По имеющимся в литературе данным первым о донном льде
упоминает в своем пруде «The Naturel History of Oxfordshire»,
опубликованном в 1705 г. в Оксфорде, англичанин Плот, кото рый, констатируя факт образования донного льда, замечает, что это явление давно известно рыбакам, мельникам и морякам.
Англичанин Хэле наблюдениями на Темзе в 1730—1731 гг. кла
дет начало изучения явления донного льдообразования, после чего этому вопросу уделяют внимание многие натуралисты и ученые стран Западной Европы и США. Однако большинство наблюдателей лишь подтверждают само явление образования донного льда и указывают на его широкое распространение, под чиняющееся климатическим условиям, но не освещают доста точно физической сущности явления.
Первые теории образования донного льда были выдвинуты французскими учеными Ф. Араго (1833) и Л. Гей-Люссаком (1834). Согласно этим теориям, причиной возникновения дон
ного льда является образование кристаллов льда на поверхности
воды.
Гей-Люссак, не допускавший возможности переохлаждения текущей воды, полагал, что «наблюдаемый на дне лед образует
ся за счет носящихся в морозное время на поверхности воды
множества мелких льдинок, у которых сторона, обращенная к воздуху, охлаждена ниже нуля, и которые, попадая в массу во ды самим водотечением, примерзают своей охлажденной сторо ной к встреченным на дне предметам» 15. Однако рядом ученых было указано на то, что, во-первых, ледяные иглы при погру жении не могут долго сохранять неравномерность теплового ре жима, они должны принять среднюю температуру всей массы воды, т. е. растаять (раз не допускается переохлаждение воды). Во-вторых, впоследствии было доказано, что переохлаждение речной воды возможно и оно происходит в действительности.
Другой теорией образования донного льда явилась так назы ваемая радиационная теория. Суть ее состоит в том, что донный лед образуется, благодаря охлаждению ложа реки, в результате
излучения тепла в воздух сквозь водную толщу. Последователь
ным сторонником и настойчивым пропагандистом этой теории
был крупный |
американский исследователь ледовых |
явлений |
Г. Т. Барнес, |
автор опубликованного в Нью-Йорке в |
1906 г. |
обширного труда «Ice formation with special reference to Ancho rice and frasil», в котором изложены ценные исследования автора, обратившего особое внимание на выяснение физической природы явления образования донного льда и разработавшего
электрический способ измерения температуры.
15 В. М. Л о х т и н. Ледяной нанос и зимние заторы на р. Неве. СПб., 1906, стр. 9.
196
Барнесом была предложена простая и практически полез ная формула для вычисления толщины поверхностного льда,
образующегося за определенное время (для рек с медленным те чением и при отсутствии на ледяном покрове снега):
г = Т0-(1+-2)’
где t — время в сек, необходимое для образования льда толщи ной Е см, L — скрытая теплота плавления льда, S — плотность льда, К — теплопроводность льда, 6 — разность температур
нижней поверхности ледяного покрова (0°) и воздуха.
Барнесу принадлежат крупные научные достижения в иссле довании проблемы речного льда, но его теория образования дон ного льда оказалась ошибочной. Ее несостоятельность доказы вается хотя бы уже тем, что ею игнорируется факт большой лучепоглотительной способности воды, а также и то, что в сто ячих водоемах (озерах) донный лед образуется редко.
К числу серьезных работ иностранных авторов начала XX в. относится также изданная в 1906 г. в Швейцарии работа Г. Лю шера «Das Grundeis und darerige Storungen in Wasserlauten und Wasserwerken», в которой автор излагает результаты своих наблюдений над донным льдом на р. Нарове у г. Нарвы. Произ веденные Люшером измерения температуры дна , установили,
что она положительна и во время образования донного льда,
т. е. фактически показали ошибочность гипотезы охлаждения ложа реки путем лучеиспускания.
После краткого изложения исследований и теорий образо вания донного льда иностранных авторов осветим развитие этого
вопроса в нашей стране.
ВРоссии указания па образование донного льда встречаются уже в конце XVIII в., например, у участников экспедиции Пал ласа, заметивших (Георги, Сиверс) всплывание донного льда на оз. Байкале, на Ангаре и других реках Сибири.
В1817 г. Н. Семивский дает очень интересное описание про
цесса замерзания Ангары: «Иногда не видно ни одной на поверх
ности ее льдины, как вдруг всплывающих из-под воды появляет ся их множество, которые, приставая к прочим льдинам, соеди няются и одна к другой примерзают, от чего делаются по раз ным местам как плотины, затопляющие все по берегам ее лежащие луга и долины, также низкие, набережные селения и часть Иркутска; через что самое дно Ангары ежегодно примет ным образом углубляется» 16.
16 Н. Семивский. Новейшие повествования о Восточной Сибири. СПб., 1817, примечание № 6.
L97
М. Гендештром в своем описании замерзания Ангары в 20-х
годах XIX в., подтверждая образование в ней донного льда, вы
сказывает мнение, что это происходит от переохлаждения бере гов и дна рек 17. Этого взгляда придерживается также Вейц, автор опубликованной в 1836 г. в «Горном журнале» первой
в России статьи, посвященной вопросу о донном льде «О проис хождении льда на дне некоторых рек».
