О причине образования льда на дне рек и озер.
В. Я- Альтберг.
6 виду неудовлетворительности и малой обоснованности
существовавших до сих пор объяснений причины образования льда на дне
водоемов, вопрос этот был подвергнут автором настоящей статьи
коренному пересмотру. Поводом к этому послужил случай экстараорди-
нарного замерзания р. Невы, имевший место 14 декабря 1914 г. (по
новому стилю), когда дно Невы на глубине 20 метр, оказалось сплошь
покрытым мощным слоем рыхлого льда в 3/і метра толщины. По
свидетельству водолазов, неоднократно опускавшихся в тот день под воду,
не только дно оказалось покрытым мощным ледяным кровом,-в
котором ноги водолазов вязли выше колен, но также и все предметы,
там находившиеся: цепи, трап, площадка и широкие (d=*,8 мет.)
входы в приемные трубы Петроградских водопроводов, лишившихся
вследствие этого возможности подавать воду городу'). По показание-
водолазов входные раструбы (с решетками) оказались закрытыми словно
„ледяной шапкой". Толщина ледяной коры оказалась свыше 2-х футов.
Работа по очистке решеток от льда продолжалась в течение многих
часов и закончилась с успехом, главным образом, благодаря резкому,
улучшению погоды и повышению температуры воды и воздуха.
По предложению Водопроводной Комиссии мною произведены
были исследования в Лаборатории Главной Физической
Обсерватории и организованы наблюдения над этим явлением в природе.
Лабораторные исследования были направлены прежде всего на искусствен-
') Уложенные по рну реки трубы (d = 48") в конце загибаются кверху, на.
высоте 3,5 и. снова, загибаются под прямым углом и заканчиваются
расширявшимися раструбами, обращенными вниз по течению, В целях влево хранения.
Труб от засорения, широкие концы раструбов снабжены решеткамж ямд~мпіт
и образуется та почти ежегодно.

— 2 —
■нее воспроизведение явления в лабораторной обстановке, что мне и
удалось еше в 1915 г., после чего оказалось возможным
экспериментальным путем выяснить знамение и роль каждого из факторов,
участвующих а процессе охлаждения воды и образования в ней льда. О
полученных результатах мною сообщалось в свое время в различных
периодических изданиях '). В настоящей статье я намерен дать лишь
общую сводку полученных результатов и сделанных выводов.
Дававшиеся ранее объяснения этого явления не выдерживают
критики в виду того, ч'то они были основаны обыкновенно на
непроверенных предположениях и гипотезах или на допущениях, недостаточно
обоснованных. Кроме того весьма затрудняли понимание природы
явления широко распространенные неверные, как ниже увидим,
представления о температурном режиме в реках. Нередко затруднения видели
там, где таковых не оказывалось в действительности; при этом
внимание обращалссь на второстепенное и побочное, главное же и
существенное оставалось почти не затронутым или упускалось из виду
вовсе, вследствие чего явление донного льда оставалось в течение
двух веков нераэ'ясненным парадоксом природы.
Одно из первых объяснений основано было на предположении,
что почва дна может промерзнуть при сильном охлаждении берегов в
морозное время. Такое об'ясненив было, конечно, опровергнуто.
Другое объяснение было основано на предположении, что вода в реке не
может быть переохлаждена, и потому донный лед будто бы обязан
своим происхождением заносу с поверхности. Исходная предпосылка
этого об'яснения, продержавшегося со .времени Гей.-Люссака по
настоящее время, оказалась неверной: факт переохлаждения воды -в
реке твердо установлен. Кроме того открыты новые обстоятельства гі
факты, которые •делают излишним столь искусственное и
маловероятное об'ясне:-.ие.
Переохлаждение в реке констатироЕано многими наблюдателями,
среди них также и Барнесом, который делает однако иг своих очень
тонких измерений недостаточно обоснованные выводы. Подобно тому
как не оправдались предположения Гей--Люссака о том, что вода
в реке не может быть вообще переохлаждена, так точно не
оправдывается теперь уверенность Барнеса в том, что переохлаждение не
может превзойти предела —0*,0068 С. Лз того, что .больших переохлаж-
і) Геофизический Сборник. Т. Ш, вып. 1 и 2, 1916.
Метеорологический Вестник. 1918 и 1921.
Известия Главной Физической Обсерватории, Т. I, I], 1920 и III, 1921.
Иавестия Пивропогичеекаго Института. Т. 1, 1921.
Бюллетень Гидрологического Института Мі 9, 1921.

