Скользкий панцирь или информация к размышлению

Текст: Олег Зверьков
Фото: Владимир Мальцев и Андрей Каменев

...Белая пыль весело шуршит по стеклам. Словно в сильно ускоренном вальсе, мимо проносятся практически невидимые под длинными, почти до самой земли, снежными тулупами, сосны. А за их верхушками, настраивая на самый благодушный лад, мелькает нереально яркое для этого времени года светило. Но резкий поворот, дорога уходит вниз, и вот уже перед глазами раскинулась причудливо застывшая гладь водоема. Обратной дороги нет. Вперед, на тот берег, по кажущемуся таким прочным и надежным ледяному панцирю...

Кто из водителей внедорожников в своей стремительной жизни не сталкивался с подобной ситуацией? И наверняка у каждого где-то в подсознании возникала мысль о хрупкости бытия вообще и льда на данном озере в частности. А перед глазами тем временем проносились волнительные кадры блокбастера всех времен и народов «Александр Невский». Те самые, где в наглядной и доходчивой форме рассказывается о нелегкой судьбе немецких профессионалов, вздумавших устроить трофи-рейд по льду Чудского озера.

Так давайте же немного поговорим о том, что это такое – речной и озерный лед, как он образуется, и главное – что нужно знать, дабы в один «прекрасный» миг не оказаться вместе со своим полноприводным другом в положении незадачливых тевтонцев. Долой иронию! Разговор будет серьезный...

Твердая вода

Как всем известно, лед – это кристаллическая форма воды, образующаяся при отрицательных температурах. Кстати, это замечательное свойство «колыбели жизни» всегда ценилось и использовалось людьми. В частности, данное физическое явление весьма способствовало развитию торговли и транспорта в России. Достаточно вспомнить хотя бы знаменитую Байкальскую казенную конную ледовую переправу, которая просуществовала с 1673 по 1903 год и соединяла западный и восточный берега великого озера.

Строение ледяного покрова озер зависит как от погодных условий, так и от глубины водоема. Первичное переохлаждение воды сопровождается появлением на поверхности озера «игл» и «сала». Но это не то, о чем вы подумали. Ледяные иглы – это кристаллы льда в виде игл или пластинок. А «сало» – скопления смерзшихся ледяных игл в виде участков или тонкого сплошного слоя серовато-свинцового цвета, внешне напоминающие пятна плавающего жира. Из «сала» в свою очередь образуются небольшие льдины, которые, развиваясь, переходят в формы блинчатого льда (отдельные пятна блинчатого льда достигают 10–50 сантиметров в диаметре). Такой лед с шугой образует крупные ледяные поля, дрейфующие под воздействием ветра.

Толщина льда на российских озерах колеблется от нескольких сантиметров в районах с неустойчивой и мягкой зимой до 1,5–2 метров в условиях сурового континентального климата. При этом толщина льда озер в среднем на 15–20% больше толщины льда на крупных реках этого же района. Причем последняя изменяется в очень широких пределах. Так, если в верхнем и среднем течении реки толщина льда составляет в среднем около одного метра, то при наличии шуги и на торосистых участках эта цифра может возрастать и 2,5 метров. Что же касается устьевых участков, то здесь ледяной покров может достигать толщины 1,5–2 метра. Небольшие реки с малой глубиной иногда и вовсе полностью промерзают. На горных же реках, имеющих большие скорости течения, даже в суровые зимы лед образуется только у берегов (так называемые забереги).

Ледяной покров рек весьма неоднороден, что прежде всего связано с условиями его образования. На формирование и разрушение ледяного покрова рек оказывают влияние и гидродинамические условия: например, увеличение скорости течения реки на отмелях способствует уменьшению толщины льда.

Опасности на льду

Наличие сугробов на льду способствует его теплоизоляции (защите от атмосферного холода) и быстрому подмыванию ледяного покрова течением реки.

При небольшом снежном покрове в сильные морозы во льду могут образовываться морозобойные трещины, вызванные сокращением линейных размеров льда и снижающие несущую способность ледяного покрова. При сквозных температурных трещинах происходит заполнение разрывов водой и их смерзание.

При низких отрицательных температурах прочность прозрачного льда с минимальным количеством воздушных включений выше, чем мутноватого. Но при температурах, близких к 0°С (особенно при наличии солнечной радиации), прочность прозрачного льда теряется намного быстрее. И еще, интенсивность разрушения чистого льда под действием солнечной радиации во многом определяется его кристаллической структурой. Так, лед, имеющий игольчатую структуру, под действием проникающей солнечной радиации оттаивает по граням кристаллов, быстро теряет прочность. И еще, прямо-таки зарубите себе на носу, что прочность льда морей и соленых озер намного меньше, чем пресных водоемов.

Последняя проверка

Итак, вы реши лись на штурм. Тогда на всем протяжении предполагаемой переправы через каждые 15–25 м вырубите лунки и измерьте в них толщину ледяного покрова. Помните, лед в месте спуска должен быть прочно связан с берегом и не зависать над водой (лед не зависает, если вода в лунках выступает на 0,8–0,9 толщины льда). Прежде чем съехать на лед, необходимо подумать о том, что спуститься обычно бывает гораздо проще, чем вернуться обратно на берег. А потому для переправ следует выбирать ровные и плоские берега с крутизной не более 5–6 градусов.

Поехали!

