جليد فرازيل

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
الجليد الهش في خور يوسيميتي
فيديو للجليد الهش في منتزه يوسيميتي الوطني

الجليد الهش عبارة عن مجموعة من بلورات جليدية سائبة ذات اتجاهات عشوائية، يتراوح حجمها بين المليمتر وأجزاء من المليمتر، وتتخذ أشكالًا متنوعة، مثل الأقراص الإهليلجية، والتفرعات الشجرية، والإبر، وتتميز بطبيعتها غير المنتظمة. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] يتشكل الجليد الهش خلال فصل الشتاء في المجاري المائية المفتوحة للأنهار، وكذلك في البحيرات والخزانات، حيثما تكون المياه في حالة اضطراب ، وهو ما ينتج بدوره عن حركة الأمواج والتيارات. يؤدي الاضطراب إلى تبريد عمود الماء تبريدًا فائقًا ، حيث يكون التبادل الحراري بين الهواء والماء كبيرًا لدرجة أن درجة حرارة الماء تنخفض إلى ما دون نقطة تجمدها (بضع أعشار من  الدرجة المئوية أو أقل). [ 3 ] [ 5 ] [ 6 ] يوفر الخلط الرأسي المصاحب لهذا الاضطراب طاقة كافية للتغلب على قوة طفو البلورات، مما يمنعها من الطفو على السطح. يتشكل جليد الفرازيل أيضًا في المحيطات، حيث تُهيئ الظروف العاصفة وأنظمة الأمواج والهواء البارد بيئةً مناسبةً لتكوّن طبقة فائقة التبريد. [ 7 ] [ 8 ] يمكن العثور على جليد الفرازيل في الجانب المواجه للرياح من الممرات المائية وفي مناطق المياه المفتوحة . في هذه البيئات، قد يتراكم هذا الجليد في النهاية على سطح الماء مُشكّلاً جليدًا دهنيًا .

يُعرف الجليد الهش بقدرته على سدّ مداخل المياه، [ 6 ] [ 9 ] [ 10 ] حيث تتراكم البلورات وتتراكم على شبكة تصريف المياه . وتؤثر هذه الانسدادات سلبًا على مرافق إمداد المياه، ومحطات الطاقة الكهرومائية، ومحطات الطاقة النووية، والسفن التي تبحر في المياه الباردة، وقد تؤدي إلى توقفات غير متوقعة للمنشأة أو حتى انهيار شبكة التصريف.

تشكيل

جليد هش يتدفق في مصب نهر بلاندا في أيسلندا

عندما يبدأ سطح الماء بفقدان الحرارة بسرعة، يصبح الماء فائق التبريد. تعمل الاضطرابات الناتجة عن الرياح القوية أو تدفق النهر على خلط الماء فائق التبريد في جميع أنحاء عمقه. يشجع الماء فائق التبريد على تكوين بلورات جليدية صغيرة (جليد هش) تُحمل إلى قاع المسطح المائي. يطفو الجليد عادةً، ولكن نظرًا لصغر حجم الجليد الهش مقارنةً بسرعة التيار، فإنه يتمتع بقوة طفو ضئيلة ويمكن أن يُحمل إلى القاع بسهولة بالغة. [ 11 ]

من خلال عملية تُسمى التكوين الثانوي للنوى ، تتزايد البلورات بسرعة، وبسبب البيئة المحيطة فائقة التبريد، تستمر البلورات في النمو. ويُقدّر تركيزها أحيانًا بمليون بلورة جليدية لكل متر مكعب.

مع ازدياد عدد وحجم بلورات الجليد الهش، يبدأ هذا الجليد بالالتصاق بالأجسام الموجودة في الماء، خاصةً إذا كانت درجة حرارة هذه الأجسام أقل من درجة تجمد الماء. غالبًا ما يتسبب تراكم الجليد الهش في حدوث فيضانات أو تلفيات لأشياء مثل مصافي القمامة . ونظرًا لوجود الجليد الهش تحت سطح الماء، يصعب اكتشاف تكوّنه.