— 3 —
.дений ему не щжшлвсь наблюдать в Лачинския порогах.р. Св.
Лаврентия, еще нельзя делать вывода, что брльших переохлаждений в реках
■никогда и н.и при каких условия к не может получиться вообще,
^Неосновательность такого заключения Барнеса подтверждают
результаты целого ряда надежных измерений, произведенных в России и в
Германии (см. ниже).
Между тек это неверное представление о невозможности будто
бы сколько-нибудь заметных переохлаждений в реках и факт
непрерывного поступления тепла из почвы, долженствующего яко-бы
препятствовать образованию льда на дне, побудили Барнеса усматривать
причину этого явления в излучении тепла, в предположении, что вода
свободно и без поглощения пропускает некоторые категории длинных
тепловых волн. Это об'яснение Барнеса, благодаря тонким
измерениям его, считалось наиболее вероятным и вследствие этого инженеры
(в особенности американские) руководствовались этими идеями в борьбе
с вредными последствиями, какие производит подводный рыхлый лед
для электроустановок и гидротехнических сооружений- Канады- Однако
в своем предыдущем сообщении я показал несостоятельность этой
теории, в виду явного противоречия ее тому, что достоверно известно о
. лучепоглощательных свойствах веды.
Исследования немецких ученых показали, что толстые слои воды
поглощают полностью всю инфракрасную область спектра. В виду этого
предполагаемый Барнесом лучеиспускающий источник охлаждения
не может быть признан реальным, а потому и излучение не может
быть первоосновой донного льда.
Для того, чтобы выяснить сущность парадокса природы,
заключающегося в более рангам замерзании воды, наиболее удаленной от
источника охлаждения, т. е. на дне раньше, чем на поверхности,
необходимо сопоставить все. что известно по вопросу о переохлаждении
и о переходе жидкого состояния в твердое, с теми соотношениями и
условиями, которые господствуют в реках в действительности.
Превращение жидкости в твердое состояние, представляющее
переход от системы с высшей потенциальной энергией к системе с
ни с шей, неразрывно должно быть связано с отдачей тепла вовне
и, с другой стороны, с выделением теплоты внутри жидкости. Оба
тепловых процесса в случае превращения воды в лед должны быть
мощнь.ми, в виду значительности скрытой теплоты воды,
представляющей разницу внутренней энергии воды и льса (при той же
температуре). Оба процесса—отдача тепла вовне и выделение его внутри
жидкости—равны по величине. Поэтому превращение фаз должно
происходить, теоретически говоря, при постоянной и неизменной тем- •
;пературе, не могущей поэтому служить показателем тепловых

