ЛЁД, твёрдая фаза воды, мономинеральная горная порода. В нач. 20 в. было открыто явление полиморфизма льда (способность льда к разному кристаллическому строению, что влечёт за собой существенное изменение всех его физических свойств). В природе возможны 10 кристаллических модификаций льда и одна аморфная форма, а то, с чем мы сталкиваемся на поверхности Земли, лишь одна из разновидностей льда, названная лёд-I. Этот лёд имеет шестиугольную пространственную решётку, в узлах которой расположены атомы кислорода. В образовании связей участвуют атомы водорода, но их положение не фиксировано, прочная водородная связь между молекулами устанавливается только при очень низкой тем-ре.
Другие модификации льда могут существовать в огромном диапазоне тем-р и давлений, не встречающихся на поверхности Земли. Устойчивое их существование возможно лишь при определённых сочетаниях давления, удельного объёма и тем-ры. Модификации льда-II, – III и – V могут долго сохраняться при атм. давлении, если тем-ра не поднимается выше –170 °C. При конденсации водяных паров на поверхности, охлаждённой до –160 °C и ниже, образуется аморфный лёд, который переходит в обычный при повышении тем-ры до –129 °C, при этом выделяется тепло.
Лёд-IV представляет собой нестабильную фазу в тех же условиях, где устойчиво существует лёд-V. Несколько легче получить лёд-VI, который оказывается стабильным, если замораживанию под давлением подвергается тяжёлая вода. Лёд-VII при огромном давлении 20 гПа плавится при тем-ре 200 °C. Лёд-VIII – это упорядоченная форма льда-VII, возникающая при низкой тем-ре. Наконец, лёд-IХ представляет собой нестабильную фазу, которая возникает при переохлаждении льда-III.
Природный лёд (лёд-I) обычно значительно чище воды, т. к. растворимость веществ во льду очень плохая. Лёд может содержать механические примеси – твёрдые частицы, капельки концентрированных растворов, пузырьки газа. При длительных статических нагрузках и под действием собственной массы обладает текучестью. Скорость течения льда обратно пропорциональна абс. тем-ре, так что с понижением тем-ры лёд приближается к абсолютно твёрдому телу. В ср. при близкой к таянию тем-ре текучесть льда в 106 раз выше, чем у горных пород, и с этим связан ряд природных явлений (движение ледников и др.).
Под влиянием поверхностной энергии кристаллов и энергии упругонапряжённых связей кристаллической решётки, возникающей при деформировании, лёд подвергается перекристаллизации в твёрдой фазе (рекристаллизация) и временами переходит в жидкую (режеляция) или парообразную (сублимация) фазы.
В последние годы во льду открыты газоледяные соединения, называемые кристаллогидратами. Это вещества, в которых кристаллическая решётка воды содержит пустоты, способные принять инородные молекулы. Если молекул воды достаточно много, то весь газ может перейти в форму гидрата, и тогда между молекулами воды оказываются молекулы метана, пропана и других углеводородов. Химической связи между водой и газами нет, и при нормальных условиях они способны гореть. Залежи кристаллогидратов выявлены на тер. Сибири, занятой многолетнемёрзлыми породами. Такой лёд, залегающий совсем неглубоко, – в перспективе многообещающее топливо. В нём на 1 м³ воды приходится до 200 м³ природного газа.
Лёд – самая распространённая горная порода во Вселенной. Марс, Юпитер, Сатурн, Уран содержат огромные массы льда, а некоторые спутники планет сложены им почти полностью. Не исключение и наша Земля: более одной десятой земной суши занято вечными льдами, а пятая часть всей поверхности планеты ежегодно находится под снегом. См. также Морские льды, Речные льды.
ЛЕДНИ́К, масса льда преимущественно атмосферного происхождения, испытывающая вязкопластическое течение под действием силы тяжести и принявшая форму потока, системы потоков, купола (щита) или плавучей плиты. Различают наземные ледники, которые налегают на каменное ложе, расположенное выше уровня океана, и морские ледники, которые состоят из внутренних частей – морских щитов с ледяными потоками, налегающих на каменное ложе, погружённое значительно ниже уровня моря, и периферических частей – плавучих шельфовых ледников.
Ледники образуются в результате аккумуляции и преобразования твёрдых атм. осадков при их положительном многолетнем балансе. Состоят из областей питания и абляции, разделённых границей питания. В области питания распространено, как правило, несколько зон льдообразования. В холодных условиях область абляции может быть представлена только краевым обрывом, от которого откалываются айсберги (антарктический ледниковый покров) или сходят ледяные лавины (висячие ледники).
