Nasz stały współpracownik naukowy, a jednocześnie kapitan jachtowy żeglugi przeogromnej Witold Kurski – znany jest także jako szybownik i bojerowiec. Nie zważając na obserwowane i statystycznie zapisywane zjawisko ocieplenia – liczy na… anomalia pogodowe, czyli mróz J Marzyć może każdy, nawet o Taylor Swift J Żyjcie wiecznie ! Don Jorge ==================================== O zamarzaniu wody na słodkowodnych akwenach. W zamieszczonym poniżej wpisie, opisuję moje wspomnienia sprzed blisko pięćdziesięciu lat oraz podaję niektóre wiadomości przydatne w żegludze oraz w nauczaniu podstaw żeglarstwa wodnego jak i lodowego. _______________________________________ Dzięki osobistym kontaktom w okresie ostatniego półwiecza z mistrzami sportu bojerowego Eugeniuszem Kańskim (Łotwa) i Włodzimierzem Girsem (Estonia), obydwaj konstruktorzy bojerów z aeropłatami i wieloma innymi za naszą wschodnią granicą - zostałem dosyć dobrze wprowadzony we wszelkie realia sportu bojerowego w tych krajach, od przed wojny aż do końca minionego wieku. W chwili obecnej kontakty międzynarodowe pomiędzy polskimi żeglarzami bojerowymi, a żeglarzami bojerowymi wymienionych krajów, a także Finlandii są podtrzymywane tylko dzięki osobistym znajomościom. W sporcie bojerowym zapowiada się totalny upadek, bowiem średnia temperatura ziemi nieprzerwanie rośnie z powodu zmian klimatycznych i coraz trudniej jest znaleźć sprzyjające dla żeglugi warunki lodowe. Nie każdego stać na wątpliwą przyjemność jazdy z bojerem nad jezioro Bajkał. Rośnie także nieprzerwanie średni wiek naszych czołowych zawodników bojerowych. . W dalszej części mego wpisu opisuję jak to dzięki zbiegom okoliczności, a więc dzięki szczęśliwym wydarzeniom, zaistniałem jako autor wielu opracowań o żeglarstwie lodowym (ponad 50). A co to były za zbiegi okoliczności? Okazało się, że wśród gości Politechniki Gdańskiej (miejsce mojej pracy), znajduje się prorektor Instytutu Okrętowego z miasta nad Newą, urodzony na Litwie. Do Gdańska przypłynął na jednym z jachtów swojej uczelni, wraz z innymi profesorami i studentami (jacht „Tornado”, konstrukcji Ryszarda Langera). Całej licznej grupie gości zrobiliśmy wycieczkę krajoznawczą na jeziora kaszubskie. W rozmowie z prorektorem dowiedziałem się że jego pracownicy i studenci nie tylko żeglują w lecie i w zimie, ale też konstruują katamarany oceaniczne oraz bojery w tym bojery z aeropłatami, a te konstrukcje jako pilota bardzo mnie fascynowały. Prorektor żartował, że czym wyższy stopień i tytuł naukowy konstruktora bojerów, tym gorsze okazują się osiągi jego konstrukcji. Według jego opinii, problemów niepowodzeń należy szukać w psychice konstruktorów, a problem dotyczy wielu biur projektowych. A jeden bojer znad Newy z aeropłatem, to nawet się rozsypał wskutek zjawiska flatteru, jak to się zdarza samolotom. Zostałem zapoznany z konstruktorem tego bojera, co było dla mnie z dużym pożytkiem, bowiem uzyskałem partnera do wymiany poglądów i dyskusji nad aktualnymi problemami aerodynamiki i hydrodynamiki. A według prorektora, Kaszuby są tak piękne jak Litwa. . W rozmowie z prorektorem dowiedziałem się, że w swoim rodzinnym Wilnie miał przyjaciela, nie żyjącego już litewskiego profesora o nazwisku W. HOMSKIS, który zajmował się małymi jeziorami na terenie Litwy i który jest autorem książki pod tytułem „Dinamika i Termika Małych Ozier”. A wszystko co dotyczyło warunków żeglugi na jeziorach, zarówno na wodzie jak i na lodzie mnie fascynowało. Dzięki mojemu Gościowi, stałem się właścicielem jednego egzemplarza tej książki napisanej w języku rosyjskim. Fragmenty z tej książki dotyczące warunków równowagi mas wody w okresie rocznego cyklu, jako mogące zainteresować brać żeglarską, zamieściłem w licznych artykułach. Poniżej przypomnę dwie miary stabilności określające równowagę mas wody jeziora, oraz miarę pochodną zwaną „Termiczną Głębokością Jeziora” według profesora W. Homskisa. . Czytelnikom SSI zwracam uwagę, że opisane fakty miały miejsce w pierwszej połowie lat osiemdziesiątych minionego stulecia i moja wiedza limnologiczna pochodzi z tego okresu. Byłem w tej dziedzinie samoukiem, bo dopiero w 1993 roku powołano Zakład Limnologii na Wydziale Biologii, Geografii i Oceanologii UG. A w 1998 roku Zakład Limnologii zostaje przekształcony w Katedrę Limnologii, ale ja niestety nie mam kontaktu z UG i jego pracownikami, dlatego proszę Czytelników i Skrytoczytaczy SSI o wyrozumiałość. . Przed omówieniem etapów zamarzania jeziora przypomnę podstawowe wiadomości na temat zmian gęstości wody słodkiej w zakresie temperatur od zera stopni do dwunastu stopni Celsjusza. Ta wiedza jest serwowana wszystkim polskim uczniom w zakresie szkolnictwa powszechnego. / Fig.1 Zmiany