Щукин, почти четверть века (1820—4844) производивший наблюдения над вскрытием и замерзанием Ангары и некоторых других рек Восточной Сибири, указывает на факт образования
донного льда и объясняет это явление переохлаждением дна. При этом он пишет, что наружный холод проникает ко дну через камни, соединяющие дно с внешним воздухом 18, и про исходит переохлаждение.
Известный исследователь Сибири А. Ф. Миддендорф также считал, что образование донного льда в горных ручьях связано с проникновением на дно сильного зимнего холода, где в резуль тате большого излучения теплоты, вода, окружающая валуны,
покрывает их кристаллическими пластинками, соединение кото рых и образует донный или грунтовый лед 19.
Во второй половине XIX в. гипотеза образования донного льда в результате лучеиспускания разделялась и другими рус
скими исследователями, в частности Шварцем, производившим в 1855—1856 гг. обстоятельные наблюдения на Ангаре20,
В. А. Обручевым, считавшим, однако, невозможной передачу холода по валунам на дно реки 21, Я. В. Стефановичем, изучав шим в 1895—1896 гг. ледовые явления на реках Лене, Бодайбо,
Чае, Чуе и Чечуе 22, а в начале XX в. Л. А. Ячевским 23 и
Л. Л. Владимировым.
Наблюдения над донным льдом на реках Европейской Рос сии относятся к гораздо более позднему времени, нежели на блюдения в Сибири,— к самому концу XIX в., и непосредствен но связаны с практическими нуждами судоходства и городского
17 М. Гендештром. Открытки о Сибири. СПб., 1830.
18 Щукин. Образование льда на дне реки Ангары и других рек Во сточной Сибири. «Отечественные записки», 1848, т. 49, № 11.
19 А. Миддендорф. Путешествие на север и восток Сибири, ч. 1. СПб., 1862, стр. 428.
20 Шварц. Образование льда на дне Сибирских рек вообще и Анга ры^ особенности. «Вестник Русского географического общества», 1858,
21В. А. О б р у ч е в. Наши сведения об образовании и свойствах ан гарского и байкальского льда. «Известия Вост.-Сибирского отдела Русско го географического общества», 1892, т. 22.
22Я. В. Стефанович. К вопросу о донном льде. «Известия Вост.- Сибирского отдела Русского географического общества», 1898, т. 29.
23 Л. А. Я ч е в с к и й. К вопросу об образовании речного льда и его влиянии на скульптуру берегов реки. СПб., 1904.
198
водоснабжения, тогда как в Сибири они возникли почти исклю чительно вследствие научного интереса.
Непосредственным поводом, побудившим обратить внимание
на донный лед в реках Европейской России, явились перебои
вработе водопроводов в Петербурге и Варшаве. 25—26 ноября 1894 г. действие петербургского водопровода совершенно пре кратилось. Осмотром было установлено, что причиной прекра щения работы водопровода явилось образование на сетках во доприемных труб «ледяных шапок», закупоривших водопровод.
Комиссия, созданная для выяснения этого случая, приписала образование закупорки случайным причинам, и в ее протоколах нет даже упоминания о донном льде 24.
Более внимательному изучению подверглась причина пере боев в действии варшавского водопровода. И. И. Словиковский,
имевший большой опыт в наблюдениях за донным льдом, имен но в нем видел причину нарушений в действии водопроводов.
Результаты своих ценных исследований Словиковский изложил
в1895 г. в докладе второму водопроводному съезду «О явле ниях, сопровождающих замерзание рек».
Явление донного льда привлекло к себе серьезный интерес в первые годы XX в. Причиной этого явились огромные ледяные зажоры на Неве, вызвавшие в 1902 и 1903 гг. высокие подъемы воды, в результате которых были затоплены мастерские Обу ховского, Ижорского и других заводов. Стало очевидным, что
эти зажоры связаны с явлением донного льда. Необходимо было выяснить также степень опасности вредной роли донного льда
всвязи с проектировавшейся прокладкой водопровода из Ла дожского озера. Исследования невских зажоров были произве дены в 1903—1904 гг. М. Ф. Ционглинским и в 1904—1905 гг. В. М. Лохтиным. Интерес к донному льду привлек также сде ланный в 1904 г. на заседании Русского географического обще
ства доклад Л. Л. Владимирова «Образование льда на дне рек»,
вкотором он представил результаты своих многолетних (1889— 1903) исследований донного льда на Свири и Камоне.
Исследования М. Ф. Ционглинского позволили ему утверж
дать, что
«1) непременным условием образования донного льда яв ляется понижение температуры воды до 0°; при всех случаях наблюдаемых нами явлений образования донного льда термо
метр показывал несколько сотых градуса выше или ниже нуля,
причем температура воздуха была —6° и ниже; 2) для образования донного льда требуется открытая, без
ледостава, поверхность воды;
24 А. А. К и ц и н с к и й. Донный лед, его роль и значение в водном де ле, «Водное дело», 1907, № 4—5.
199