海冰
海冰,海水冻结而成的咸水冰。但广义的海冰指海洋上一切的冰(或咸水冰、河冰、冰山等)。大陆冰川或陆架冰滑入海洋后断裂而成的巨大冰块中,露出海面的高度在5米以上者称为冰山,高度大者可达几十米,长度一般为几百米至几十公里。特大的冰山叫冰岛。
海冰指直接由海水冻结而成的咸水冰,亦包括进入海洋中的大陆冰川(冰山和冰岛)、河冰及湖冰。咸水冰是固体冰和卤水(包括一些盐类结晶体)等组成的混合物,其盐度比海水低2~10‰,物理性质(如密度、比热、溶解热,蒸发潜热、热传导性及膨胀性)不同于淡水冰。海冰的抗压强度主要取决于海冰的盐度、温度和冰龄。通常新冰比老冰的抗压强度大,低盐度的海冰比高盐度的海冰抗压强度大,所以海冰不如淡水冰密度坚硬,在一般情况下海冰坚固程度约为淡水冰的75%,人在5厘米厚的河冰上面可以安全行走,而在海冰上面安全行走则要有7厘米厚的冰。当然,冰的温度愈低,抗压强度也愈大。1969年渤海特大冰封时期,为解救船只,空军曾在60厘米厚的堆积冰层上投放30公斤炸药包,结果还没有炸破冰层。
海洋中冻结而成的咸水冰。广义的海冰还包括在海洋中的河冰、冰山等。最初形成的海冰是针状的或薄片状的,随后聚集和凝结,并在风力、海流、海浪和潮汐的作用下,互相堆叠而成重叠冰和堆积冰。一般情况下都浮于海面,形状规则的海冰露出水面的高度为总厚度的1/7~1/10,尖顶冰露出的高度达总厚度的1/4~1/3。反射率为0.50~0.70,抗压强度约为淡水冰的3/4。海冰可分为两类:①固定冰。多分布在大陆沿岸或岛屿附近,与海岸、岛屿,甚至与海底冻结在一起。②浮冰或冰山。随风、浪、流而漂移。
也有说出现在海上的冰。包括来自大陆的淡水冰(冰川和河冰)和由海水直接冻结而成的咸水冰。一般多指后者。海冰与海岸或海底冻结在一起的称为“固定冰”;能随风、海流漂移的称为“浮冰”。海冰在冻结和融化过程中,会引起海况的变化;流冰会影响船舰航行和危害海上建筑物。
生成
海冰初生时,呈针状或薄片状冰晶;继而形成糊状或海绵状;进一步冻结后,成为漂浮于海面的冰皮或冰饼,也叫莲叶冰;海面布满这种冰后,便向厚度方向延伸,形成覆盖海面的灰冰和白冰。
海冰是淡水冰晶、“卤水”和含有盐分的气泡混合体。按发展阶段,可分为初生冰、尼罗冰、饼冰、初期冰、一年冰和老年冰6大类;按运动状态可分为固定冰和流冰两大类。固定冰与海岸、海底或岛屿冻结在一起,能随海面升降,从海面向外可延伸数米或数百千米。流冰漂浮在海面,随着海面风向和海流向各处移动。
长江(大约北纬30度)以北的湖泊,冬天都有冰冻现象。但是,在北纬60度以南的大洋面上,几乎难于见到就地生成的海冰。海水结冰要比陆地上淡水结冰困难的多。首先,海水含盐度很高,降低了海水的冰点。淡水结冰是在0度,含10‰盐度的水冰点为-0.5℃,而含35‰盐度的水冰点是-1.9℃。地球上各大洋海水平均盐度为34.48‰,因此,海水的冰点在-1.9℃左右。海水平均盐度是34.48‰,远远超过24.7‰,所以海水达到冰点时,尚未达到海水的最大密度因而海水的对流混合作用并不停止,大大妨碍了海水的结冰。此外,海洋受洋流、波浪、风暴和潮汐影响很大,这些因素一方面加强了海水混合作用,一方面也使冰晶难以形成。
海冰的成长
