Gheață Frazil - Frazil ice

Gheață Frazil în pârâul Yosemite
Video cu gheață frazilă în Parcul Național Yosemite

Gheața Frazil este o colecție de cristale de gheață libere, orientate aleatoriu, cu plăci sau discoide, formate în apă turbulentă supraîncălzită. Formarea sa este obișnuită în timpul iernii în râuri și lacuri situate în latitudini nordice și se formează de obicei în apele deschise ale râurilor unde și când schimbul de căldură între aer și apă este astfel încât temperatura apei să scadă sub punctul său de îngheț (de obicei nu mai mică de -0,1 ° C în râuri). De regulă, astfel de condiții se pot întâmpla în nopțile reci și senine, când temperatura aerului este mai mică de -6 ° C (21 ° F). Gheața Frazil se formează și în oceane, unde este adesea denumită gheață de grăsime atunci când plutește la suprafață.

Gheața Frazil este renumită pentru blocarea aporturilor de apă pe măsură ce cristalele se acumulează și se acumulează pe suportul de gunoi . Astfel de blocaje au un impact negativ asupra instalațiilor de alimentare cu apă, hidrocentrale, centrale nucleare și navelor care navighează în ape reci și pot duce la opriri neașteptate ale instalației sau chiar la prăbușirea coșului de gunoi.

Formare

Gheață Frazil care curge în gura râului Blanda din Islanda

Când suprafața apei începe să piardă rapid căldura, apa devine supraîncălzită. Turbulențele , cauzate de vânturile puternice sau fluxul dintr-un râu, vor amesteca apa supraîncălzită pe întreaga sa adâncime. Apa supraîncălzită va încuraja deja formarea de mici cristale de gheață (gheață frazilă), iar cristalele vor fi duse la fundul corpului de apă. Gheața plutește în general, dar datorită dimensiunii reduse a gheții frazil față de viteza curentă, are o flotabilitate ineficientă și poate fi transportată la fund foarte ușor.

Printr-un proces numit nucleație secundară , cristalele cresc rapid în număr și, din cauza împrejurimilor sale supraîncălzite, cristalele vor continua să crească. Uneori, se estimează că concentrația atinge un milion de cristale de gheață pe metru cub.

Pe măsură ce cristalele cresc în număr și dimensiuni, gheața frazilă va începe să adere la obiectele din apă, mai ales dacă obiectele în sine sunt la o temperatură sub punctul de îngheț al apei. Acumularea de gheață frazilă cauzează deseori inundații sau deteriorarea obiectelor, cum ar fi coșurile de gunoi . Deoarece gheața frazilă se găsește sub suprafața apei, este dificil de detectat formarea acesteia.

De obicei, ceea ce se întâmplă este că gheața frazilă se acumulează pe partea amonte a obiectelor și se lipeste de ele. Gheața frazilă se acumulează pe măsură ce se depune mai mult. Creșterea se va extinde în amonte și va crește în lățime până la punctul în care acumulările de gheață frazil se unesc și blochează apa. Pe măsură ce din ce în ce mai multă apă curge împotriva acestui bloc, presiunea din partea amonte crește și determină o presiune diferențială (diferența de presiune din partea din amonte și din partea din aval). Acest lucru va determina creșterea podului să se extindă în aval. Odată ce acest lucru se întâmplă, inundațiile și deteriorările sunt probabile, cu excepția cazului în care se previne altfel.

S-a demonstrat, de asemenea, că gheața Frazil se formează sub ghețari temperați (sau „pe bază de căldură”), deoarece apa curge repede în jos și se răcește din cauza unei pierderi rapide de presiune. Acest proces de „supra-răcire glaciohidraulică” formează o rețea deschisă de cristale de gheață plat, care pot prinde în mod eficient nămolurile din apa încărcată de sedimente care curge sub ghețari și straturi de gheață. Congelarea și recristalizarea ulterioare pot duce la un strat de gheață bogată în sedimente la baza ghețarului care, la topirea la capăt, poate duce la acumularea semnificativă de sediment în morene . Acest fenomen a fost verificat prin concentrații ridicate de tritiu - produse prin testarea armelor nucleare și, prin urmare, aproape în întregime absente în gheața înghețată înainte de 1945 - în gheața bazală a mai multor ghețari (ceea ce înseamnă gheață tânără) și observarea creșterii rapide a cristalelor de gheață în jurul apei. gurile de evacuare la capătul ghețarului.

