Замерзание

(физич. Географ. И метеорол.) — Физики и химики исследуют переход самых разнообразных тел из жидкого в твердое состояние при очень различных температурах. Для физич. Географии и метеорологии имеет значение лишь вода (с водяными растворами солей), как тело очень распространенное на земном шаре и переходящее в твердое состояние при давлениях и температурах, встречаемых в земной атмосфере, водах и земной коре. В большей части источников, рек, проточных озер и отчасти и в земной коре вода встречается хотя и не в чистом виде, но с примесями столь малыми, что физические свойства этих вод, обыкновенно наз. Пресными, существенно не отличаются от свойств чистой воды. Очень важно то, что вода замерзает при 0° и имеет наибольшую плотность около 4° Ц.

Это значительно способствует З. Пресных вод, стоячих или находящихся в слабом движении. При температурах выше 4° вода тем легче, чем теплее, а при температурах ниже 4°, обратно, — чем холоднее вода, тем она легче. Холодная вода остается наверху и, следовательно, легко замерзает. Поэтому большие пресноводные озера (напр. Ладога, Онега, Байкал), с лишком на 9/10 наполненные водой около 4°, могут замерзать сплошь зимою. Ветры, разводя волнение, замедляют сплошное замерзание. Они разбивают лед — и перемешивают слои воды между собою, т. Е. Наиболее холодную верхнюю с более теплой нижележащей. Чем глубже водоем, тем больше волнение при той же силе ветра. Малые озера иногда в одну ночь замерзают сплошь, а оз. Байкал лишь 3 месяца после того, как средняя температура окружающего воздуха опустилась ниже 0°.На быстро текущих реках З.

Идет недружно и долго задерживается тем, что течение перемешивает слои воды и не дает верхнему слою остыть до 0°. На таких реках часто лед образуется не сверху (сало), а сначала на дне, затем льдины всплывают, мелкие соединяются между собою и т. Д. Это явление — образование придонного льда — не вполне еще разъяснено. Иные думают, что происходит охлаждение дна через лучеиспускание сквозь воду. Часто старались найти зависимость между временем З. Рек, озер и т. Д. И суммами средних суточных температур воздуха ниже 0° от начала морозов до дня З. (см. Рыкачева "Вскрытие и замерзание вод в России"), но очевидно, что точного соответствия быть не может. Теплоемкость воздуха настолько мала сравнительно с теплоемкостью воды, что он оказывает заметное влияние главным образом на неглубокие водоемы и то при сильном ветре.

Гораздо важнее для З. Лучеиспускание поверхности воды. Поэтому при прочих равных условиях воды быстрее замерзают в ясную погоду, чем в пасмурную и туманную. Раз на водоеме образовался лед и в особенности после того, как он покрылся снегом, эти тела, как дурные проводники тепла, защищают воду от охлаждения, и дальнейшее З. Ее идет медленнее. В воде морей и непроточных озер настолько много солей, что они значительно видоизменяют физические свойства воды. В морях решительно преобладает хлористый натрий (поваренная соль). Состав солей морской воды почти одинаков везде, различаясь только их количеством. Чем более солей, тем ниже точка З. Раствора. Но замерзание морской воды замедляется и тем, что, начиная с количества солей около 2 1/3 %, точка З.

Ниже, чем температура наибольшей плотности раствора (среднее количество солей в морской воде около 3 1/2 %), следовательно, более холодная вода опускается. Это очень затрудняет З. Морской воды с поверхности, а если оно происходит, то потому, что. 1) нередко верхние слои содержат менее солей, чем остальные. Они остаются наверху, даже когда холоднее, что особенно бывает осенью, после таяния льда и приноса большого количества пресной воды реками, 2) при очень сильных и холодных ветрах с материка вода остывает очень быстро, и образуется лед. 3) при падении снега на поверхности соленой воды образуются, как известно, смеси температурой значительно ниже 0°. На морях сев. Полушария образуется более льда, чем на морях южного, вследствие того, что первые более окружены материками и островами и получают большее количество пресной речной воды.