عادةً ما يتراكم الجليد الهش على الجانب العلوي من الأجسام ويلتصق بها. ومع ازدياد ترسب الجليد، يمتد هذا الجليد باتجاه المنبع ويتسع حتى يصل إلى نقطة تشكّل فيها طبقة متصلة من الجليد تسد مجرى الماء. ومع تدفق المزيد من الماء باتجاه هذا الحاجز، يزداد الضغط على الجانب العلوي، مما يُحدث فرقًا في الضغط (الفرق بين الضغط على الجانب العلوي والجانب السفلي). وهذا بدوره يُؤدي إلى امتداد طبقة الجليد باتجاه المصب. وعند حدوث ذلك، يُصبح الفيضان والدمار أمرًا مُحتملًا ما لم يتم اتخاذ إجراءات وقائية. [ 11 ]

ثبت أيضًا أن الجليد الهش يتشكل أسفل الأنهار الجليدية المعتدلة (أو "الدافئة") نتيجة تدفق المياه بسرعة نحو الأسفل وبرودتها الفائقة بسبب انخفاض الضغط السريع. تُشكل عملية "التبريد الفائق الجليدي الهيدروليكي" هذه شبكة مفتوحة من بلورات الجليد الصفائحية التي يمكنها احتجاز الطمي بكفاءة من المياه المحملة بالرواسب التي تتدفق أسفل الأنهار الجليدية والصفائح الجليدية. يمكن أن يؤدي التجميد وإعادة التبلور اللاحقان إلى تكوين طبقة من الجليد الغني بالرواسب عند قاعدة النهر الجليدي، والتي عند ذوبانها عند نهايتها، يمكن أن تؤدي إلى تراكم كبير للرواسب في المورينات . وقد تم التحقق من هذه الظاهرة من خلال التركيزات المرتفعة للتريتيوم - الناتج عن تجارب الأسلحة النووية وبالتالي يكاد يكون غائبًا تمامًا في الجليد المتجمد قبل عام 1945 - في الجليد القاعدي للعديد من الأنهار الجليدية (مما يدل على الجليد الحديث) وملاحظة النمو السريع لبلورات الجليد حول فتحات تصريف المياه عند نهايات الأنهار الجليدية. [ 12 ]

يتحكم

توجد عدة طرق للسيطرة على تراكم الجليد الهش. وتشمل هذه الطرق الكبح، والتحكم الميكانيكي، والتحكم الحراري، والاهتزاز، واختيار المواد، وتخفيف الأضرار.

قمع

يتشكل الجليد الهش في المياه فائقة التبريد نتيجة فقدان المياه السطحية للحرارة إلى الهواء البارد في الأعلى. وتتمثل فكرة كبح هذه الظاهرة في عزل المياه السطحية بغطاء جليدي متماسك ومستقر. يمنع هذا الغطاء الجليدي فقدان الحرارة ويُدفئ المياه فائقة التبريد التي ربما تكون قد تشكلت بالفعل. [ 13 ] يتطلب نجاح هذه الطريقة تغطية مساحة كافية، ولكن لا يزال المقصود بـ "كافية" غير واضح. يُدار نهر سانت لورانس بشكل دقيق لخلق "ظروف تدفق تُساعد على تكوين غطاء جليدي مستقر" لمنع تكون الجليد الهش وما يتبعه من تراكمات جليدية . [ 14 ]

التحكم الميكانيكي

تشمل هذه الطرق تثبيت الجليد دون تقييد تدفق المياه، مثل إنشاء السدود والحواجز الجليدية، وتركيب مضخات مياه لتفتيت أي تراكمات جليدية، واستخدام العمالة اليدوية لإزالة هذه التراكمات. غالبًا ما لا يُفضّل استخدام هذه الطريقة الأخيرة نظرًا لارتفاع تكاليف العمالة، وظروف العمل الباردة والرطبة، وساعات العمل المتأخرة ليلًا. يُعدّ التنظيف العكسي تقنية أخرى تعتمد على مبدأ إلغاء فرق الضغط الناتج عن تراكم الجليد الهش. تُولّد هذه التقنية ضغطًا عاليًا على الجانب السفلي من الأجسام لعكس فرق الضغط.

