Mořský led funguje jako klíčový hráč v energetickém systému Země a formování klimatu
Led hraje na naší planetě mimořádně důležitou úlohu, zejména pak v energetickém systému Země. A samozřejmě i v počasí. Souvisí to se specifickým chováním ledu, respektive vody při jejím zamrzání. Na rozdíl od většiny látek na Zemi se voda chová odlišně, pokud jde o její hustotu. Ta je nejvyšší v kapalné podobě při teplotě přibližně 4 °C, kdy činí téměř 1000 kg na metr krychlový, zatímco hustota ledu je zhruba 917 kg na m3. U mořské vody je situace mírně odlišná, její hustota je celkově vyšší (asi 1025 kg na m3, ale záleží na salinitě vody). A protože mořská voda je asi o 10 % hustší než led, bývá cca 90 procent ledu, resp. ledovce ponořeno pod vodu, zatímco jen cca 10 procent nad hladinou moře.
Rozdíl v hustotách vody a ledu vede i ke známému faktu, kdy voda zamrzá od hladiny, a nikoliv ode dna – což by mimochodem mělo fatální dopady pro vodní život, neboť voda by odspodu postupně mohla zamrznout až ke své hladině, čímž by zamrzly i ryby a další živé organismy. A vlastně by nebylo možné ani bruslení – tlak nože brusle totiž snižuje bod tání, takže led těsně pod ním taje a promazává ho, klouže. V opačném případě by tlak na led by zvýšil bod tání a k žádanému promazávání by nedošlo, takže brusle by o led drhla.
Když teplota na povrchu sladkovodní nádrže (jezera, rybníku, přehrady) klesne na 0 °C, tedy bod zamrzání vody, hladina při dalším ochlazení vody rychle zamrzne, ale hlubší vrstvy s hustší vodou se ochlazují pomaleji, a proto trvá mnohem déle, než celé jezero zamrzne až ke dnu – ve většině případů zima skončí dříve, než se tak stane. Mořská voda však nemá maximální hustotu při teplotě 4 °C, ale hustota v ní roste s klesající teplotou. Proto je dění v ní odlišné. K odlišnému chování je zapotřebí určité množství soli, udává se zpravidla hranice alespoň 24,7 částic rozpuštěné soli na tisíc části vody (ppt, parts per thousand). Většina mořské vody má slanost 32–35 ppt, pouze některá okrajová moře mají slanost pod 24,7 ppt – týká se to například oblastí v blízkosti ústí velkých arktických řek (na Sibiři) nebo části Baltského moře. Poznamenejme, že dnes se používají taky jednotky PSU (practical salinity unit), které se ale číselně téměř neliší od ppt.
Když se mořská voda během podzimu ochlazuje, pokračuje vertikální konvektivní promíchávaní spojené s tím, že chladnější a hustší voda klesá dolů a na její místo přichází teplejší voda z hloubky, dokud voda nedosáhne bodu zamrzání. Zde je důležité zdůraznit, že slaná mořská voda zamrzá až při teplotě -1,8 až -1,9 °C (ostatně vliv soli na snížení bodu mrznutí vody se s výhodou využívá i posypu solí a solankou na silnicích a chodnících). Mořská voda není ale s hloubkou homogenní – mezi jednotlivým vrstvami se mění hustota, případně i směr a rychlost pohybu vody. Zóna s rychlejším nárůstem hustoty mezi hloubkami cca 300 a 1000 metrů se nazývá pyknoklina. Ta izoluje hlubší vod, čímž mimo jiné zabraňuje pronikání konvekce z povrchu do hlubší vrstvy moře, a tedy i limituje tloušťku zamrzání mořské vody. A díky tomu pak pod vrstvou plovoucího ledu může i v zimě fungovat mořský život bez významnějších změn.
Pokud jde o samotný proces zamrzání mořské vody, začíná v klidné oblasti bez vln, kdy na povrchu vody vzniká tenká vrstva ledových krystalů, zpočátku malých disků a hvězd plovoucích vodorovně na mořské hladině, o průměru 2-3 milimetry. Tyto náhodně tvarované kousky krystalů postupně tvoří suspenzi. Vzniká polotekutá směs, připomínající olej nebo mastný led, neboť tato hmota odráží jen málo světla. Obvykle se odborně označuje se grease ice, případně frazil ice. V podmínkách klidného moře krystalky tohoto ledu postupným spojováním vytvoří vrstvu mladého ledu označovanou jako nilas – nejprve průhledný, postupně tmavne. Nilas je poměrně elastický, vlny ho tak snadno ohýbají, a dosahuje tloušťky 5 až 10 cm. Následně začínají molekuly vody přimrzat ke spodní části ledové vrstvy, která tak zvětšuje svou mohutnost. Výsledkem je na konci zimní sezóny je jednoroční led, který nabývá tloušťky od 30 cm do 2 metrů. V Arktidě je to v průměru kolem 1,5 metru, v Antarktidě přibližně 0,5 až 1 metr. Jde o poměrně hladký led a současně nejběžnější formu ledu v polárních mořských oblastech. Pokud led přečká letní sezónu a neroztaje, postupně stárne a stává se víceletým.