— 4 -
перемен, так как происходящий в это время теплообмен, как бы
мощен или бурен он ни был, совершенно не отражается на температуре,
в виду постоянного сохранения рвнен с тв а. между приходом и
расходом тепла.
Отсюда с очевидностью вытекает, что в процессе образования^
льда температура воды не столь важна, главное — теплообмен
(теплоотдача, выделение тепла и теплопередача). Сюда, именно на
термодинамические (а не термические) условия должен быть перенесен
центр тяжести н обращено главное внимание, так как именно эти..
условия являются решающими и определяющими характер и темп
образования льда: бурный или медленный, интенсивный или слабый.
Что касается особенностей переохлажденного состояния, то еще-
классические опыты Blagden'a установили, что вода, охлажденная.
медленно и оставленная в полном покое, может придти в
переохлажденное состояние, из которого она может быть выведена разными
способами (встряхиванием, помешиванием и т. д,), но не всегда с одинаковой
легкостью и успехом. Нередко все способы бывают бессильны вызвать,
кристаллизацию, за исключением одного, который всегда действует
наверняка: это—способ затравки. Введение в воду твердой фазы
(кусочка льда) всегда вызывает выделение льда с последующим
согреванием воды до температуры 0°, вследствие выделения скрытого
тепла.
Опыты Monti, повторенные мною совместно с М. С. Пенке-
вич, показывают, что воду можно переохладить не только путем
медленного охлаждения с оставлением ее в полном покое, но также и при
быстром охлаждении и непрерывном перемешивании. Отсюда
вытекает, что существенным условием для перехода в переохлажденное
состояние является не медленность охлаждения и спокойное состояние
воды, а нечто другое. Многочисленные опыты приводят к заключению,
что главное заключается в предохранении воды от соприкосновения ее-
с твердой фазой, в присутствии которой возникающая после
охлаждения до 0° кристаллизация должна бы препятствовать переходу воды в
переохлажденное состояние,
В дополнение к этим опытам, произведенным в лабораторной
обстановке при температуре воздуха выше 0", произведены были опыты
с охлаждением воды, непрерывно перемешиваемой и выставленной в-
открытом сосуде на мороз, так что в воду могли попадать и в
некоторых случаях заведомо попадали кристаллы льда и снег. Казалось,
вода при таких условиях не должна была бы переходить в
переохлажденное состояние. Однако тщательные измерения температуры,
произведенные многократно при различных состояниях погоды с точностью

— 5 —
.до 0П,00І при помощи термометра Beckmann'a дали ■ следующий
результат '):
1. Вода всегда приходит в слегка переохлажденное состояние,
.'независимо от того, попадает ли в воду снег или нет.
2. После достижения небольшого переохлаждения (порядка 0°,І)
в воде появляется много мелких леденых пластинок.
3. Температура постепенно поднимется почти до 0*, не достигая
■его вполне.
4. Несмотря на обильное выделение в это время льда, ничтож,-
'ное переохлаждение тем не менее сохраняется длительно. Отсюда
приходится заключить: соприкосновение с твердой фазой не всегда
приводит воду к температуре а точности равной 0°; могут быть соз-
.даны такие условия, при которых возможны отступления от
общепризнанных положений.
Из найденного опытом факта, что вода, охлаждаемая при условии
изоляции ее от соприкосновения с твердой фазой, повидимому всегда
может быть приведена в переохлажденное состояние, независимо от
темпа охлаждения и от состояния покоя или движения воды, следует
заключить, что существенным условием для того, чтобы началась кри-
-сталлизация, является наличие в воде затравки.
В случае естественных водоемов, возможность заноса в воду
затравки всегда имеется. Поэтому и не бывает здесь больших
переохлаждений в виду имеющихся благоприятных условий для
кристаллизации.
Установленный опытами факт перехода воды в слегка
переохлажденное состояние (порядка величины—0", 1), даже в присутствии за-
"травки, стоит в согласии с результатами опытов Тамана и Лемана,
которые показали, что кристаллизация возможна лишь при наличии
переохлаждения жидкости и таковая прекращается, если темпердтура
в точности равна точке плавления.
С другой стороны Таман показал, что в слабо переохлажденных
-жидкостях кристаллизация происходит вокруг зародышевых ядер или
центров, наличие которых является непременным условием для возник- .
новения кристаллизации вообще. Последние же образуются в жидкости
тогда, когда температура ее опускается несколько ниже точки
плавления. Следовательно, переохлаждение жидкости есть безусловно
необходимое условие для начала кристаллизации и потому является весьма
важным моментом; для продолжения же кристаллизации вообще важ-
шым является непрерывнее отнятие тепла от жидкости в целях под-
.держания переохлажденного состояния.
л) .Опыты произведены-выпи моим сотрудником Н. О. Якобн.