Нижний Гриндельвальдский ледник. Швейцария
Ледники бывают горные и покровные. Они могут иметь самые разные размеры – от нескольких сотен квадратных метров до миллиона квадратных километров и более. Движение льда в леднике происходит в результате деформаций, вызываемых действием силы тяжести. Линии тока льда входят внутрь ледника в области питания, выходят из ледника в области абляции и параллельны поверхности на границе питания. Ледники никогда не бывают стационарными. Они испытывают вынужденные колебания, вызываемые изменением климата, и релаксационные автоколебания, обусловленные нестационарностью кинематических связей в леднике.
В ледниках заключена подавляющая масса пресного льда на Земле (98,95 %); они покрывают пл. 16,1 км², или 10,9 % суши. Период оборота ледникового льда в ср. составляет 9600 лет, а макс. в центре Антарктиды может превышать 200 тыс. лет. Своим объёмом ледники вызывают существенные изменения рельефа и высоты поверхности, а колебаниями массы – компенсационные изостатические движения земной коры и подкоровых слоёв, а также эвстатические колебания уровня Мирового океана, достигающие сотни метров.
Ледники производят эрозионно-транспортно-аккумулирующую работу, интенсивность которой примерно равна действию речного стока. В геологическом прошлом наиболее крупные колебания ледников приводили к чередованиям ледниковых и межледниковых эпох, ледниковых и безледниковых периодов, причём большую роль играли и обратные связи – влияние снежно-ледяного покрова на климат. Ледники изучает ледниковедение.
ЛЕДНИКÓВЫЙ ПЕРИ́ОД, относительно длительный этап геологической истории Земли, в течение которого многократно чередовались очень холодные отрезки времени (ледниковья), когда возникали крупные материковые оледенения, и отрезки времени с более тёплым климатом (межледниковья), когда значительная часть материковых льдов стаивала. Установлены в раннем, среднем и позднем протерозое, в ордовике, в конце карбона и начале перми (палеозой). Наиболее изучен плейстоценовый ледниковый период (четвертичный период).
ЛЕДНИКÓВЫЙ ЩИТ, выпуклый, плоскокуполовидный ледник, характеризующийся значительной (св. 1000 м) толщиной, большой (св. 50 тыс. км²) площадью, примерно изометричной плановой формой и радиальным (центробежным) течением льда. Морфология и движение ледниковых щитов почти не зависят от рельефа ложа. Различают наземные ледниковые щиты (или наземные части больших ледниковых щитов), которые налегают на каменное ложе, расположенное выше уровня моря, и морские ледниковые щиты (или морские части больших ледниковых щитов), которые налегают на континентальные шельфы.
ЛЕДЯНÁЯ ПУСТЫ́НЯ (арктическая пустыня), преобладающий ландшафт самой северной (арктической) природной зоны суши. Характерен в осн. для прибрежных участков. Снега и льды покрывают эти территории круглый год. Площади ледников очень велики – до нескольких десятков тысяч квадратных километров. Иногда они покрывают более 80 % о-вов Сев. Ледовитого океана (напр., на Земле Франца-Иосифа). Местами спускаются до океана, и от них откалываются огромные обломки – айсберги. Климат суровый и холодный. Длинная суровая зима сменяется коротким (иногда менее 2 недель) холодным летом. Ср. тем-ра самого холодного месяца от –12 °C на Шпицбергене до –38 °C на С. Гренландии; тем-ра самого тёплого месяца 5 °C. Осадков выпадет ок. 300 мм в год, в осн. в виде снега, который сильными ветрами сдувается в понижения рельефа, оголяя безжизненные скалы. Жизнь в ледяных пустынях практически отсутствует. Изредка летом на тающем снегу развиваются разноцветные колонии микроскопических водорослей.
ЛЕДЯНÓЙ ЗАТÓР, многослойное скопление льдин в русле, стесняющее живое сечение и вызывающее подъём уровня воды на заторном участке реки. Заторы формируются в местах, где вскрытие реки задерживается из-за повышенной толщины и прочности ледяного покрова (в местах зажоров во время замерзания), а также вследствие заклинивания русла ледяными полями в местах перегиба уклона (с большого на малый) или стеснения его специфическими русловыми формами (поворотами, островами и т. п.). На заторных участках крупных рек сосредотачивается от 50 до 200 млн. м³ льда.
