Одна из своеобразных черт нашей планеты — наличие в ее недрах, на поверхности и в атмосфере льда. Лед — это особый минерал, существующий при отрицательной температуре. Его крупные скопления на поверхности суши в виде ледников и в недрах Земли в виде подземных льдов называют горными породами. Лед как минерал и горная порода обладает определенными свойствами, которые резко отличают его от всех прочих минералов и горных пород. Это самый низкотемпературный и легкий из широко распространенных, так называемых породообразующих минералов. Известно, что он плавает в воде, ибо плотность его ниже плотности воды и составляет при 0° С около 0,9, т. е. почти на 10% ниже плотности воды при той же температуре.
Поскольку лед самый легкий из всех широко распространенных минералов и горных пород, он концентрируется в верхних слоях земной коры (подземный лед), на ее поверхности (ледники) или на поверхности морских и пресноводных водоемов (плавучий лед). Слова поверхность, поверхностный звучат в предыдущей фразе неоднократно, что подчеркивает общую закономерность распространения льда в земных условиях.
Так как лед самый низкотемпературный минерал, считается, что в процессе становления Земли как планеты при дифференциации (разделении) составляющего ее вещества он образуется последним. Выделяют четыре температурные ступени дифференциации вещества Земли в ходе ее преобразования из первоначального газообразного состояния: 1) разделение на газовую и жидкую фазы; 2) застывание и кристаллизация наиболее легких силикатных, т. е. состоящих в основном из кремнезема, магм близ поверхности Земли; 3) выпадение химическим путем, кристаллизация вещества из водных растворов; 4) развитие жизни на Земле и осаждение веществ при участии живых организмов — биогенная дифференциация в условиях обычных приповерхностных современных температур. По мнению некоторых исследователей, следует выделять еще одну, пятую, ступень — ледяную, исключающую деятельность организмов и знаменующую собой начало затухания жизни и омертвения Земли.
Лед имеет очень простой химический состав — Н2О, его кристаллическая решетка состоит из молекул кислорода 16О и водорода 1Н. Примесь тяжелых изотопов водорода — дейтерия 2Н и трития 3Н и кислорода 17O и 18O в природных водах и льдах ничтожна и не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на его физико-химические свойства. Растворенные в воде соли при замерзании выталкиваются в пространство между кристаллами льда, создавая солевые пленки. Соли содержатся во льду лишь в виде механических примесей. По степени солености льдов, как и природных вод, в зависимости от содержания солей выделяют четыре градации:
- пресные — до 1 г/л;
- солоноватые — от 1 до 10 г/л;
- соленые — от 10 до 50 г/л;
- рассолы — свыше 50 г/л.
Известно 10 кристаллических модификаций льда и аморфный, некристаллический лед с беспорядочным расположением атомов, молекул и ионов. В природе обнаружена только одна гексагональная модификация кристаллического льда, условно названная лед I. Лед I образует при свободном росте кристаллы, имеющие вид шестигранной призмы с основанием в виде правильного шестиугольника — гексагона, а также пластинчатые, игольчатые, звездчатые, шестилучевые и другие формы. Все остальные модификации льда существуют только при высоких давлениях и очень низких температурах и потому в природной обстановке не встречаются, но могут быть получены искусственным путем. Лед может образовываться как при замерзании воды, так и при сублимации пара — переходе его в твердую фазу, минуя жидкую. Причем этот процесс может происходить в подземных условиях, и тогда в пустотах мерзлых горных пород возникают сростки кристаллов льда, называемого сублимационным. В отличие от него лед, который образуется при замерзании воды, называется конжеляционным, или гидрогенным.
В земных условиях, лед очень изменчив в связи с изменением температуры и давления. При длительных статических нагрузках и под действием собственной массы лед становится пластичным и приобретает свойство текучести: он начинает течь в поверхностных условиях, когда толщина его достигает примерно 20 м. При этом образуются складки, ориентированные в основном горизонтально или наклонно. Текучестью обладают и скопления подземного льда, находящиеся под действием больших давлений, но проявляться это их свойство может не всегда, так как залежи подземного льда обычно подвергаются всестороннему равномерному давлению. В тех же случаях, когда текучесть подземного льда проявляется, что бывает чаще всего вблизи дневной поверхности, в нем наблюдаются складки, как и в ледниках, но ориентированные преимущественно в вертикальном или близком ему направлении. При температуре около 0° С лед становится особенно пластичным и предрасположенным к течению. В таком состоянии текучесть его в миллион раз выше, чем у плотных горных пород. В целом можно сказать, что в температурном диапазоне от 0 до —5° С лед близок к расплаву. Примерно в таком состоянии находится сталь, нагретая до температуры 1200° С, т. е. до состояния красного каления. С понижением температуры и давления лед приобретает хрупкость и приближается к абсолютно твердому телу.
Источник: И.Д. Данилов. Подземные льды. Издательство «Недра». Москва. 1990