением.
В зависимости от изменяющихся во времени соотношений аккумуляции и абляции происходят колебания края ледника. В случае существенного усиления питания и превышения его над таянием, край ледника продвигается вперёд — ледник наступает, при обратном соотношении ледник отступает. При длительно сохраняющемся равновесии питания и расхода край ледника занимает стационарное положение.
Кроме таких вынужденных колебаний, прямо связанных с балансом массы, некоторые ледники испытывают быстрые подвижки (пульсации, серджи), которые возникают как результат процессов внутри самого ледника — скачкообразных перестроек условий на ложе и перераспределения вещества между областями аккумуляции и абляции без существенного изменения общей массы льда.
Современные ледники покрывают площадь свыше 16 млн км², или около 11 % суши. В них сосредоточено более 25 млн км³ льда — почти две трети объёма пресных вод на планете.
В определённых условиях (низкая температура, низкая влажность воздуха, высокая солнечная радиация) на поверхности ледников могут образовываться кающиеся снега и льды, остроконечные образования, иногда достигающие длины нескольких метров, которые наклонены в направлении на полуденное положение солнца и напоминают коленопреклонённые фигуры молящихся. Впервые это природной явление было обнаружено Чарльзом Дарвином в 1835 г. во время его путешествия в Анды в Южной Америке. Для областей питания горных ледников местах характерны бергшрунды или, иначе, подгорные трещины, которые отделяют движущийся ледник от неподвижных масс снега, фирна и льда на окружающих склонах.
Отступающий ледник и его влияние на окружающий рельеф
Существуют многообразные классификации ледников. Большинство из них морфологические или морфолого-динамические, использовавшиеся в основном при составлении каталогов ледников. Здесь приведена отечественная морфологическая классификация, применявшаяся при составлении Каталога ледников СССР с некоторыми дополнениями. Сходные схемы существуют во Всемирной службе слежения за ледниками (WGMS) и новом проекте каталогизации ледников (GLIMS). Кроме того, есть геофизические классификации ледников по их термическому режиму и гидротермическому состоянию. Ледники можно разделить на группы на морфологическую и геофизическую. Морфологическая классификация ледников.
Горные ледники (горное оледенение) — наземные ледники, залегающие в горном рельефе, объединённые по морфологическим признакам. Форма ледников зависит от подстилающего рельефа, их движение определяется в основном силой стока.
Ледники вершин — лежат на вершинных поверхностях отдельных гор, хребтов и горных узлов.
Ледник конических вершин — покрывает со всех сторон отдельно расположенную вершину, со сравнительно ровным нижним краем, если склоны слабо расчленены, и с выводными языками, спускающимися по ложбинам и радиальным впадинам. В последнем случае ледник имеет звездообразный вид.
Ледник плоской вершины — имеет форму плосковыпуклого купола, покрывающего выровненные наклонные поверхности отдельных вершин и гребней. Заканчивается крутым обрывом и одним -двумя короткими выводными языками, спускающимися по ложбинам на склоне.
Кальдерный ледник — располагается в кальдере вулкана, иногда с одним или несколькими выводными языками.
Ледники склонов — занимают депрессии на склонах горных хребтов и отдельные участки слабо дифференцированных склонов.
Присклоновый ледник — небольшой ледник на узкой поверхности структурной террасы или какой-либо пологой площадке у подножья крутого уступа.
Висячий ледник — небольшой ледник, залегающий в слабо выраженных впадинах на крутых склонах гор и оканчивающийся высоко на склоне основной долины.
Каровый ледник — сравнительно небольшой ледник, лежащий в чашеобразном углублении склона — каре, созданном или расширенном деятельностью снега и льда.
Карово-долинный ледник — каровый ледник, язык которого спускается в нижележащую долину, но на расстояние, не превышающее одной -двух третей общей длины ледника.
Ледники долин — располагаются в верхних и средних частях горных долин.
Долинный ледник — ледник, язык которого расположен в ледниковой долине, а область питания (фирновый бассейн) — в чашеобразном расширении её верховья.
Сложный долинный ледник — ледник, образующийся из двух или более ледниковых потоков с самостоятельными областями питания. Сливаясь, такие потоки обычно до конца сохраняют самостоятельную структуру и разделяются срединной мореной.
Дендритовый ледник — сложный долинный ледник, состоящий из ряда притоков разного порядка с самостоятельными областями питания, вливающихся в главный ледник.
Ширококонечный ледник — ледник, язык которого спускается по горной долине до её выхода в следующую более широкую долину или на предгорную равнину, где распространяется вширь и часто имеет форму «лапы».
Предгорный ледник — обширный ледник, распластанный вдоль подножья горного хребта, образованный из нескольких долинных ледников с самостоятельными областями питания, слившихся при выходе на равнину.
Котловинный ледник — ледник, область питания которого находится в обширном цирке, а язык выходит за пределы образовавшейся котловины на расстояние одной -двух третей длины. Отличается от каровых и карово -долинных ледников намного большими размерами и толщиной до нескольких сотен метров.
