Лёд

Лёд, кристалл ~4см. из карстовой пещеры, Пинега

Соотношения между кристаллами льда при различных условиях образования: 1 — призматический кристалл льда (образование происходит на большой высоте при сильных морозах), 2 — таблитчатый лёд (образуется при сильных морозах), З — чашеподобный лёд (образуется во влажных пещерах), 4 — обычная снежинка. По Е.К.Лазаренко, 1971

Лёд - минерал с хим. формулой H₂O , представляет собой воду в кристаллическом состоянии.
Химический состав льда: Н - 11,2%, О - 88,8%. Иногда содержит газообразные и твердые механические примеси.
В природе лёд представлен, главным образом, одной из нескольких кристаллических модификаций, устойчивой в интервале температур от 0 до 80^°C, имеющей точку плавления 0^° С. Сингония гексагональная, вид симметрии дигексагонально-пирамидальный - C_6ν - 6mm(L₆6Р). Структурная ячейка содержит 12Н₂0. Пространственная группа - С⁴_6ν — С6mc; а_ο = 7,82, с_ο = 7,36; а_ο : с_ο = 1:0,942.
Кристаллическая структура льда похожа на структуру алмаза: каждая молекула Н₂0 окружена четырьмя ближайшими к ней молекулами, находящимися на одинаковых расстояниях от нее, равных 2,76Α и размещенных в вершинах правильного тетраэдра. В связи с низким координационным числом структура льда является ажурной, что влияет на его плотность (0,917).

Свойства

Лёд бесцветен. В больших скоплениях он приобретает синеватый оттенок. Блеск стеклянный. Прозрачный. Спайности не имеет. Твердость 1,5. Хрупкий. Оптически положительный, показатель преломления очень низкий (n = 1,310, nm = 1,309).

Формы нахождения

В природе лёд - очень распространенный минерал. В земной коре существует несколько разновидностей льда: речной, озёрный, морской, грунтовый, фирновый и глетчерный. Чаще он образует агрегатные скопления мелкокристаллических зерен. Известны также кристаллические образования льда, возникающие сублимационным путем, т. е. непосредственно из парообразного состояния. В этих случаях лед имеет вид скелетных кристаллов (снежинки) и агрегатов скелетного и дендритного роста (пещерный лёд, изморозь, иней и узоры на стекле). Крупные хорошо огранённые кристаллы встречаются, но очень редко. Н. Н. Стуловым описаны кристаллы льда северо-восточной части России, встреченные на глубине 55—60 м. от поверхности, имеющие изометрический и столбчатый облик, причем длина наибольшего кристалла равнялась 60 см., а диаметр его основания — 15 см. Из простых форм на кристаллах льда выявлены только грани гексагональной призмы (1120), гексагональной бипирамиды (1121) и пинакоида (0001).
Ледяные сталактиты, называемые в просторечии "сосульки", знакомы каждому. При перепадах температур около 0^° в осенне-зимние сезоны они растут повсеместно на поверхности Земли при медленном замерзании (кристаллизации) стекающей и капающей воды. Они обычны также в ледяных пещерах.
Ледяные забереги представляют собой полосы ледяного покрова из льда, кристаллизующегося на границе вода-воздух вдоль краёв водоёмов и окаймляющие края луж, берега рек, озёр, прудов, водохранилищ, и тп. при незамерзающей остальной части водного пространства. При их полном срастании на поверхности водоёма образуется сплошной ледяной покров.
Лёд образует также параллельно-шестоватые агрегаты в виде волокнистых прожилков в пористых грунтах, а на их поверхности - ледяные антолиты.

Образование и месторождения

Ледяные сталагмиты в карстовой пещере. Фото: В.А. Мальцев. Источник.