Некоторые из русск. Морей имеют соленость менее 2 1/3 %, чем еще облегчается З. Их зимой. Всего меньше соленость Балтийского моря, затем Азовского и Черного. Мала также соленость Карского моря и особенно Обской губы, сев. Части Японского м. (близ устья Амура), но соленость этих морей очень изменчива, потому что они соединены с открытыми солеными морями довольно широкими рукавами. Когда ветер с моря, соленость быстро возрастает. Многие большие озера, напр. Каспий и Арал, по составу воды приближаются к морям и имеют соленость значительно менее океанской, чем облегчается их З. При З. Соленой воды происходит соединение части солей со льдом и отчасти механическое включение, отчасти выделение остальных солей. Лед, образовавшийся из соленой воды, тает при той же, ниже 0°, температуре, при которой образовался (на океанах около -1°).

На океанах, кроме морского льда (ледяных солей, нем. Eisfelder), есть еще лед в виде ледяных гор (нем. Eisberge), образовавшийся из обломков ледников и тающий при 0°, как всякий пресноводный лед.Зависимость толщины льда от времени и других условий теоретически исследована Стефаном. Он нашел, что она пропорциональна квадратному корню времени замерзания. Он же на основании многих наблюдений полярных экспедиций нашел коэффициент теплопроводности полярного морского льда k = 0,0042 (см. "Wiedemans Annalen", т. XLII, стр. 269. Много данных о толщине полярных льдов и пр. У Weyprecht, "Die Metamorphosen des Polareises"). З. Воды происходит и в земной коре и имеет большое влияние на нее. Вода расширяется при замерзании, поэтому, замерзая в трещинах скалы, она мало-помалу измельчает их.

Швейцарские геологи заметили, что в полосе гор, где чаще всего переходы от температуры выше 0° к температ. Ниже 0° и обратно, измельчение и распадение скал идет быстрее, чем в нижней горной полосе, где морозы реже, и в верхней, где температура ниже 0° решительно преобладает. Замерзание способствует измельчению и разрыхлению плотных глинистых и суглинистых почв, и сельские хозяева часто оставляют почву в глыбах на зиму, чтобы способствовать этому процессу. Это увеличивает поверхность излучения и соприкосновения с воздухом и, следовательно, увеличивает промерзание. Относительно замерзания почвы или его отсутствия можно отличить 5 полос на земном шаре. 1) Почва никогда не охлаждается ниже 0°, и следовательно, не замерзает.

Это тропический пояс, кроме гор, и более теплая часть умеренного пояса, особенно вблизи моря. 2) Почва промерзает сверху на более или менее долгий срок, но на небольшой глубине (обыкновенно менее сажени) температура всегда выше 0°. Большая часть умеренного пояса, в Скандинавии до 71° с. Ш., горы тропиков и теплой части умеренного пояса. 3) На некоторой глубине есть слой постоянно мерзлой почвы, или мерзлоты, сверху оттаивает небольшой слой летом. Больш. Часть Вост. Сибири и часть Канады. Здесь, следовательно, большая часть почвы находится постоянно в мерзлом состоянии и лишь самая верхняя часть оттаивает. 4) Почва, или верхняя часть земной коры, постоянно мерзлая. На южно-полярном материке и на очень высоких горах и более низких широтах, где поверхность защищена от солнечных лучей.

5) Температура верхних слоев почвы опускается ниже 0°, но она не замерзает, а остается в рыхлом, не связанном состоянии, что зависит от отсутствия или слишком малого количества воды в почве. В таком состоянии часто бывают гальковые или крупнозернистые песчаные почвы даже не в очень сухих климатах, а в пустынях, наприм. Равнин Туркестана, нагорий и гор Центральной Азии, Северной Америки (между Скалистыми горами и Сьеррой-Невадой), высокого нагорья Неру и Боливии, в таком состоянии находятся даже глинистые почвы.См. Вскрытие, Иней, Лед, Мерзлота почвы, Растворы. О замерзании отдельных рек, озер, морей — см. Соответствующие статьи, напр. Волга (см.). А. Воейков..