A co se stane se solí rozpuštěnou v mořské vodě? Molekuly soli sice nemohou přímo vstoupit do krystalické struktury ledu, ale část soli zůstává zachycena v malých kapalných kapsách, tzv. solance. Ta díky vysoké koncentraci soli zůstává kapalná i při nízkých teplotách. Postupem času a při dalším ochlazování se různými procesy tato solanka z ledu „vypudí“ a postupně vyplaví do oceánu. Někdy se část soli ve formě výkvětů vysráží na povrchu ledu.
Vrstva tenkého jakoby mastného ledu označovaná jako frazil ice, zdroj: antarctica.gov.au
Družicový snímek pořízený u břehů Antarktidy ukazuje různé formy mořského ledu – tenká vlákna nilasu, ale i jednoroční a víceletý led, zdroj: geographyrealm.com
Samozřejmě, že v podmínkách Severního ledového oceánu, ale i kolem Antarktidy, jsou vrstvy vzniklého i vznikajícího ledu neustále v pohybu, kdy na ně působí jak síla větru shora, tak mořské proudy zdola. Různá tlaková, divergentní a smyková napětí neustále modifikují mořský led, který pak může nabývat různé podoby, vznikají například ledová návrší, ale i ledová tříšť.
V souvislosti se změnou klimatu se mořskému ledu v polárních oblastech věnuje zvýšená pozornost – má totiž významný dopad na klima. Jeho rozsah, ale i tloušťka i přes občasné výkyvy dlouhodobě klesá. Na základě družicových dat, která máme k dispozici od roku 1979, lze konstatovat, že rozsah ledu – přesněji plocha, kde je koncentrace mořského ledu alespoň 15 % - je každou dekádou od 80. let minulého století nižší. A v těchto dnech dosahuje dokonce rekordně nízké úrovně – nejvíce chybí v Barentsově moře, severně od evropských břehů.
Aktuální tloušťka mořského ledu v Arktidě, zdroj: polarportal.dk
Aktuální rozsah mořského ledu v Arktidě je na historickém minimu, zdroj: zacklabe.com
Rozdíl v hustotách vody a ledu vede i ke známému faktu, kdy voda zamrzá od hladiny, a nikoliv ode dna – což by mimochodem mělo fatální dopady pro vodní život, neboť voda by odspodu postupně mohla zamrznout až ke své hladině, čímž by zamrzly i ryby a další živé organismy. A vlastně by nebylo možné ani bruslení – tlak nože brusle totiž snižuje bod tání, takže led těsně pod ním taje a promazává ho, klouže. V opačném případě by tlak na led by zvýšil bod tání a k žádanému promazávání by nedošlo, takže brusle by o led drhla.
Když teplota na povrchu sladkovodní nádrže (jezera, rybníku, přehrady) klesne na 0 °C, tedy bod zamrzání vody, hladina při dalším ochlazení vody rychle zamrzne, ale hlubší vrstvy s hustší vodou se ochlazují pomaleji, a proto trvá mnohem déle, než celé jezero zamrzne až ke dnu – ve většině případů zima skončí dříve, než se tak stane. Mořská voda však nemá maximální hustotu při teplotě 4 °C, ale hustota v ní roste s klesající teplotou. Proto je dění v ní odlišné. K odlišnému chování je zapotřebí určité množství soli, udává se zpravidla hranice alespoň 24,7 částic rozpuštěné soli na tisíc části vody (ppt, parts per thousand). Většina mořské vody má slanost 32–35 ppt, pouze některá okrajová moře mají slanost pod 24,7 ppt – týká se to například oblastí v blízkosti ústí velkých arktických řek (na Sibiři) nebo části Baltského moře. Poznamenejme, že dnes se používají taky jednotky PSU (practical salinity unit), které se ale číselně téměř neliší od ppt.