首先向水平方向发展,再沿厚度方向延伸,随着时间的推移,增长速率也减慢。最初生成的海冰,是针状或薄片状的冰晶。大量冰晶的聚集和凝结,或降雪落至海面而不融化,就形成糊状或海绵状的冰。在平静或有风浪的海面,糊状冰或海绵状冰会进一步冻结,分别形成冰皮或饼冰(莲叶冰)。这类冰再增厚,就形成灰冰和白冰。有时,受风、浪、流、潮的作用,冰层相互重叠堆积,便形成重叠冰和堆积冰。
性质
海冰融化成液体后的盐度,称为海冰的盐度,其值为3~25,它与海水的盐度、结冰速率和冰龄等有关。海水的盐度愈高,结冰愈快,海冰盐度就愈高;冰龄愈长,海冰盐度就愈低。海冰密度为0.85~0.94克/厘米,略小于海水密度,所以冰块一般都浮于海面。形状规则的海冰,露出水面部分为总厚度的1/7~1/10,尖顶冰山露出水面的高度,约为其总厚度的1/4~1/3。海冰的比热较淡水冰大,但溶解潜热比淡水冰小。海冰表面的热传导系数为淡水冰的1/3,但厚度不到1米时和淡水冰相似。海冰的反射率为0.50~0.70,其抗压强度约为淡水冰的3/4。
海冰其按形成和发展阶段分为:初生冰、尼罗冰、饼冰、初期冰、一年冰和多年冰。按运动状态分为固定冰和浮(流)冰。前者与海岸、岛屿或海底冻结在一起,多分布于沿岸或岛屿附近,其宽度可从海岸向外延伸数米至数百公里;后者自由漂浮于海面,随风、浪、海流而漂泊。海水具有显着的季节和年际变化。北半球冰界以3~4月最大(面积约1100万公里2),8~9月最小(约700~800万公里2),流冰群主要绕洋盆边缘流动,多为3~4米厚的多年冰。南半球冰区以9月最大(面积1880万公里2),3月最小(面积约260万公里2),多为2~3米厚的“一冬冰”。海冰对海洋水文要素的垂直分布、海水运动、海洋热状况及大洋底层水的形成有重要影响;对航运、建港也构成一定威胁。中国渤海和黄海北部,每年冬季皆有不同程度的结冰现象,且冰缘线与岸线平行;常年冰期约3~4个月,盛冰期固定冰宽0.2~2公里;冰厚:北部多为20~40厘米,南部10~30厘米,对航行及海洋资源开发影响不大。
海冰是极地和高纬度海域所特有的海洋灾害。在北半球,海冰所在的范围具有显着的季节变化,以3~4月份最大,此后便开始缩小,到8~9月份最小。
北冰洋几乎终年被冰覆盖,冬季(2月)约覆盖洋面的84%。夏季(9月)覆盖率也有54%。因北冰洋四周被大陆包围着,流冰受到陆地的阻挡,容易叠加拥挤在一起,形成冰丘和冰脊。在北极海域里,冰丘约占40%。
北冰洋的白令海、鄂霍次克海和日本海,冬季都有海冰生成;大西洋与北冰洋畅通,海冰更盛。在格陵兰南部,以及戴维斯海峡和纽芬兰的东南部都有海冰的踪迹,其中格陵兰和纽芬兰附近是北半球冰山最活跃的海区。
南极洲是世界上最大的天然冰库,全球冰雪总量的90%以上储藏在这里。南大洋上的海冰,不同于格陵兰冰原上的冰,也不同于南极大陆的冰盖,只有环绕南极的边缘海区和威得尔海,才存在着南大洋多年性海冰。在冬半年(4~11月),一二米厚的大块浮冰不规则地向北扩展,把南纬40°以南的南大洋覆盖了1/3。南极洲附近的冰山,是南极大陆周围的冰川断裂入海而成的。出现在南半球水域里的冰山,要比北半球出现的冰山大得多,长宽往往有几百公里,高几百米,犹如一座冰岛。
冰是单矿岩,不能和盐物共处。水在结晶过程中,会自动排除杂质,以保持其纯活。因此,海水冻结时产生的冰晶,是淡水冰。但是,结冰过程往往较快,会使一些盐分以“盐泡”的方式保存在冰晶之间,冰晶外璧也会粘附上一些盐分,所以海冰实际上不是淡水冰,还是有咸味的。海冰比海水的盐度显然小得多,大致在0.5‰到l5‰之间,一般为3-7‰左右。
