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冰块

2020-04-09 21:00

具有一定大小、强度和密度的晶集聚体。它是流凌和封冻的物质基础。

冰晶的形成

一切冰情现象,都是由冰晶发展演变而形成的。冰晶是组成冰的最小单元,是水的固体形态。单位体积水内所含各种水分子的百分比,随着水温的变化而不同,当水温降至0°C时,三水分子(H2O)3所占的比例超过饱和点37%,标志着水分子的运动强度急剧地减小,水由液态向固态过渡,出现了冰晶。冰晶的出现,是结冰的开始。随着温度继续下降,冰晶也随之增多,并互相冻结,组成各种冰情现象,所以冰晶是产生一切冰情现象的基础。

冰块的形成

(1)静水冰块。当气温低于0°C时,水库、湖泊和河湾死水的表面水温也随之降低,水的密度变大而下沉,下层较暖的水体因其密度较小而上浮到水面,又与冷空气交换失热而下沉,如此反复对流。由于水在4°C时密度最大,所以,当上下层的水温至4°C时,因重力而造成的对流现象停止。以后,上层水温继续冷却,上下层的热交换以热传导的方式进行。如果水深较大时,水温沿着水深保持一定的梯度,深水底的水温仍在4°C上下。当上层水温继续下降至0°C或稍低于0°C时,水面的冷水分子将随之放出“潜热”(1g水结冰时放出的热量为335 J)而凝结成冰晶。由于冰的密度比水小(冰的密度在0°C时为0.917 g/cm3),冰晶停留在水面,并在冷空气的影响下,互相冻结成薄冰。其后,随着气温在0°C以下天数的增加,冰层继续增厚并成为完整坚固的冰层。因此,静水中冰的形成,只限于从表面开始,其发展过程是:冰晶→薄冰(多从岸边开始)→冰块。

(2)动水冰块。天然河道内水的流动,一般是紊流状态,因此,整个过水断面的水温,可以同时均匀地降到0°C或稍低于0°C。如果气温仍持续在0°C以下时,初成的冰晶相互冻结,首先在岸边流速缓慢的地方,形成较薄的岸冰,与此同时,在全断面上也有水内冰形成。水内冰漂浮于水面或悬浮于水内,随时相互冻结,体积逐渐增大,与漂浮着的薄冰相互冻结形成凌块。这些凌块就是最后形成河道流冰和河流封冻的物质基础。

冰块强度变化

冰质的强弱和气温的高低关系很密切。根据多年观察总结,冰块强度的变化可分为3种情况:①当气温和水温均低于0°C时,冰块透明晶莹,冰质坚硬;②当气温高于0°C,但水温低于0°C时,上层冰面开始变色,出现竖丝;下层由于水温尚低,冰质尚硬;③当气温、水温均高于0°C时,冰块上融下化,冰体上下都变色,随着气温的继续上升,竖丝上下沟通,冰质松脆。

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