— 6 —
Тот факт, ' что вода остается в ничтожной степени
переохлажденной (—0",О01) даже после обильного выделения льда, можно было
бы объяснить тем, что теплопотеря воды не успевает вполне
компенсироваться выделяющейся в ней скрытой теплотой. По этой причине
вода может также и в реках длительно пребывать, в очень слабом
переохлаждении несмотря на присутствие в ней льда.
Выше указывалось уже, чтз, предохраняя воду от
соприкосновения с затравког, ее мэжнэ сильно переохладить независимо от
темпа охлаждения и от состояния воды (спокойное или подвижное).
Если бы вода в реке могла быть длительно предохранена от со-
прнко;новекия t твердой фазой, то и здесь вода могла бы сильно
переохлаждаться. В виду того, что это условие никогда не осуществляется.,
сильного переохлаждения никогда и не наблюдается.
Аналогичные, найденным путем опытов в сосудах, температурные
соотношения господствуют также и в естественных водоемах, как
показывают многочисленные наблюдения, главным образом на русских
реках и озерах. Отрицательные температуры найдены были: в р. Ангаре
Э. В. Штеллингом (—0°,05), в р. Енисее Близняком (— ОМ),
в р. Неве I. фон-Ш пиндл ером, Л. А. Ячевским, Н. В. Розе
и др. {от — 0°,005 до — ОМ 8), в р. Эльбе Бубендеем { - 0°,02),
Мвіег'ом (—0°,1), на Ладожском озере В. В. Власовым,
производившим в течении зимы 1906—1907 г.г. обстоятельные наблюдения
над донным льдом и над температурою воды (от —0°,01 до —ОМ6).
В особенности много измерений за последние годы произведено,
было в Неве, как ртутными термометрами, так и электрическим
термограф** Календера (специально выписанным из Лондона), приемная-
часть которого была установлена вблизи дна на глубине 10 метр.
Установка приборов, их проверка и производство наблюдений была^
возложена не специалистов Центральной Физической Обсерваторий;
На черт. 1 воспроизведена термограмма воды в Неве за ноябрь месяц_
1916 г. В течение 21, 22, 23 и отчасти 24 ноября вода была
переохлаждена; в вти же дни происходило обильное образование донного*
льда, каковой заносился течением также и в колодцы водопровода.
Произведенные в 1920 г. учащенные систематические измерения
(днем и ночью) температуры Невской воды с точностью до 0°,005,.
показали, что температура опускалась ниже 0° пять раз: в ноябре в..
ночь с 7 на Ѳ, в следующую ночь с 8 на 9 и затем 3, 5 и 8'.декабря>
(нов. ст.). Максимальное переохлаждение воды в упомянутые периоды,
составляло:
— 0°,01; — 0°,01; — 0°,005; — 0°,025; — 0°,025.
В эти же самые периоды в колодцы поступал особой структуры

— 7 —
(ячеисто пластинчатый) лед, образовывавшийся, певивимому, на
решетках водоприемных труб.
В отличив от всех упомянутых наблюдений, совершенно особо-
стоят результаты Барнеса, производившего измерения в особом,
по характеру течения, пункте реки, в каковэм ни один из
вышеперечисленных наблюдателей не производил наблюдений, а именно в
порогах (Лачинские пороги р. Св. Лаврентия). Такой пункт был
преднамеренно избран, с целью получить самые низкие температуры,
т. к. Барнес был почему то уверен, что таковые будут найдены именно
в, порогах. На деле же окалалось, что температура здесь не
опускалась ниже нескольких тысячных долей градуса. На основании своих
наблюдений в 1917 г., я пришел к заключению, что именно в
порогах, где перемешивание воды происходит наиболее совершенным
образом, следует ожидать наименьших переохлаздений, что и
подтвердили произведенные мною измерения в Ивановских порогах р. Невы.
Барнес, исходя из полученных им результатов, верных для
порогов, обобщает их без достаточных к тому оснований и утверждает,
что в реках вообще никогда и ни при каких условиях не может
получиться больших переохлаждений, чем —0°,0068 (самая низкая
температура, найденная им в порогах). Это утверждение Барнеса стоит
в противоречии с многочисленными наблюдениями, произведенными
в России и в Германии. Обособленность наблюдений Барнеса,
об'ясняется их несравнимостью между собою, в виду
существенного различия условий места наблюдений, а также и времени
наблюдений: русские и немецкие наблюдения относятся к участкам рек
со спокойным течением и произведены в начальный ледоходный период,
когда следует ожидать сравнительно больших переохлаждений,
наблюдения же Барнеса произведены в порогах, притом в середине зимы
(в феврале), когда льда в реке сравнительно много, а ледяной покров-
(выше порогов) естественно предохраняет воду от перехода в
переохлажденное состояние.
Большое затруднение при отыскании причины донного льда, кроме
упомянутых уже, проистекало от распространенного неверного взгляда
на характер распределения температуры в реке по глубине.
Предполагалось обыкновенно, что в реке господствует или полная
однородность температуры, или же легкое укленение от таковой с
распределением температуры соответственно плотностям, на подобие
напластования температур в озере. Если, таким образом, легкие изменения
температуры допускались, то только определенного рода, так сказать,
нормальные, а именно—убывание температуры вместе с глубиной, когда
общая температура реки выше 4°, и наоборот—возрастание, когда
температура ниже 4°.

