ИСТИНА

http://www.rfbr.ru/rffi/ru/project_search/o_133405

Исследованы особенности зарождения и роста льда в минерализованной воде, условия формирования зоны повышенной концентрации растворенных веществ перед фронтом кристаллизации и жидких включений во льду. Показано, что толщина зоны и концентрация растворенных веществ в ней определяются скоростью роста льда, т.е. термическими условиями кристаллизации, и коэффициентами диффузии растворенных веществ в воде. Повышение концентрации растворенных веществ перед фронтом кристаллизации ведет к снижению скорости роста льда, формированию ячеистой поверхности роста и дендритных выростов в направлении призматических и пирамидальных граней. При определенном соотношении между скоростью роста льда, толщиной слоя повышенной концентрации и концентрацией растворенных веществ у фронта кристаллизации происходит захват первичной фазы и формирование жидких включений. Коэффициент захвата растворенных веществ может достигать 0,8 - 0,9 в случае значительных градиентов температуры и дендритного роста и не превышает 0,05 при медленном сплошном росте. Рассмотрены закономерности формирования льда на поверхности замерзающих водоемов, строение и состав поверхностного слоя ледяного покрова. Проведены теоретические и экспериментальные (натурные и лабораторные) исследования: 1) роли осаждающихся аэрозольных частиц и содержащихся в воде твердых примесей в зарождении кристаллов льда в поверхностном слое водоемов; 2) скорости разрастания льда в поверхностном слое; 3) продолжительности становления сплошного ледяного покрова; 4) захвата и оттеснения примесей и растворенных веществ при формировании льда в поверхностном слое водоемов. Систематизированы основные типы строения поверхностного слоя ледяного покрова на основе термодинамических условий становления ледяного покрова: термический режим, ветер, содержание в воде твердых примесей, интенсивность осаждения аэрозольных частиц и твердых осадков, минерализация воды. Проанализированы особенности взаимостесненного (ортотропного) роста кристаллов льда. В ледяном покрове, формирующемся из морской и минерализованной воды и на водотоках, разрастание и выклинивание кристаллов происходит в соответствии с законом геометрического отбора. В ледяном покрове пресных водоемов направленность разрастания и выклинивания в начале формирования также соответствует закону геометрического отбора, но изменяется при некоторой толщине покрова на противоположную. Разрастание и выклинивание кристаллов определяется суперпозицией двух факторов: анизотропией скорости роста, обусловленной термодинамикой кластерного роста льда, и анизотропией теплопроводности льда. Первый фактор (более высокая скорость роста в направлении боковых осей ) определяет направленность процесса при высоком переохлаждении воды, тогда как второй (более высокая теплопроводность в направлении оси <С>) является ведущим при малом переохлаждении. Смена характера выклинивания по мере роста ледяного покрова и уменьшения градиента температуры наиболее характерна для условий умеренного климата. Поэтому этап ортотропного роста кристаллов льда в пресной воде в этой климатической зоне включает две стадии, а именно стадию разрастания A-кристаллов и стадию преимущественного роста C-кристаллов. Проанализированы масштабы сезонных и долгопериодных изменений площади распространения конжеляционных льдов в поверхностных геосферах; оценены суммарные энергетические потоки и их интенсивность при сезонных и долговременных изменениях климата. Организованы и проведены стационарные наблюдения процессов становления ледяного покрова на Белом море и Онежском озере. Рассмотрено влияние морского ледяного покрова на газообмен океана и атмосферы.