Control

Există mai multe modalități de a controla acumularea de gheață frazilă. Acestea includ suprimarea, controlul mecanic, controlul termic, vibrațiile, selectarea materialelor și reducerea daunelor.

Suprimarea

Gheața Frazil se formează în apă supraîncălzită, care apare deoarece apa de la suprafață pierde căldură prin aerul mai răcoros de deasupra. Suprimarea este ideea de a „izola” apa de suprafață cu un strat de gheață intact și stabil. Învelișul de gheață va preveni pierderile de căldură și va încălzi apa supraîncălzită care s-ar fi putut forma deja. Trebuie acoperită o suprafață suficientă pentru ca această metodă să funcționeze, dar încă nu se știe ce se înțelege prin „suficient”. Râul St. Lawrence este gestionat în mod explicit pentru a crea „condiții de curgere care ajută la formarea unui strat de gheață stabil” pentru a preveni gheața frazilă și blocajele de gheață ulterioare .

Control mecanic

Aceste metode includ stabilizarea înghețului fără a restricționa fluxul de apă, cum ar fi implementarea digurilor și a brațelor de gheață, instalarea jeturilor de apă pentru a sparge orice acumulare care ar putea apărea și utilizarea muncii manuale pentru a distruge acumularea. Această metodă finală nu este adesea preferată din cauza costurilor ridicate ale forței de muncă, a condițiilor de muncă reci, umede și târziu. Spălarea înapoi este o altă tehnologie care folosește ideea de a anula presiunea diferențială cauzată de acumularea de gheață frazilă. Această tehnologie creează o presiune ridicată pe partea din aval a obiectelor pentru a inversa presiunea diferențială.

Controlul termic

Aceste metode fie încălzesc structurile din apă pentru a preveni aderența gheții frazil, fie încălzesc apa pentru a preveni formarea gheții frazil în primul rând. La încălzirea structurii, aceasta trebuie încălzită la o temperatură peste îngheț. Electrice încălzitoare cu rezistență au fost găsite la locul de muncă bine, dar acestea au probleme potențiale de siguranță. Instalarea tuburilor goale în structurile prin care se pompează abur sau apă caldă funcționează, de asemenea, dar s-a văzut că această metodă cauzează probleme de funcționare. Sunt disponibile și alte metode active. Uneori, subprodusele de apă caldă sunt eliberate din instalațiile de apă din apropiere, iar apa caldă este irosită. Redirecționarea acestei ape către regiunile potențiale de acumulare de gheață frazilă ar putea crește temperatura apei cu 0,1–0,2 ° C (0,18–0,36 ° F), suficient de des pentru a împiedica dezvoltarea apei supraîncălzite.

Vibrații

Deși încă în stadiile experimentale, sablarea cu dinamită este o formă de control vibrațional care va desface orice acumulare de gheață frazilă. Sarcina trebuie să fie precisă astfel încât gheața să se rupă, dar structurile și mediul înconjurător nu sunt afectate. Siguranța exploziei este de asemenea importantă, iar locuitorii din apropiere s-ar putea plânge de poluarea fonică. Din toate aceste motive, această metodă nu este adesea utilizată, cu excepția cazului de ultimă instanță.

Selectarea materialelor

Structurile create de om sunt adesea obiectele la care aderă gheața frazilă. Ca atare, alegerea materialelor pentru aceste structuri ar trebui să includă luarea în considerare a aderenței la gheață . Structurile de oțel , de exemplu, vor rugini , iar aderența la rugină-la-gheață este foarte puternică. Alegerea unui material cu aderență mai mică, cum ar fi plastic , fibră de sticlă , grafit sau chiar un strat de vopsea epoxidică pe oțel va reduce probabilitatea de aderență. Deși aderența va apărea în continuare, utilizarea unor astfel de materiale facilitează alte metode, cum ar fi greblarea.

Atenuarea daunelor

Deteriorările ar putea fi reduse prin protejarea regiunilor de inundație desemnate cu structuri mecanice.

Vezi si

Referințe

linkuri externe