— 8 —
При таком представлении температура придонного слоя воды, в
период образования льда, должна быть непременно выше температуры
поверхностного слоя, где поэтому и естественно было бы ожидать
образования льда прежде всего. Это соображение, в связи с
почвенным теплом (см. ниже), служило, между прочим, одним из камней
преткновения для уяснения более раннего появления льда иа дне водоема.
Но такое представление о господствующем будто бы нормальной
распределении температуры по глубине не соответствует тому, что
наблюдается в действительксети. Уже в Giinther's Handbuch der
Geophysik имеется указание на возможность слоистого распределения
температуры в реках. По этому вопросу, хотя и имеется не слишком
обширный материал, однако вполне достаточный для того, чтобы
рассеять вышеупомянутое догматическое представление о характере
температурного распределения в реке, которое составилось, повидимому,
на основании известных правильных напластований температур в
озере, в соответствии с нормальным распределением плотностей.
Приведу несколько примерных данных из целой серии
наблюдений, относящихся как к случаю, когда температура воды выше 4°, так
и К случаю, когда она ниже -4°. Для первого случая данные приведены
у Л. А. Я невского ').
Систематические ежедневные наблюдения в ], , 3, 5 и 7,
1 , 9 и 11 производились на р. Неве в 1915 г. в июле и в начале
августа на глубинах 0,05; 0.5; 1,0; 2,0 и 2,5 метров. В таблице 1 при.
ведены иля примера лишь для 2-х дней разности температур воды по
отношению к поверхностному слою с соответственным знаком: плюс,
если температура данного слоя выше температуры поверхностного,
минус, если, наоборот, ниже.
Таблица 1.
Число.
18—VII.
19-VII.
\ Часы.
ГпуОйчм. >-
0.05
0,5
1.0
2.0
25
- 0.5
10
20
2.5-
<!■
3.
аооі 0.02
0.10 0.18
0.10 0.10
аооі 0,06
0.01
0.13
0.08
0.04
0.01
0.06
0.06
0.05
5. 7. j г£.
0.00
0.03
-0.05
- 0.07
0.00
-0.01
-0.03
— 0.04
^0.03 -0.04
0.07 - 0.14
-0.011 -0.13
0.02 -0.15
-0.02
001
— 0.03
-от
-0.05
— П-06
— 0.С5
-ада
9.
-0.07
0.0?
-0.02
— 0.07
0.01
0.04
0.06
0.04
11.
0.02
0.11
0.08
» 0.07
-0.01
С. 10
ао5
0.03,
') Л. А Ячечский, Гидрологический Вестник, № 4, 1915.
6

