Muối của băng

V, (5.17) trong đó và tuần tự là những tổng trữ lượng nước trong Đạ

1- Thái Bình Dương, 2 Đại Tây Dương, 3 Ấn Độ Dương

7.3.1. muối của băng

Khi nước biển đóng băng, do tốc độ lớn lên của các tinh thể băng khác nhau, nên giữa các tinh thể hình thành những khoang hổng chứa nước biển, gọi là nước muối. Khi nhiệt độ giảm thì càng nhiều nước từ nước muối sẽ đóng băng và muối được tách ra làm tăng nồng độ nước muối còn lại, kết quả là nhiệt độ đóng băng của nước muối trở thành bằng nhiệt độ băng tinh khiết xung quanh.

Nếu kí hiệu khối lượng muối chứa trong nước muối bằng , thì độ muối của băng được xác định bằng , trong đó

s M M

M

Sb  s / M  khối lượng băng. Dữ liệu quan trắc cho thấy rằng nhiệt độ không khí thấp cùng với tốc độ gió lớn tạo thuận lợi hình thành băng với độ muối cao. Độ muối của băng đặc biệt cao trong trường hợp băng tạo thành từ tuyết rơi trên mặt biển. Do tính chất xốp của các bông tuyết một lượng lớn nước biển sẽ bị giữ lại trong băng.

Độ muối của băng non phụ thuộc vào tốc độ đông băng. Băng biển tạo thành tại có độ muối 46%o, còn khi tạo thành tại có thể có độ muối 1015%o. Khi độ dày của băng tăng lên thì tốc độ tăng trưởng của băng giảm, phân bố các tinh thể trở nên có trật tự hơn và các kích thước lớn hơn. Tất cả điều đó tạo thuận lợi cho nước muối thoát ra, hơn nữa nếu nước muối từ các lớp bên trên thoát ra không đủ nhanh thì độ muối sẽ giảm đến một tầng nào đó, thấp hơn tầng đó nó lại tăng do có nhiều lỗ hổng và mạch mao dẫn ở các lớp băng dưới (nhiệt độ cao) được đổ đầy nước muối.

C 10

 40C

Để tìm khối lượng nước muối có thể sử dụng tương quan sau: , n b n S S M M 

trong đó và tuần tự là khối lượng và độ muối của nước muối. Độ muối của nước muối tăng khi nhiệt độ băng giảm. Vì vậy, đồng thời với quá trình đó là khối lượng các tinh thể nước ngọt tăng và khối lượng nước muối trong băng biển giảm. Nhận thấy rằng từ khi độ muối của băng đạt tới 10%o, khi độ muối bằng 20%o.

n M Sn  C 18  C 6   t  t 7.3.2. Mật độ băng

Như đã nói, băng biển là vật thể vật lý phức tạp, cấu tạo từ các tinh thể băng, nước muối, bọt khí và những tạp chất ngoại lai khác. Tương quan giữa các hợp phần đó bất biến và tùy thuộc vào những điều kiện tạo băng. Tất cả đều ảnh hưởng tới mật độ trung bình của băng. Tuy nhiên, ảnh hưởng lớn nhất tới mật độ băng là các bọt khí, hay nói cách khác, độ xốp của băng, được biểu thị bằng phần trăm của tổng thể tích mẫu băng không có bọt khí. Bởi vì mật độ của bọt khí gần 1000 lần bé hơn mật độ băng. Hàm lượng không khí trong băng biển có thể biến đổi từ 4 đến 813%. Độ muối và nhiệt độ băng có ảnh hưởng ít nhất tới mật độ của nó. Tăng độ muối làm tăng mật độ băng, giảm nhiệt độ làm tăng mật độ băng (bảng 7.4).

Bảng 7.4. Mật độ băng biển khi không có bọt khí (kg/m3) Nhiệt độ C S %o 2  4 6 8 10 15 20 23 2 924 922 920 921 921 922 923 923 4 927 925 924 921 923 923 925 925 6 932 928 926 926 926 925 926 926 8 936 932 929 928 928 928 929 929 10 939 935 931 929 929 929 930 930 15 953 944 939 937 935 934 935 935 7.3.3. Những đặc trưng nhiệt vật lý của băng

Độ dẫn nhiệt. Trong thực tế thường sử dụng độ dẫn nhiệt riêng của băng biển, đó là lượng nhiệt đi qua mặt phẳng đơn vị trong một đơn vị thời gian khi građien nhiệt độ bằng một đơn vị. Độ dẫn nhiệt của một vật phức tạp bất kì phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của các hợp phần và sự phân bố của chúng. Đối với băng nước ngọt độ dẫn nhiệt phụ thuộc trước hết vào nhiệt độ và độ xốp của băng. Khi không có bọt khí trong băng hệ số dẫn nhiệt sẽ tăng khi giảm nhiệt độ. Độ xốp tăng thì độ dẫn nhiệt giảm. Nước muối chứa trong băng biển làm giảm độ dẫn nhiệt một chút.

Nhiệt dung. Nhiệt dung riêng của băng là lượng nhiệt cần truyền cho một đơn vị khối lượng băng để nhiệt độ của nó biến đổi 1oC. Đối với băng nước ngọt nhiệt dung và giảm tương đối yếu khi giảm nhiệt độ. Còn nhiệt dung của băng biển phụ thuộc rất mạnh vào những biến thiên nhiệt độ mà trong đó tương quan các pha rắn và lỏng trong băng biến đổi. Những biến đổi pha đi kèm với giải phóng hay hấp thụ nhiệt, làm cho nhiệt dung xác định theo lí thuyết bị sai.

C) J/(g 12 , 2   C

Vì nhiệt dung riêng của băng biển bao gồm cả nhiệt lượng biến đổi pha, khác với nhiệt dung chấp nhận trong vật lý, người ta thường gọi nhiệt dung băng biển là nhiệt dung hiệu dụng. Nếu nhiệt độ giảm, nhiệt dung sẽ giảm,

nếu độ muối tăng nhiệt dung tăng, trong đó độ muối đóng vai trò chính trong sự biến đổi nhiệt dung của băng biển (bảng 7.5).

Bảng 7.5. Nhiệt dung hiệu dụng của băng biển, J/(g.oC) o S % C  T 2 5 10 15 20 5,6 3,25 5,03 7,97 10,87 13,88 10,6 2,31 2,65 3,24 3,83 4,41 15,0 2,14 2,36 2,73 3,10 3,46

Nhiệt lượng nóng chảy. Lượng nhiệt cần thiết để nóng chảy 1 g băng biển tại nhiệt độ và độ muối đã cho gọi là nhiệt lượng nóng chảy và là tổng của nhiệt lượng chi trực tiếp cho nóng chảy băng tinh khiết chứa trong băng biển và nhiệt lượng chi phí để làm tăng nhiệt độ băng và nước muối đến nhiệt độ nóng chảy hoàn toàn băng biển. Tại cùng một độ muối, nhiệt lượng nóng chảy tăng khi nhiệt độ giảm. Khi nhiệt độ cố định, nhiệt lượng nóng chảy giảm khi độ muối tăng, ngoài ra lượng giảm này sẽ đặc biệt đáng kể đối với những giá trị nhiệt độ băng gần bằng 0oC.