Торос
Размывание тороса
Инженер Рутковский, посланный Министерством путей сообщения осмотреть ледоколы в Америке, пишет следующее о действии ледокола «St. Marie», имеющего 3000 сил и снабженного передним винтом.
«При остановках пароход останавливался, упираясь в сплошной лед. Для того чтобы пустить его опять в ход, не требовалось подавать его назад. Как только пущен был в ход передний винт, замечалось на льду под ногами некоторое слабое колебание в расстоянии до 5 сажен от носа парохода, и затем, при действии заднего винта, пароход начинал двигаться, сначала крошить лед перед собою, а потом разламывать его на большие льдины, выбрасываемые по бокам парохода. При этом получалось впечатление, как будто бы пароход поднимался на лед и проламывал его своим весом.
Мне передавал капитан судна, что в 1895 г. лед был тоньше обыкновенного, а в 1894 г. достигал 2,5 фута, и пароход мог свободно идти через лед при этой толщине. Капитан судна и сопровождавший меня инженер компании, строившей судно, сообщали, что пароход не встречает никакого затруднения при проходе сплошного льда даже 2,5 фута толщиною, но что больше затруднений приходится испытывать, когда лед из озер (Мичиган и Гюрон) позднею весною вгоняется штормами и течением в узкий пролив, где образуются загромождения и ледяные валы до 20 футов и более вышиной.
В таких случаях, говорит капитан, приходится проходить через такие загромождения в два приема, т. е. если пароход не может сразу пройти через нагроможденные и смерзшиеся льдины, то они направляют сначала струю переднего винта для разрыхления массы и затем, подавая пароход назад, вторично проламывают препятствия. Эта операция не могла быть мною наблюдена за покрытием пролива сплошным льдом».
Месяц тому назад в Финском заливе пробовали новый ледокол «Надежный», построенный в Копенгагене для Владивостокского порта, и оказалось, что этот ледокол, не имевший переднего винта, прекрасно ломал лед, идя носом вперед, но еще лучше он ломал лед, идя кормою вперед, что подтверждает идею носовых винтов, даже при следовании через сплошной лед.
Вот в каком положении находится дело ледоколов. Посмотрим теперь, можно ли с успехом применить эти ледоколы к плаванию в Ледовитом океане. Лед можно разделить на ледяные горы глетчерного происхождения, ледяные поля и торосы.
Наш сибирский берег низмен и не дает глетчеров Ледовитому океану. Никто из исследователей не встречал ледяных гор к северу от нашего сибирского берега; их не видели с «Жаннетты», и их не встречал Нансен [78] . Ледяные горы следуют вдоль берегов Гренландии, и в некоторые месяцы их очень много у Ньюфаундлендской банки, куда они приносятся Лабрадорским течением, а в остальной части Ледовитого океана их нет [79] . Ледяные горы по своему размеру бывают так велики, что с ними силою кораблей бороться невозможно; их должно обходить.
Ледяные поля могут состоять из льда одногодового и льда старого. Вейпрехт, в своем классическом исследовании «Die Methamorphosen des Polareises» выводит зависимость между количеством мороза и толщиною ледяного покрова. На основании наблюдений в 3 различных местах он составил таблицу, в которой количество мороза обозначено градусо-днями; приняты градусы Реомюра. Ниже приводим следующие цифры:
500° дает толщину льда 63 см
1000°………………………………92 см
2000°………………………………134 см
3000°………………………………165 см
4000°………………………………189 см
5000°………………………………209 см
10 000°……………………………294 см
15 000°……………………………359 см
20 000°……………………………410 см
Данные эти нанесены мною на чертеже, который служит для вывода предельной толщины льда. Из этой таблицы и диаграммы мы видим, что вначале замерзание идет весьма быстро, а потом чрезвычайно медленно. Первые 500 градусо-дней морозу дают толщину льда в 63 см, а последние 500° лишь 5 см. Вейпрехт считает, что среднее количество мороза в Ледовитом океане 4500 градусо-дней.