冰晶间的盐泡不是静止不动的,它的浓度高而比重大,因重力而沿冰晶间隙下坠。因海冰顶部要比底部淡。另外,冰中如果存在温度梯度,会使盐泡向高温方向移动。有人作了一次实验,把含盐泡的海冰由上部加热,泡竟违反重力规则而向上迁移。这是由于海水结冰时,温低于水温,因而盐泡向底部迁移。
留在冰块里的盐泡,在气温升高到融点时,往往互相沟通,使盐汁漏出于冰块之外。来年海在夏季就因这个缘故排出盐分。经过若干年后,多年海冰顶部几乎变成淡水冰。我国西北某些地区干旱而且水质苦咸,那里的人们就创造了结冰法淡化苦咸水,他们在冬天把冰块搬进水窑和农田里,待春暖后再饮用和灌溉。据试验,原先含盐量8-25克/升的苦水经淡化后,含盐量降低到3-7克/升,除盐率达到了60-80%。
漂浮在海洋上的巨大冰块和冰山,受风力和洋流作用而产生的运动,其推力与冰块的大小和流速有关。据1971年冬位于我国渤海湾的新“海二并”平台上观测结果计算出,一块6公里见方,高度为1.5米的大冰块,在流速不太大的情况下,其推力可达4000吨,足以推倒石油平台等海上工程建筑物。
海冰对港口和海上船舶的破坏力,除上述推压力外,还有海冰胀压力造成的破坏。经计算,海冰温度降低1.5度时,1000米长的海冰就能膨胀出0.45米,这种胀压力可以使冰中的船只变形而受损;此外,还有冰的竖向力,当冻结在海上建筑物的海冰,受潮汐升降引起的竖向力,往往会造成建筑物基础的破坏。1912年4月发生的“泰坦尼克”号客轮撞击冰山,遭到灭顶之灾,是本世纪海冰造成的最大灾难之一。我国1969年渤海特大冰封期间,流冰摧毁了由15根2.2厘米厚锰钢板制作的直径0.85米、长41米、打入海底28米深的空心圆筒桩柱全钢结构的“海二井”石油平台,另一个重500吨的“海一井”平台支座拉筋全部被海冰割断,可见海冰的破坏力对船舶、海洋工程建筑物带来的灾害是多么严重。
南北极多年不化的海冰,叫作封海冰。封海冰与海岸相连,面积巨大。北极的封海冰,即使在夏季面积收缩时还有800多万平方公里,相当于大洋洲的面积。南极大陆周围也终年被封海冰封锁。
封海冰破碎后随洋流漂泊四方,南北极不少附冰科学站就以次为根据地研究探索极地的奥秘。航海史上,出现过某些海船被封海冰挟持漂流无法返回大陆的悲惨纪录。1912年由俄国彼得堡开出的海船“圣·安娜”号,在北冰洋上为封海冰所阻,随冰漂流将近两年,直到船只完全被冰毁坏。这场灾难只有两人获救。
由于海冰能大量反射太阳辐射阻碍海-气热量交换,故海冰的生消及数量多寡,既直接影响海况和海平面的变化,又影响大气环流和气候。海冰,特别是冰山,对航运和海洋资源开发的设施有很大的威胁。在北大西洋纽芬兰附近,每年3~7月冰山最多,为了保证航运安全,自1913年起,美国和加拿大等国组织了国际冰山巡逻队,用飞机、无线电、雷达等手段,侦察报告冰山的地点和活动情况,发布冰山警报。60年代以来,卫星、遥感技术的出现,可及时地、同步地和大范围地监视冰山的活动,为海冰的观测、预报和研究等开辟了新的途径。
1.倾洒煤灰,利用吸收日光热量融化海冰;
2.使用炸药,炸出一条航路;
3.使用燃料,加热融化海冰。
)