Лёд образуется в основном в водных бассейнах при понижении температуры воздуха. На поверхности воды при этом появляется ледяная каша, сложенная из иголочек льда. Снизу на неё нарастают длинные кристаллики льда, у которых оси симметрии шестого порядка размещаются перпендикулярно к поверхности корочки. Соотношения между кристаллами льда при разных условиях образования показаны на рис. Лед распространен всюду, где имеется влага и где температура опускается ниже 0° С. В некоторых районах грунтовый лед оттаивает только на незначительную глубину, ниже которой начинается вечная мерзлота. Это так называемые районы вечной мерзлоты; в областях распространения многолетнемерзлых пород в верхних слоях земной коры встречаются т.наз. подземные льды, среди которых различают современный и ископаемый подземный лёд. Не менее 10% всей площади суши Земли покрывают ледники, слагающая их монолитная ледяная порода носит название ледниковый лёд. Ледниковый лёд образуется в основном из скопления снега в результате его уплотнения и преобразования. Ледниковый покров занимает около 75% площади Гренландии и почти всю Антарктиду; самая большая мощность ледников (4330 м.) – установлена близ станции Бэрд (Антарктида). В центральной Гренландии толщина льда достигает 3200 м.
Месторождения льда общеизвестны. В местностях с холодной долгой зимой и коротким летом, а также в высокогорных районах образуются ледяные пещеры со сталактитами и сталагмитами, среди которых наиболее интересными являются Кунгурская в Пермской области Приуралья, а также пещера Добшине в Словакии.
В результате замерзания морской воды образуется морской лёд. Характерными свойствами морского льда являются солёность и пористость, которые определяют диапазон его плотности от 0,85 до 0,94 г/см³ . Из-за такой малой плотности льдины возвышаются над поверхностью воды на 1/7-1/10 своей толщины. Морской лёд начинает таять при температуре выше -2,3^° С; он более эластичен и труднее поддается раздроблению на части, чем лёд пресноводный.

Практическое значение

Лёд применяется главным образом в холодильном деле, а также для различных целей в медицине, быту и технике.

Лёд (англ. ICE) - H₂O

КЛАССИФИКАЦИЯ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Перевод на другие языки

Ссылки

• www.mindat.org
• www.webmineral.com
• ATHENA Mineralogy
• www.mineralienatlas.de
• В. А. Мальцев. "Феерия воды и льда"- Фотогалерея подземного льда на Hiero.expo.ru
• Б. Мавлюдов. Размышления о льдах в пещерах
• http://en.wikipedia.org/wiki/Ice

Список литературы

• Лазаренко Е.К., Курс минералогии. Изд. второе, М., "Высшая школа", 1971
• Остроумов М.Н. Необычные ледяные кристаллы в Центральной Антарктиде. \\ Природа, 1988, 9, с. 97-101
• Dobrowolski (1916), Ark. Kemi: 6(7).
• Mügge (1918): Centralblatt für Mineralogie: 187.
• Adams (1930), Royal Society of London, Proceedings: 128: 588.
• Bernal and Fowler (1933), Journal Chem. Phys.: 1: 515.
• Blackwelder (1939), American Journal of Science: 238: 61.
• Palache, Charles, Harry Berman & Clifford Frondel (1944), The System of Mineralogy of James Dwight Dana and Edward Salisbury Dana Yale University 1837-1892, Volume I: Elements, Sulfides, Sulfosalts, Oxides. John Wiley and Sons, Inc., New York. 7th edition, revised and enlarged: 494-498.
• Acta Crystallographica: 41: 169-172.
• Aoki, K., Yamawaki, H., Sakashita, M., and Fujihisa, S. (1996) Infrared absorption study of the hydrogen-bond symmetrization in ice to 110 GPa. Physical Review B, 54: 15673-15677.
• Goncharov, A.F., Struzhkin, V.V., Somayazulu, M.S., Hemley, R.J., and Mao, H.K. (1996) Compression of ice to 210 gigapascals: Infrared evidence for s symmetric hydrogen-bonded phase. Science: 273-218-220.
• Wolanin, E., Pruzan, P., Chervin, J.C., Canny, B., Gauthier, M., Hausermann, D., and Hanfland, M. (1997) Equation of state of ice VII up to 106GPa. Physical Review B, 56: 5781-5785.
• www.its.caltech.edu