1.4 Основные виды льда и его деформации

И. В. Молчанов разработал, а Н. И. Бородай дополнил классификацию ледяного покрова в зависимости от условий образования:

1. кристально-прозрачный ледяной покров, образующийся при спокойном замерзании;

2. зернисто-шуговой ледяной покров, образующийся из смерзшихся в сплошную массу шуговых элементов. Он имеет ярко выраженное зернистое строение, цвет от светло-серого до темно-серого в зависимости от количества включений (ила, песка и др.) и образуется при замерзании в условиях интенсивного перемешивания;

3. слоистый ледяной покров - состоит из слоев различного происхождения. Это может быть либо механическое наслоение льда под действием ветра или волнения, либо смерзание мокрого снега с ледяным покровом, на котором находился этот снег;

4. блинчатый - образуется при смерзании озерного льда, приобретшего округлые очертания льдин за счет столкновений и обламывания при дрейфе.

Классификация И. С. Песчанского с учетом динамики процесса замерзания:

1. ледяной покров нарастания (термического происхождения), образовавшийся за счет интенсивной отдачи тепла верхними слоями воды. Этот ледяной покров является основным типом, встречающимся на реках, озерах и водохранилищах;

2. ледяной покров нагромождения - создается за счет динамических процессов, когда льдины при ледоходе нагромождаясь создают торосы различной ориентации и высоты. Последующее смерзание формирует очень неровный лед, причем торосистый на верхней поверхности, имеющий неровную и бугристую нижнюю поверхность. Такой тип ледяного покрова образуется на участках с интенсивными динамическими процессами.

При приложении какой-либо силы лед начинает деформироваться, проявляя свои пластические свойства (Одрова, 1979).

По условиям происхождения деформации ледяного покрова можно разделить на три типа: 1) термические, вызываемые изменением температуры; 2) динамические, создающиеся в результате действия ветра, колебания уровня и атмосферного давления; 3) статические, возникающие при перегрузках ледяного покрова снегом.

1) В результате термических деформаций в ледяном покрове образуются трещины двух видов: мелкие, или волосные, и глубокие клинообразные сквозные, т.е. температурные швы. Мелкая трещиноватость обусловлена главным образом суточными колебаниями температуры поверхностных слоев льда. Ширина их измеряется миллиметрами. Густота трещин различна: мелкие трещины густы в кристально-прозрачном ледяном покрове, а в ледяном покрове зернистого строения – редки. В ледяном покрове, покрытом снегом, трещины развиты слабо. Глубокие трещины образуются с наступлением устойчивых похолоданий. Многосуточное охлаждение льда ведет к его сжатию.

Чем изрезаннее береговая линия, тем больше точек упора имеет ледяной покров и, следовательно, больше будет возникать сквозных «становых щелей» - громадных температурных швов. Температурные швы и трещины, возникающие при деформации, постепенно замерзают, что способствует увеличению площади поверхности льда.

2) Динамические деформации могут быть вызываны сильным ветром, изменением уровня воды и колебанием атмосферного давления, а также совместным их воздействием. Давление ветра на ледяной покров передается через касательное усилие. Таким горизонтальным усилием вызываются разрывы ледяного покрова и дрейфовый сдвиг льда, что в свою очередь приводит к надвигам одних льдин на другие и на берег, а также к образованию торосистых нагромождений.

Действие штормовых ветров типа боры не ограничивается только тангенциальным давлением на лед. Срывающийся с гор ветер создает сильно пульсирующее и неравномерное давление на ледяной покров. Под ним возбуждаются волны, которые влекут за собой колебания ледяного покрова и возникновение ледяных волн различных периодов, амплитуд и длин, распространяющихся в разные стороны. Короткие и высокие (10 - 15 см) ледяные волны вызывают разлом монолитного льда толщиной до 30 см. Трещины динамического происхождения возникают также при быстрых и сезонных колебаниях уровня воды. В первом случае обычно отмечается появление массы трещин, во втором – при отлогом дне и значительном снижении уровня воды ледяной покров в прибрежной полосе оседает на дно, а на границе осевшего и плавающего льда возникает трещина, приблизительно параллельная береговой черте.

3) Статические деформации возникают при перегрузке ледяного покрова снегом, под влиянием которого ледяной покров теряет свою плавучесть. При перегрузке ледяного покрова снегом лед оседает и вода по трещинам поднимается на его поверхность, пропитывая нижние слои снега. Если лед довольно прочен и трещин нет или размер их недостаточен, водоем превращается как бы своего рода напорный резервуар. Статические трещины т перегрузок возникают лишь в том случае, если погружение ледяного покрова затруднено берегами. Тогда создается значительный изгибающий момент, вызывающий образование трещин в ледяном покрове (Мишон, 1979).