التحكم الحراري

تعتمد هذه الطرق إما على تسخين الهياكل المغمورة في الماء لمنع التصاق جليد الفرازيل، أو تسخين الماء لمنع تكوّن جليد الفرازيل من الأساس. عند تسخين الهيكل، يجب أن تصل درجة حرارته إلى ما فوق درجة التجمد. وقد وُجد أن سخانات المقاومة الكهربائية فعّالة، ولكنها تنطوي على مخاطر محتملة تتعلق بالسلامة. كما أن تركيب أنابيب مجوفة في الهياكل، يتم ضخ البخار أو الماء الدافئ من خلالها، يُعدّ حلاً فعالاً، إلا أن هذه الطريقة تُعتبر غير اقتصادية. [ 15 ] تتوفر أيضاً طرق فعّالة أخرى. فبعض العمليات الصناعية، مثل إنتاج الطاقة، تستخدم المياه لتبريد المصانع. ويمكن تصريف المياه الدافئة الناتجة، والتي تُصرّف عادةً كنفايات، في مواقع تراكم جليد الفرازيل، مما يرفع درجة حرارة الماء بمقدار 0.1-0.2 درجة مئوية (0.18-0.36 درجة فهرنهايت) ، وهو ما يكفي غالباً لمنع تكوّن الماء فائق التبريد. وبدلاً من ذلك، يمكن إعادة تدوير مياه الصرف لتسخين الأسطح المعرضة لتراكم جليد الفرازيل مباشرةً. تتطلب كلتا الطريقتين لإعادة استخدام المياه الدافئة حسابًا دقيقًا للأحجام والتدفق والموقع ودرجات حرارة المياه النسبية، لكي تكون موثوقة. [ 15 ]  

اهتزاز

على الرغم من أن التفجير بالديناميت لا يزال في مراحله التجريبية، إلا أنه يُعدّ أحد أساليب التحكم بالاهتزازات التي تُساعد على تفتيت أي تراكمات جليدية هشة. يجب أن تكون الشحنة دقيقة بحيث تُكسر الجليد دون إلحاق الضرر بالمنشآت المحيطة أو البيئة. كما أن سلامة عملية التفجير أمر بالغ الأهمية، وقد يشكو السكان المجاورون من التلوث الضوضائي. لكل هذه الأسباب، لا يُستخدم هذا الأسلوب إلا كحل أخير في حالات الطوارئ.

اختيار المواد

غالباً ما تكون المنشآت البشرية هي الأجسام التي يلتصق بها الجليد الهش. لذا، ينبغي مراعاة التصاق الجليد عند اختيار مواد هذه المنشآت . فالهياكل الفولاذية ، على سبيل المثال، تصدأ ، والتصاق الصدأ بالجليد قوي جداً. لذا، فإن اختيار مادة ذات التصاق أقل ، كالبلاستيك أو الألياف الزجاجية أو الجرافيت ، أو حتى طلاء الفولاذ بطلاء إيبوكسي، يقلل من احتمالية الالتصاق. ورغم أن الالتصاق سيظل قائماً، إلا أن استخدام هذه المواد يُسهّل طرقاً أخرى، كالتجريف.