— 9 —
Из этой таблицы видно, что все разности меньше 0°,3, так что об
однородном распределении температуры говорить можно только в
первом приближении. Далее видик, что отрицательных разностей,
указывающих об аномальном распределении температуры, хотя и меньше в
общем, чем положительных, однако достаточно для того, чтобы сделать
заключение, что в реке имеет место пестрое распределение темпера-
туры, причем более теплые и более холодные слои чередуются без
особой правильности,
Совершенно такая же пестрая картина температурного
распределения, с меньшим только размахом отклонений, наблюдается также
в периоды, когда температура воды ниже 4°, включая и ледоходный
период, когда температура равна 0° или близка к 0°.
6 таблице 2 приведены для примера ежечасные наблюдения над
-температурой воды в р. Неве для одного только дня 8 ноября 1915 г.
та глубинах 0,05; 0,5; 1,0; 2,0 м.
Таблица 2.
Х^^ Г дубина в см.
Часы, Х^
it
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Полдень.
Ф
2
3
4
5
6
7
5.
0,03
0,06
0,04
0,09
— 0,01
— 0,01
— 0,01
- 0,01
-0,01
— 0,01
0,02
0,04
0,00
0,00
0,01
— 0.01
0,00
-0,01
— 0,01
6 но
50.
0,10
0,06
0,05
0,11
-0,01
-0,01
-0.01
— 0,01
— 0,01
— 0,01
0.C3
0,06
0,01
0,01
0,02
— 0,01
0,02
0,00
0,01
я б р я.
100.
0,07
_
—
0,12
-0,04
-0,03
— 0,02
0,05
005
0,05
—
0,13
0,05
0,03
0,05
-0,02
0,01
— 0,05
0,01
200.
0,09
0,05
0,06
0,11
-0,02
-0,02
-0,01
0.00
0,01
0,03
—
0,10
0,07
0,02
• 0,03
— 0,01
0,00
-0,04
— 0,02

— 10 —
Из втой таблицы видно, что отступления от однородного
распределения теперь значительно меньше, но оно такое же пестрое, как
и в предыдущем случае.
К такому же выводу приводят также и ряд других данных *)>
показывающих, что во 1-х, в реках не существует вполне однородного
распределения температуры, во 2-х, наблюдаемые уклонения не
соответствуют нормальному распределению, в согласии с таким же распре1-
делением плотностей, но представляют безпорядочное распределение,
непрерывно меняющееся во времени. Последнее обстоятельство
указывает на наличие в толще речного потока различных струй и слоев
различной температуры и плотности, сложным образом переплетающихся
и непрерывно изменяющих свое направление.
Распределение температуры, аномальное и отличное от
однородного, в периоды образования льда может иметь место не только в
реках, но также и в озерах, как показывают наблюдения Власова
в Ладожском озере ').
Приведя данные наблюдений над температурой на разных
глубинах- и в различном удалении от берега, Власов отмечает, что
отрицательные температуры в воде наблюдались в период времени от 4 до
15 декабря 1906 Г. как на поверхности воды, так и на глубине,
причем нельзя было уловить какой-либо правильности в распределении
низких температур: „слои переохлажденной воды представляются—
говорит Власов,—как бы рассеянными в без порядке, перемежаясь со
слоями, имеющими температуру немного выше 0°, как в
горизонтальном, так и в вертикальном направлении". Он заключает, затем, что
данная по наблюдениям картина распределения температур в воде во
время образования донного льда недалека от действительности, так
как правильного напластования температур трудно ожидать, в виду
сильного волнения и других побочных причин.
Особо от всех этих наблюдений стоят опять результат1 ы Б а р н е с а,
нашедшего полную однородность температуры по глубине. Однако этот
результат, вполне понятный для порогов, не может относиться к
рекам не порожистым, для которых, в силу неполного перемешивания
слоев, могут иметь место иные температурные соотношения, как и
наблюдается в действительности (ср. выше). Из этих наблюдений
видно, что придонные слои могут принимать более низкую теипературу,
чем поверхностный слой воды, и в таком случае у дна создаются более
благоприятные условия для образования льда, чем на поверхности.
') 1. В. фон-Ш п и н п пер. Отчет по физико-географическому
исследованию Ладожского оаера. Петербург, 1908, стр. 52. '