А теперь высадите из машины всех пассажиров, распахните водительскую дверь и – вперед! Съезжать на лед нужно плавно. Если автомобилей несколько, то друг за другом. При увеличении скорости снижается давление на лед, но при наличии неровностей на ледяной покров будет оказываться динамическое воздействие, которое последний может не выдержать. Поэтому рекомендуется небольшая скорость движения, без рывков. Кроме того, при езде по тонкому льду последний прогибается и сам провоцирует распространение в воде волн, которые приводят к его дополнительному прогибу. В результате, при движении со скоростью, равной скорости распространения таких волн, может происходить резкое снижение грузоподъемности ледяного покрова. Поэтому ваша скорость не должна превышать скорости движения подледной волны. В связи с этим рекомендуется периодически менять скорость (она должна составлять 15–25 км/ч при глубине водоема до 5–15 м).

Если во время вашей переправы слышится треск, лед начинает прогибаться и на его поверхности выступает вода, не пугайтесь – продолжайте движение, плавно увеличивая скорость.

Вариант «Титаник»

Несколько полезных советов на тот случай, если вам все-таки не повезло и вы «ухнули» вместе с машиной под лед.

• Некоторое время автомобиль может держаться на плаву, и у вас, как правило, есть несколько секунд, чтобы из него выскочить.
• Если вы все же не успели покинуть машину, и она погрузилась под воду, не открывайте двери, так как вода сразу хлынет внутрь, и автомобиль начнет резко погружаться.
• При погружении машины на дно с закрытыми дверьми и окнами воздушный пузырь держится в салоне несколько минут. Не паникуйте, активно провентилируйте легкие. Это поможет наполнить кровь кислородом «впрок».
• Избавьтесь от лишней одежды.
• Мысленно представив путь наверх, выбирайтесь из автомобиля. Последнее лучше делать, когда салон заполнится водой приблизительно наполовину.
• Протиснитесь наружу через дверь или опущенное стекло, подтянитесь, взявшись руками за крышу. А затем оттолкнитесь и резко плывите наверх.
• Выбравшись из машины, имейте в виду, что у вас есть 30–40 секунд для поднятия на поверхность.

И еще один совет. Если вам предстоит переправа через замерзший водоем, помните – никогда не повредит иметь под рукой фляжечку хорошего коньяка. Ведь если судьба распорядится так, что вам все-таки придется испытать на себе температуру ледяной воды, то пара-другая глотков хорошего напитка наверняка поможет избежать в дальнейшем кучи проблем, связанных с переохлаждением. Вспоминается любопытный исторический факт. Один из старших механиков «Титаника» был подобран из воды почти через три часа после того, как корабль затонул. Но при этом он был не просто жив, но даже не заработал минимальной простуды. Все объяснялось очень просто: перед тем как прыгнуть в воду, морской волк выпил залпом пол-литра джина. Нет, господа, это, конечно, не руководство к действию, но информация к размышлению...

Формулы упругого тела.

При кратковременном воздействии нагрузки ледяной покров ведет себя как упругое тело. А вот при длительном приложении статических нагрузок лед начинает проявлять свойства пластичных материалов. Существует много методов расчета грузоподъемности ледяного покрова. На наш взгляд, наиболее простым и доступным является метод, предложенный М. М. Коруновым:

Р = h² / 100,

где Р – максимальный вес в тоннах, который может выдержать данный ледяной покров, h – толщина льда в сантиметрах, но не менее 20–25 см.

Последнее ограничение существенно. Дело в том, что формулы грузоподъемности получены, как правило, при воздействии на лед тяжелыми блоками. Но при малой толщине льда большую роль играет и удельное давление под колесом. Так, по формуле М. М. Корунова получается, что 10 см льда выдержат 1 тонну груза. Но 10 сантиметров льда рекомендуется лишь для прохода пешего человека! Поэтому приведенную выше формулу применяют при толщине льда от 20–25 сантиметров. А еще в «Инструкции по проектированию, строительству и содержанию зимних автомобильных дорог» несущая способность ледовых переправ для колесных машин определяется по фрмуле

h = 12 k P^0,5 или Р = h² / (144 k²),

где k=1 при средней температуре воздуха за трое суток –10°С, k=1,1 при средней температуре воздуха –5°С, k=1,2–1,5 при средней температуре воздуха 0°С (кратковременная оттепель) и массе машины от 40 до 4 тонн.

Таким образом, при массе колесной машины 4(25) тонн толщина льда должна составлять 25(75) см при средней отрицательной температуре воздуха. В принципе же, как считают специалисты МЧС, для пешего человека вполне безопасен ледовый покров толщиной не менее 7–10 см. А вот для автомобилей эта величина должна составлять не менее 25–30 см.

Кроме толщины ледяного покрова следует обращать пристальное внимание на цвет льда. Лед зеленовато-синих оттенков или прозрачный, как правило, весьма крепок и не представляет большой опасности. Матово-белый, молочного или желтоватого цвета лед вдвое слабее. Он образуется при морозной погоде со снегопадами и представляет собой смерзшиеся снежинки; такой лед ломается без предостерегающего потрескивания. Ноздреватый лед (замерзший во время метели снег) еще более непрочен. Участки такого льда непременно следует объезжать.

Итак, пересекать замерзшую реку или озеро в холодную погоду можно по любому льду соответствующей толщины, если только это не снежный лед небольшой плотности, менее 800 кг/м3. При оттепели или в солнечный день (даже морозный!) двигаться лучше по непрозрачному льду (если опять-таки это не снежный лед небольшой плотности). И всегда надо стараться делать это при большей глубине реки и, соответственно, меньшей скорости течения.