Když se mořská voda během podzimu ochlazuje, pokračuje vertikální konvektivní promíchávaní spojené s tím, že chladnější a hustší voda klesá dolů a na její místo přichází teplejší voda z hloubky, dokud voda nedosáhne bodu zamrzání. Zde je důležité zdůraznit, že slaná mořská voda zamrzá až při teplotě -1,8 až -1,9 °C (ostatně vliv soli na snížení bodu mrznutí vody se s výhodou využívá i posypu solí a solankou na silnicích a chodnících). Mořská voda není ale s hloubkou homogenní – mezi jednotlivým vrstvami se mění hustota, případně i směr a rychlost pohybu vody. Zóna s rychlejším nárůstem hustoty mezi hloubkami cca 300 a 1000 metrů se nazývá pyknoklina. Ta izoluje hlubší vod, čímž mimo jiné zabraňuje pronikání konvekce z povrchu do hlubší vrstvy moře, a tedy i limituje tloušťku zamrzání mořské vody. A díky tomu pak pod vrstvou plovoucího ledu může i v zimě fungovat mořský život bez významnějších změn.
Pokud jde o samotný proces zamrzání mořské vody, začíná v klidné oblasti bez vln, kdy na povrchu vody vzniká tenká vrstva ledových krystalů, zpočátku malých disků a hvězd plovoucích vodorovně na mořské hladině, o průměru 2-3 milimetry. Tyto náhodně tvarované kousky krystalů postupně tvoří suspenzi. Vzniká polotekutá směs, připomínající olej nebo mastný led, neboť tato hmota odráží jen málo světla. Obvykle se odborně označuje se grease ice, případně frazil ice. V podmínkách klidného moře krystalky tohoto ledu postupným spojováním vytvoří vrstvu mladého ledu označovanou jako nilas – nejprve průhledný, postupně tmavne. Nilas je poměrně elastický, vlny ho tak snadno ohýbají, a dosahuje tloušťky 5 až 10 cm. Následně začínají molekuly vody přimrzat ke spodní části ledové vrstvy, která tak zvětšuje svou mohutnost. Výsledkem je na konci zimní sezóny je jednoroční led, který nabývá tloušťky od 30 cm do 2 metrů. V Arktidě je to v průměru kolem 1,5 metru, v Antarktidě přibližně 0,5 až 1 metr. Jde o poměrně hladký led a současně nejběžnější formu ledu v polárních mořských oblastech. Pokud led přečká letní sezónu a neroztaje, postupně stárne a stává se víceletým.
A co se stane se solí rozpuštěnou v mořské vodě? Molekuly soli sice nemohou přímo vstoupit do krystalické struktury ledu, ale část soli zůstává zachycena v malých kapalných kapsách, tzv. solance. Ta díky vysoké koncentraci soli zůstává kapalná i při nízkých teplotách. Postupem času a při dalším ochlazování se různými procesy tato solanka z ledu „vypudí“ a postupně vyplaví do oceánu. Někdy se část soli ve formě výkvětů vysráží na povrchu ledu.
Vrstva tenkého jakoby mastného ledu označovaná jako frazil ice, zdroj: antarctica.gov.au
Družicový snímek pořízený u břehů Antarktidy ukazuje různé formy mořského ledu – tenká vlákna nilasu, ale i jednoroční a víceletý led, zdroj: geographyrealm.com
Samozřejmě, že v podmínkách Severního ledového oceánu, ale i kolem Antarktidy, jsou vrstvy vzniklého i vznikajícího ledu neustále v pohybu, kdy na ně působí jak síla větru shora, tak mořské proudy zdola. Různá tlaková, divergentní a smyková napětí neustále modifikují mořský led, který pak může nabývat různé podoby, vznikají například ledová návrší, ale i ledová tříšť.
V souvislosti se změnou klimatu se mořskému ledu v polárních oblastech věnuje zvýšená pozornost – má totiž významný dopad na klima. Jeho rozsah, ale i tloušťka i přes občasné výkyvy dlouhodobě klesá. Na základě družicových dat, která máme k dispozici od roku 1979, lze konstatovat, že rozsah ledu – přesněji plocha, kde je koncentrace mořského ledu alespoň 15 % - je každou dekádou od 80. let minulého století nižší. A v těchto dnech dosahuje dokonce rekordně nízké úrovně – nejvíce chybí v Barentsově moře, severně od evropských břehů.
Aktuální tloušťka mořského ledu v Arktidě, zdroj: polarportal.dk
Aktuální rozsah mořského ledu v Arktidě je na historickém minimu, zdroj: zacklabe.com
Encyklopedie počasí
Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.