— и —
Выше уже было отмечено, что фактором, регулирующим процесс'
образования льда, является теплопотери волы и характер
теплопередачи от слоя к слою.
С этой стороны водоемы бывают обеспечены даже для мощных
образований льда, так как теплооборот в них в осеннее время бывает
велик и может достигнуть в отдельные дни 1000 гр. калорий с 1 кв. см.
водной поверхности (по определению Хомена для озера Лойо).
Примерно такого же порядка величины суточная тегглопотеря найден* для-
озер Байкальского, Ладожского н др.
Особенностью рек является своеобразнее движение воды,
сопровождающееся перемешиванием всех слоев, вследствие чего облегчается;
передача тепла из глубоких слоев к верхним. Это обстоятельство
благоприятствует большей теплопотери реки по сравнению с озером и
способствует равномерному охлаждению всей массы воды от
поверхности до дна, причем передача'тепла происходит путем конеекщи.
В общем тепловом процессе принимает участие также и тепло,
поступающее непрерывно из почвы в воду. Значение этого фактора
однако было переоценено Барнесом, усматривавшем в нем большое
затруднение для объяснения донного льда, если не прибегать к помощи
особого источника охлаждения на дне. По данным Напп'а из почвы
поступает к 1 см. поверхности всего 54,2 гр. кал-, в год, что
составляет ничтожно малую величину по сравнению с подавляюще.большой
величиной общей теплопотери водоема (ср. выше). Отсюда ясно:
мощная теплопотеря воды может свести на нет роль столь
незначительного источника тепла, как почвенное тепло, каковое не может поэтому
быть регулятором температуры в придонной области. Она зависит
прежде всего от теплового режима воды, а не почвы еще и потому,
что теплоемкость воды значительно превосходит теплоемкость почвы;
кроме того теплопередача в реке сквозь всю толщу воды происходит
несравненно быстрее, чем в почве, где передача путем конвекции не
может иметь места.
После изложенных выше общих соображений и критических
замечаний, имевших своею целью устранение кажущихся затруднений и
фиктивных преград, которые стояли до сих пор на пути и, препятствуя1
уразумению природы явления, увлекали на скользкий путь гипотез и
необоснованных предположений, остается добавить несколько общих
замечаний относительно истинной причины образования подводного льда.-
вообще и дойного в частности.
Основою явления нужно считать термодинамический
момент, от которого зависит как общий характер процесса охлаждения
водоемов, так и характер отдельных фазисов его, в том числе образе

— 12 —
■вания льда вообще « появления в том ипи другом месте речного про-
»филя различных разновидностей его.
В виду мощней теплопотери водоемов в осеннее время, большой
"теплоемкости воды, однородного охлаждения всей массы ее,
приблизительного равенства температуры как на поверхности, так и у дна
(вследствие перемешивания всех слоев), в виду наконец медленности
процесса охлаждения и дурной теплопроводности почвы, тончайший
поверхностный слой дна, находящийся в постоянном соприкосновении
с водою, принимает через некоторое время температуру омывающей ее
воды. Такому выравниванию температуры не может воспрепятствовать
непрерывна поступающее из почвы тепло, в виду ничтожности его (по
■ сравнению с общей теплопотерей водоема), а также в виду дурной
теплопроводности и малой теплоемкости почвы по сравнению с водою,
наконец в виду отсутствия здесь конвективной передачи тепла,
каковым путем осуществляется передача значительной части тепла'со дна
на поверхность воды. Температура на границе соприкосновения
твердого и жидкого тела в условиях подобных тем, какие господствуют
в реке, должна равняться температуре жидкости и так как вода в
реке не только на. поверхности, но также и у дна бывает по
временам переохлажденной, то и температура тончайшего поверхностного
■-слоя дна может оказаться также ниже 0° (хотя бы и на
незначительную величину).
В виду этого, на поверхности дна могут создаться условия не
менее благоприятные, но иногда даже более благоприятные для кри-
■сталлизации, чем в других слоях воды. Поэтому здесь, в виду наличия
аародышевых центров (образующихся при температуре ниже 0П), может
начаться кристаллизация вокруг последних. Если же в переохлажден-
; ную воду попадет затравка, то кристаллизация безусловно происходит
и вместе^с этим останавливает процесс дальнейшего понижения
температуры воды, несмотря на продолжающееся охлаждение ее. Так как
; речная вода не может длительно оставаться изолированной от твердой
фазы (затравки), то в реках никогда и не наблюдается больших пере-
■ охлаждений.
Так можно представить себе зарождение на дне первоначального
■ слоя льда; дальнейший же рост его может происходить двояким путем:
1) Путем непосредственного роста кристаллических элементов за
• счет запаса холода, непрерывно доставляемого протекающей пере-
- охлажденной водой, уносящей затем теплоту кристаллизации (как
подтверждено было на опыте при искусственном воспроизяедений""д'6н'-
?ного -льда).
2) Путем массового присоединения и прилипания (вследствие
,режѳляцин) мелких элементов льда, постоянно находящихся в воле.