تخفيف الأضرار

يمكن الحد من الأضرار عن طريق حماية المناطق المعرضة للفيضانات بهياكل ميكانيكية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بوكينا، ل. أ. (1967). "توزيع حجم بلورات الجليد الهش في التدفقات المضطربة". إزفستيا، فيزياء الغلاف الجوي والمحيطات . 3 (1). ترجمة كين، ب. أ.: 58-68 .
  2. ↑ جوسينك، جيه بي؛ أوستركامب، تي إي (1983). "قياسات وتحليلات لملامح السرعة وسرعات ارتفاع بلورات الجليد الهش خلال فترات تكوّن الجليد الهش في الأنهار" . حوليات علم الجليد . 4 : 79-84 . Bibcode : 1983AnGla...4...79G . doi : 10.3189/S0260305500005279 . ISSN 0260-3055 . S2CID 246047589 .  
  3. 1 2 كلارك، شون؛ دورينغ، جون (2008). "دراسة تجريبية لتأثير شدة الاضطراب على خصائص الجليد الهش" . المجلة الكندية للهندسة المدنية . 35 (1): 67-79 . Bibcode : 2008CaJCE..35...67C . doi : 10.1139/L07-086 .
  4. ↑ ماكفارلين، فينسنت؛ لوين، مارك؛ هيكس، فاي (2017). "قياسات توزيع حجم جزيئات الجليد الهش في ثلاثة أنهار في ألبرتا" . علوم وتكنولوجيا المناطق الباردة . 142 : 100-117 . Bibcode : 2017CRST..142..100M . doi : 10.1016/j.coldregions.2017.08.001 . ISSN 0165-232X . 
  5. 1 2 شناك، كريستوفر سي؛ غوبريال، تادروس ر؛ لوين، مارك ر. (2019). "دراسة مخبرية لخصائص جزيئات وندف الجليد الهش في مياه ذات ملوحة مختلفة" . الغلاف الجليدي . 13 (10): 2751-2769 . Bibcode : 2019TCry...13.2751S . doi : 10.5194/tc-13-2751-2019 . ISSN 1994-0416 . S2CID 210569242 .  
  6. 1 2 دالي، ستيفن ف. (مارس 1991). "انسداد مصافي النفايات بسبب جليد فرازيل" (ملف PDF) . ملخص فني للمناطق الباردة ( 91-1 ). مختبر أبحاث وهندسة المناطق الباردة (CRREL)، فيلق المهندسين بالجيش الأمريكي: 1-14. OCLC 465638709. مؤرشف من الأصل في 17 أبريل 2012. 
  7. ↑ وادهامز، بيتر (2000). الجليد في المحيط . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-4822-8308-2.
  8. ↑ ويكس، ويلي (2010). على الجليد البحري . مطبعة جامعة ألاسكا. ISBN 978-1-60223-101-6.
  9. ↑ ريتشارد، مارتن؛ مورس، برايان (1 يوليو/تموز 2008). "انسدادات متعددة بالجليد الهش عند مأخذ مياه في نهر سانت لورانس". علوم وتكنولوجيا المناطق الباردة . 53 (2): 131-149 . رمز Bibcode : 2008CRST...53..131R . doi : 10.1016/j.coldregions.2007.10.003 . ISSN 0165-232X . 
  10. ↑ دالي، ستيفن ف.؛ إيتيما، روبرت (أغسطس 2006). "انسداد مآخذ المياه في البحيرات العظمى بسبب الجليد الهش". مجلة الهندسة الهيدروليكية . 132 (8): 814-824 . doi : 10.1061/(asce)0733-9429(2006)132:8(814) . ISSN 0733-9429 . 
  11. 1 2 دالي، ستيفن ف.؛ باريت، بول د. (2023-03-01). "منع انسداد مداخل المياه بالجليد أثناء أحداث التبريد الفائق" . مجلة هندسة المناطق الباردة . 37 (1): 03122001. doi : 10.1061/JCRGEI.CRENG-676 .
  12. ↑ كوك، سيمون جيه؛ وولر، ريتشارد آي؛ نايت، بيتر جي (2006). "التبريد الفائق الجليدي الهيدروليكي: العملية وأهميتها" . التقدم في الجغرافيا الفيزيائية: الأرض والبيئة . 30 (5): 577-588 . Bibcode : 2006PrPG...30..577C . doi : 10.1177/0309133306071141 . ISSN 0309-1333 . 
  13. ↑ آلي، ريتشارد ب.؛ لوسون، دانيال إي.؛ إيفنسون، إدوارد ب.؛ ستراسر، جيفري سي.؛ لارسون، غراهام ج. (1998). "التبريد الفائق الجليدي الهيدروليكي: آلية تجميد لتكوين جليد قاعدي طبقي غني بالحطام: الجزء الثاني: النظرية" . مجلة علم الجليد . 44 (148): 563-569 . doi : 10.3189/S0022143000002070 .
  14. ↑ مجلس بحيرة أونتاريو - نهر سانت لورانس الدولي (25 مايو 2018). الظروف المرصودة والتدفقات المنظمة في عام 2017 (ملف PDF) . اللجنة الدولية المشتركة . ص 21. تاريخ الاطلاع: 3 مايو 2019 . 
  15. 1 2 هاليلوفيتش، ميروسلاف؛ أوريفك، يانيز؛ كوتش، بينو (مايو 2019). "التنبؤ بمعدل تدفق إعادة التدوير لمنع التجلد في أنظمة إمداد المياه لمحطات الطاقة النووية" . علوم وتكنولوجيا المناطق الباردة . 161 : 63-70 . Bibcode : 2019CRST..161...63H . doi : 10.1016/j.coldregions.2019.02.013 . S2CID 133902202 .