Таяние льда происходит иначе, чем замерзание, оно не только не уменьшается по мере убыли льда, но даже увеличивается, в особенности с того момента, когда лед становится порист и вода уходит под лед. По Вейпрехту, в самой холодной части Ледовитого океана, за летнее время, лед может уменьшиться в своей толщине на 1–1,5 м. Расчет предельной толщины льда по системе Вейпрехта делается следующим образом. Предположим, что в Ледовитом океане количество мороза равно 5000 градусо-дням и таяние – одному метру. Согласно диаграмме на рис. 2. при 5000 градусо-днях, в первую зиму образуется ледяной покров в 209 см, в лето стает 1 м и, следовательно, останется 109 см, что соответствует 1350 градусо-дням. Прибавив к этой цифре 5000 градусо-дней, получим 6350, а этой величине соответствует намерзание в 234 см. Эту толщину льда будем иметь в конце второй зимы. Продолжая вычисление таким же образом, получим предельную толщину при заданных условиях 260 см. Это и есть толщина полярного сплошного льда по Вейпрехту.
На «Фраме» количество мороза оказалось более, чем это предполагает Вейпрехт. В первую зиму они получили 5130 градусо-дней, во вторую 6130 и в третью 5300. В среднем они имели 5520 градусо-дней [80] .
Диаграмма толщины льда
Количество таяния у Нансена обозначено лишь для одного лета и оказалось в 1 м. Если принять таяние в 1 м, а количество мороза в 6000 градусо-дней, то получим, по формуле Вейпрехта, наибольшую толщину льда 3,05 м (10 футов). Нансен, однако, иногда встречал лед в 14 футов, а командир «Жаннетты» Де-Лонг упоминает о льде в 12 футов. Не происходит ли это от того особого явления, которое наблюдал Нансен? Он заметил, что пресная вода, образовавшаяся от таяния льда, уйдя под лед, вследствие прикосновения к соленой воде, имеющей температуру −1,5°Ц, вновь намерзает и увеличивает толщину льда снизу в то время, когда наверху происходит обильное таяние его. Следует ли это явление считать обыкновенным или исключительным? Ответ на это дать весьма трудно, но надо думать, что для такого явления необходимы исключительные условия: надо, чтобы внизу был покой и отсутствие течений, которые могли бы перемешивать тонкий слой пресной воды, сбегающей со льда, с соленою, и тем понизить точку замерзания.
Происходит ли такое явление повсюду или нет, сказать не могу, но, во всяком случае, сплошной лед в 12 футов наблюдался, и расчеты наши надо вести на лед такой толщины. Рассмотрим, какую силу надо применить, чтобы взламывать лед в 12 футов толщины. В настоящее время по вопросу о ломке льда есть уже некоторый материал, по которому можно найти зависимость между толщиною сплошного льда и потребною для его разломки силою машины. Я обратился с этим вопросом к нашему ученому, морскому инженеру В. И. Афонасьеву [81] , который дал мне следующую формулу I.H.P. = 2,5 v · d2.
I.H.P. есть индикаторная сила машины, потребная для безостановочного взламывания сплошного льда, v – скорость движения в узлах, d – толщина сплошного льда в дюймах.
По этой формуле для безостановочного движения со скоростью одного узла требуется:
при 2-футовом льде 1400 сил
4………………5760
6………………13 000
8………………23 000
10……………36 000
12……………52 000
По этому же предмету я спросил завод Армстронга, строивший ледокол для озера Байкал. Завод этот высчитывает, что для взламывания льда большой толщины потребуется гораздо меньше сил, чем по формуле В. И. Афонасьева, но надо сказать, что завод Армстронга говорит о ледоколах с передним винтом, тогда как В. И. Афонасьев основывал свои выводы на опытах с ледоколами, не имеющими переднего винта. Чтобы не ошибиться, примем расчеты В. И. Афонасьева, согласно которым для прохода сплошного льда в 12 футов надо 52 000 индикаторных сил.