Thermal relations leading to the formation of gaseous phase within the ice covering lakes and ponds

Abstract

Jak led na rybnících a jezerech roste, objevuje se v něm často plynná fáze v podobě malých bublin (plynných inkluzí). Jejich výskyt v ledu souvisí s obsahem rozpuštěných plynů ve vodě, ze které led vzniká. Jak se voda postupně mění v led, rozpuštěné plyny jsou v závislosti na poměru nasycení mezi plynem a vodou zachyceny a uspořádány na rozhraní voda-led. Jestliže zde jejich koncentrace dosáhne kritické hodnoty, voda na rozhraní se stává nasycenou a dochází ke tvorbě bublinek. Ty postupně rostou až do pouhým okem viditelné velikosti. Bubliny, vytvořené na rozhraní voda-led, mohou být začleněny do krystalu ledu, a tak se podílet na jeho pórovitosti, nebo mohou být uvolněny zpět do vody. To, ke kterému procesu dojde, je ovlivněno mnoha faktory. Plynné bubliny v ledu mohou být charakterizovány koncentrací, tvarem a velikostí. Tyto vlastnosti závisí na rychlosti růstu daného ledu, množství rozpuštěných plynů ve vodě a obsahu pevných částic ve vodě, které mohou sloužit jako nukleační centra. Tato práce je zaměřena na vztah mezi výskytem bublin v ledu a rychlostí jeho růstu. Pro studii byl použit led vytvořený přirozenou cestou na rybníku Dolní Tušimy v Mokrovratech. Ve vzorcích ledu byly pozorovány zřetelné vrstvy bublin přisuzované vysokým rychlostem růstu ledu. Ty v tomto případě byly okolo 1 μm/s....

When cutting an ice from lakes and ponds gaseous phase displays often ubiquitous bubble textures along the ice thickness. The occurrence of bubbles (enclosures filled with the gas) in ice relates to a content of the dissolved gas in the lake/pond water prior to freezing over the surface. When water freezes, dissolved gases are rejected and redistributed at the ice-water interface, depending on the saturation ratio between the gas and water. If the concentration of dissolved gases surpasses a critical value (as freezing progresses), the water at the interface becomes supersaturated, and gas bubbles nucleate and grow to a visible size along the interface. The bubbles generated at the ice-water interface are either incorporated into the ice crystal as the ice-water interface advances, thus forming gas pores in the ice, or released from the interface. If there is incorporation or release is determined by several factors. The bubbles nucleated at the advancing ice-water interface may be characterized by concentration, shape, and size, which depend on growth rate of ice, the amount of gases dissolved in water, and the particulate content of water. This work focused on the relation between growth rates of the ice and the occurrence of bubbles in the pond ice. I monitored the temperature of the ice formed...