— 13 —
Наростание льда этим последним путей безусловно признается-:
также Барнесом и другими исследователями.
В придонной области может встретиться большее' многообразие
условий вообще и разнообразие их в отношении- постоянства, большей
или меньшей устойчивости или переменчивости. Что касается условий
температурных, то они отличаются в ледоходный период устойчивостью,
изменяясь лишь в незначительных пределах, даже в периоды весьма:
мощного по калорийности теплооборота.
В виду такого многообразия условий и возможности
разнообразных сочетаний их, либо тог, либо другой из упомянутых, путей может-
получить перевес и, благодаря возможности весьма разнообразной
комбинации обоих, лед на дне может получиться весьма различной
консистенция и структуры (рыхлый, мягкий, твердый, пластинчатый,
зернистый и т. д.).
До тех пор, пока в факторе излучения считали возможным видеть,
первооснову донного льда, имелось некоторое оснэвание выделять зтот.
лед (anchor - ice) з особую категорию в отличие от рыхлого льда
(frazil), которым покрываются подводные предметы и происхождение
которого приписывалось другой причине. Теперь, когда, окончательно-
выяснилось, что излучение не может быть причиной донного льда и
что причина того и другого льда повидимому общая, нет никаких
оснований делать различие между тем и другим и быть может поэтому было
бы целесообразно ввести одно общее название подводный лед.
Мощная теплопотеря водоемов создает условия, при которых
только и возможны выделения больших .количеств льда, как внутри:
воды, так и на дне, каковое обстоятельство не находило себе
удовлетворительного объяснения ни в одной из прежних теорий донного льда.
Правильность вышеизложенных представлений можно было бы.
проверить также путем опыта и осуществить экспериментально
замерзание воды снизу.
Такая проверка в действительности была произведена и
экспериментальное воспроизведение первичного слоя льда на дне удалось мне
осуществить прошлою зимою. С этой целью водою заполнялся
резервуар, на дне которого размещались камни, доступные удобному
наблюдению через стекла. Чтобы условия опыта по возможности
приблизились к естественным условиям, вода, непрерывно перемешиваемая,
подвергалась медленному охлаждению в течение 24 часов и более.
Когда достигалось переохлаждение воды примерно того же порядка,.
/ і о \
как в реке ! г^-}, в воду вносилась затравка (кусочек льда).
Через некоторое время после этого в воде появлялись элементы
льда и в то же время явственно можно было наблюдать, как на по-

— 14 —
в.врхностн камней зарождались мельчайшие кристаллики, быстро выро-
ставшие в форме тонких пластинок, ориентированных под рваными
углами к поверхности. Через некоторое время камни оказывались
обросшими .рьхлым льдом, словно мхом.
Август, 1921 г.
Ueber die Ursachen der Bildung des Grundeises
Von V. Altberg.
lndem der Verfasser die gegenwartigen Theorien iiber das Grundeis
als unzulanglich bezeichnet, macht er den Versuch eine Erklarung zu
geben, welche durchaus auf die gepriiften Tatsachen beruht, iiber den
Temperaturgsng der Wasserbehalter und iiber die Prozesse derKry-
stallisation im Zusammenhang mit dem, was heut'zu Tage iiber den
Ueberkaltungszustand der FliJssigkeit bekannt ist. Der Schwerpunkt
.dieser Erklarung ist auf die dynamischen Bedingungen ubertragen, die
,das Wasser in den Ueberkaltimgszustand bringen und welche diesen
Zustand auf langere Zeit fortsetzen trotz der entstehenden Eisbildung
und der gleichzeitigen Absonderung der latenten Warme, welche das
'Wasser erwarmt.

0е
-5*
\.sj
H'tft
November. 1920
cTempe-zot. o\ Wdttt
dempeiat. of aiz
од
0°
-o>
-0,*o»
-oros;

о;з
04
о:і
о
-0.01
- o;ot
-о'оз
-5
НО