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第12章 海冰

1.什么是海冰

海冰指直接由海水冻结而成的咸水冰,也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厘米厚的冰河上面可以安全行走,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。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。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。

2.海冰的分布

海冰按其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。按运动状态可分为固定冰和浮(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百千米;后者则自由漂浮于海面,随风、浪、海流而漂泊。

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著的季节变化,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),一两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,由南极大陆周围的冰川断裂入海而成。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,长宽往往有几百千米、高几百米,犹如一座冰岛。

3.海冰造成的灾害

漂浮在海洋上的巨大冰块和冰山,受风力和洋流的作用而产生运动,其推力与冰块的大小和流速有关。据1971年位于我国渤海湾的新“海二井”平台上观测的结果计算,一块面积为6平方千米,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。经初步计算,海冰温度每降低1.5℃,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20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有多么严重。

南北极多年不化的海冰,叫做封海冰。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多万平方千米,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此为根据地,对极地的奥秘进行研究探索。航海史上,也曾出现过某些海船被封海冰夹持漂流无法返回大陆的悲惨记录。1912年由俄罗斯彼得堡开出的海船“圣·安娜”号,在北冰洋上被封海冰所阻,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。

常用的清除海冰方法主要有:倾洒煤灰,利用吸收日光热量融化海冰;使用炸药,炸出一条航路;使用燃料,加热融化海冰。

4.南极海冰的特点

南极的冬季,严寒的气候使其周围海面结冰,海冰完全封住整个大陆,并且可向北伸展到南纬55°。一般在每年的9月份,海冰的面积达到最大值,被海冰覆盖的海洋面积达2000万平方千米,这一面积比南极大陆本身面积还要大。每年夏天,一般是在2月底,海冰的范围达到最小值,85%的海冰漂流到不冻海域融化掉。甚至在许多地方,海冰一直融化到海岸,船舶可以直接航行到岸边。南极海冰每天最多可流动65千米。

5.南极的海上冰山

南极的海上冰山非常吸引人,是一种美丽的景观,其中平台状(桌状)冰山是南极所特有的。从远处望去,洁白的冰体、壮美的身姿,常常给人们留下永生难忘的记忆。从大陆冰床和冰架上断裂而成的冰山非常多,并且比北极的冰山要大得多,它们中间的面积有时可达数十平方千米,个别的可长达近200千米。从冰架或冰川边缘刚刚断裂下来的冰山通常是平台状冰山,它们的顶部非常平坦,甚至可以作为轻型飞机的机场。它们常常高于水面几十米,而水面以下可达200~300米。随着它的不断消融,冰山会进一步地分裂、翻转、坍塌,加上海流海浪的作用,会形成各种形状的小型冰山。有“金字塔”形或尖顶形冰山,其水下部分伸出巨大的底盘,有的从远处看上去为两座冰山,而实际上是连在同一个底盘上,这类冰山水下的伸出部分就像暗礁一样,会给距离较近的船舶带来极大的威胁。

我们在形容某个事物只出现一小部分时,常常用“冰山的一角”来形容。大家都知道,冰山的水面以上部分只占其全部体积的很少部分,但具体的比例你能说出来吗?其实,冰山水上部分的体积大约只有总体积的1/7.南极冰山水上部分与水下部分的高度比变化很大,这取决于冰山的形状,例如:对于桌状冰山,这个比例大约等于0.2;冰山宽度与长度的平均比大约是0.6.