Отдельно выделяются:
Переметные ледники — один или несколько ледников, расположенных на противоположных склонах и имеющих общую область питания на седловине хребта. Они могут быть висячими, долинными и склоновыми.
Возрождённый ледник (регенерированный ледник) — долинный ледник, лишённый фирнового бассейна и питающийся обвалами льда с висячего или более высоко расположенного долинного ледника.
Горнопокровные ледники (горнопокровное или сетчатое оледенение) — переходные от горных к покровным ледникам. Сочетают в себе локальные ледниковые плато и купола с большими долинными и предгорными ледниками в сквозных долинах. Покровные ледники (покровное оледенение) — класс ледников, куда объединены морфологические типы, форма которых не зависит от рельефа земной поверхности, а обусловлена распределением питания и расхода льда. Движение льда определяется преимущественно силой растекания и происходит, как правило, от центральной части к периферии.
Ледниковый покров (покровный ледник) — система ледниковых щитов, ледниковых куполов, выводных ледников, ледяных потоков и шельфовых ледников, погребающая сушу, шельф, в иногда и глубокие моря на площадях в сотни тысяч — миллионы квадратных километров. Различаются: наземные покровы, которые налегают на каменное ложе, расположенное выше уровня океана, и «морские» покровы, которые состоят из внутренних частей («морских» щитов и ледяных потоков), налегающих на глубоко погруженное каменное ложе, и периферических частей (шельфовых ледников), являющихся плавучими.
Ледниковый щит — выпуклый плоско-куполовидный ледник, характеризующийся значительной (свыше 1000 м) толщиной, большой (свыше 50 тыс. км²) площадью, примерно изометрической плановой формой и радиальным течением льда. Морфология и движение ледникового щита почти не зависит от рельефа ложа.
Ледоём — крупный элемент сетчатых ледниковых систем, который получает развитие в условиях горно-котловинного рельефа; — изометричные или слегка вытянутые в плане массы льда, заполняющие межгорные котловины. Развившиеся ледоёмы пополняются льдом за счёт впадающих в них долинных ледников, а кроме того могут получать снежное питание и на свою собственную поверхность; - межгорные впадины и расширения речных долин, которые полностью заполнялись ледниками горного окружения
Ледниковый купол (ледниковая шапка) — выпуклый ледник, сходный с ледниковым щитом, но имеющий толщину и площадь соответственно меньше 1000 м и 50 тыс. км².
Выводной ледник — быстро движущийся поток льда, через который происходит основной расход льда с данного ледосборного бассейна наземного ледникового щита. Залегает в скальной долине, в краевых частях обычно отмеченной выходами скал и нунатаков. Могут выходить за пределы ледниковых щитов и пересекать краевые возвышенности. При впадении в морские бассейны может питать шельфовый ледник или распадаться на айсберги.
Ледяной поток — полосовидный участок ускоренного движения льда «морского» ледникового щита, текущий в ледяных берегах, но обычно следующий долинообразным понижениям ложа. При впадении в морские бассейны может питать шельфовый ледник или распадаться на айсберги.
Шельфовый ледник — плавучий ледник, имеющий форму плиты с почти горизонтальными верхней и нижней поверхностями, значительной толщиной (в сотни метров) и большой горизонтальной протяжённостью. Питается за счёт аккумуляции снега, притока льда с суши, и намерзания льда из морской воды снизу. Обычно имеет свободный край (барьер), от которого откалываются айсберги. В краевой части намерзание на нижней поверхности обычно сменяется таянием. Подразделяются на внешние, прикреплённые к выровненному или выпуклому берегу, и внутренние, охваченные берегами с нескольких сторон. Те и другие, могут иметь контакт с поднятиями дна.
Геофизическая классификация ледников.
Эта классификация учитывает географическое и климатическое положение ледников, их температурный режим и содержание воды во льду. При этом под тёплым льдом понимается лёд, находящийся при температуре плавления и содержащий в себе некоторое количество жидкой воды, а под холодным льдом — имеющий температуру ниже точки плавления.
Полярные ледники (холодные ледники): высокополярные и сильно континентальные ледники, полностью холодные и полностью сухие; ледники более низких широт и континентальных областей умеренных широт, полностью холодные зимой и кратковременно слабо влажные на поверхности летом.
Субполярные ледники (переходные ледники): сходные с предыдущим подтипом, но у их ложа в центральной части ледников есть тонкий слой тёплого льда; высокогорные, ледники в области аккумуляции состоит из холодного и сухого льда, а в области абляции из тёплого и влажного; высокоширотные в районах с морским климатом, ледники в области аккумуляции состоят из тёплого льда, а в области абляции из холодного льда; слабоконтинентальные, ледники в области аккумуляции состоят из верхнего слоя холодного льда и нижнего тёплого льда, а в области абляции целиком из холодного льда. Умеренные ледники — в районах с морским климатом, тёплые и влажные во всей толще.
