3.3. ОБРАЗОВАНИЕ ЛЬДА
Образование льда из жидкой фазы воды называется конжеля-
ционным льдообразованием. Самопроизвольная объемная кристалли-
зация воды возможна лишь при значительном переохлаждении. В атмо-
сфере неоднократно наблюдалось наличие жидких капель воды при
температуре до —-40°С. Небольшие объемы дистиллированной воды
удавалось охладить до —72°С, и только после этого кристаллизация
начиналась сразу в многочисленных точках жидкости.
В воде обычно существует некоторое количество инородных ядер
(взвешенные твердые частицы, полимерные молекулы, выступы на по-
верхности контактируемых с водой твердых тел и др.), которые ста-
новятся центрами кристаллизации при значительно меньшем пере-
охлаждении, часто в пределах —1°С. После образования зародышей
кристаллов возникают условия для вынужденной кристаллизации, когда
на границах кристаллической фазы устанавливаются термодинами-
ческие условия перехода от неупорядоченного расположения молекул
воды к упорядоченному расположению молекул в кристаллах.
В зависимости от условий охлаждения первичные кристаллы льда в
воде могут быть скелетными или сплошными. Для образования ске-
летных кристаллов необходим быстрый отвод выделяющегося при
кристаллизации тепла, что возможно лишь при переохлаждении воды.
Скелетные кристаллы развиваются большей частью вблизи от
поверхности воды в виде длинных и остроконечных игл. От берегов или
от твердых предметов, на которых развиваются центры кристалли-
зации, по поверхности воды быстро разрастаются плоские и широкие
листовидные или саблевидные лучи. Такие пестрые лучи развиваются
асимметрично. В случаях малого количества первоначальных заро-
дышей кристаллы могут достигать крупного размера. Так, отмечались
растущие от берега лучи длиной до нескольких метров. Если пере-
охлаждение захватывает большой слой воды, то быстро разросшиеся
по поверхности остроконечные иглы продолжают расти вниз, образуя
вертикальные пластинки. В процессе роста игл переохлаждение воды
быстро уменьшается, и скелетный рост сменяется ростом сплошных
кристаллов. Между иглами образуются тонкие ледяные диски, лежащие
на поверхности воды, после чего формируется слой сплошШНо-
го поверхностного льда. В реках и водоемах зародышами кристал-
лов зачастую оказываются выпадающие на переохлажденную поверх-
ность воды снежинки, что способствует ускоренному формированию
поверхностного слоя льда. Дальнейшее льдообразование связано с
ростом кристаллов только в направлении нормали к поверхности
кристаллизации, без зарождения новых кристаллов. В этом случае
переохлаждение воды незначительно, оно происходит лишь со стороны
растущих кристаллов льда и вызывается отводом тепла через эти
кристаллы.
При медленном замерзании спокойной водной поверхности в верх-
нем слое льда кристаллы ориентированы преимущественно в направ-
лении нормали и частично параллельно поверхности замерзания. При
23