gęstości wody słodkiej w pobliżu punktu inwersji.Etapy zamarzania jeziora . Zamarzanie jezior następuje dzięki wymianie ciepła z otoczeniem i odbywa się w kilku etapach: Etap 1. Wychłodzenie wody w jeziorze do +4 stopni Celsjusza. Zanim to nastąpi to masy wody w jeziorze znajdują się w stanie równowagi trwałej przy zaleganiu cieplejszych mas wyżej. Ruch ciepła odbywa się przede wszystkim dzięki procesom konwekcyjnym i przez mieszanie się wody wskutek falowania wiatrowego. Etap 2. Gdy cała masa wody rozpatrywanego rejonu osiągnie +4 stopnie Celsjusza ,woda przyjmuje stan równowagi obojętnej. Etap 3. Przy dalszym ochłodzeniu jeziora powierzchniowe warstwy stają się chłodniejsze niż +4 stopnie Celsjusza, a więc lżejsze niż woda zalegająca niżej i jezioro osiąga ponownie równowagę stałą, ale przy zaleganiu chłodniejszych mas bliżej powierzchni. Wymiana ciepła z otoczeniem następuje pod wpływem mieszania się powierzchniowych warstw wody pod wpływem wiatru lecz bez rozwiniętych procesów konwekcji. W wymianie ciepła przewodnictwo i promieniowanie posiadają także istotne znaczenie. Górną warstwę wody, charakteryzującą się tym, że ze wzrastającą głębokością jej temperatura wzrasta, nazywamy termokliną. Etap 4. Gdy powietrze jest dostatecznie chłodne na powierzchni wody zaczynają tworzyć się igiełki lodowe, które łącząc się przyjmują postać skórki lodowej, a potem ścisłej pokrywy lodowej. . Równowaga termiczna i grawitacyjna jeziora. O trwałości lodu i o zjawiskach lodowych decyduje grubość termokliny, która oddziela ciepłą wodę, o temperaturze +4 stopnie Celsjusza (mogącą zniszczyć lód), od pokrywy lodowej. Termoklina może być naruszona przez dopływ ciepła lub też w sposób mechaniczny przez zmieszanie wody. Dla oceny trwałości warunków termicznych wprowadzono pojęcia charakteryzujące równowagę mas wody, a więc ich stabilności. Ponieważ naruszenie równowagi może nastąpić wskutek dopływu ciepła lub też wskutek działania mechanicznego (mieszanie wody), wprowadzono dwa pojęcia stabilności. . a. STABILNOŚĆ TERMICZNĄ b. STABILNOŚĆ GRAWITACYJNĄ Stabilność termiczną mierzy się ilością ciepła, a stabilność grawitacyjną ilością pracy i odnosi do jednego metra kwadratowego akwenu. Stabilności te zależą od głębokości zbiornika, kształtu zbiornika i historii pogody. Jeżeli przez „DELTA h” przedstawimy różnicę wysokości pomiędzy środkiem objętości wody a środkiem masy wody jeziora, to stabilność grawitacyjną Sg określamy ze wzoru: Stabilność Grawitacyjna Sg = (M x g x DELTA h)/F [Niutono metrów na metr kwadratowy] gdzie: M -- masa wody w jeziorze, g -- przyśpieszenie ziemskie, x – oznacza tutaj znak mnożenia, a to z powodów edytorskich. DELTA h-- różnica wysokości pomiędzy środkiem objętości wody jeziora i środkiem masy. F -- powierzchnia akwenu. / Fig. 2 Pojęcia do określenia stabilności grawitacyjnej . W przypadku zamarzającego jeziora „DELTA h” jest spowodowane grubością termokliny. Im termoklina jest grubsza tym większa jest wartość Delta h, a więc i stateczność jest większa. Na początku okresu zalodzenia termoklina jest cienka i dlatego lód nie jest bezpieczny. Zalodzeniu jeziora towarzyszy powolne lecz stałe narastanie grubości termokliny, a więc wzrasta stateczność grawitacyjna. Dla płytkich jezior oraz zalewów, wskutek małej głębokości, narastająca termoklina szybko dosięga dna i stabilność grawitacyjna jest mała, gdyż wyznacza ją głębokość zbiornika. Z kolei dla jezior głębokich termoklina może narastać bez przeszkód i może być osiągnięta duża stabilność grawitacyjna. . Stabilność Termiczna „ St ” jest drugą miarą stabilności warunków lodowych. Dla rozpatrywanego akwenu liczy się ją jako ilość ciepła, którą należy doprowadzić, aby cała woda znalazła się w równowadze obojętnej, to znaczy aby osiągnęła temperaturę +4 stopnie Celsjusza. Tę ilość ciepła odnosi się do jednego metra kwadratowego akwenu. St = (Q/F) [kilokalorii na metr kwadratowy] gdzie: St -- stabilność termiczna, Q -- ilość ciepła, którą należy doprowadzić do jeziora, aby osiągnąć stan równowagi obojętnej, F -- powierzchnia akwenu. . O stabilności termicznej, po utracie której lód jest intensywnie topiony od spodu, decyduje ilość ciepła jaką należy doprowadzić, aby masa wody warstwy termokliny została podgrzana do +4 stopni Celsjusza. . Oczywistym jest, że dla płytkich akwenów stabilność termiczna jest mała i niewielki dopływ ciepła przez promieniowanie lub dopływ ciepłej wody w okresach topnienia śniegu może również naruszyć stabilność termiczną. Z kolei w jeziorze głębokim przy grubej warstwie termokliny ilość ciepła, którą należy doprowadzić aby jezioro znalazło się w równowadze obojętnej jest znacznie większa i dlatego jezioro głębokie charakteryzować się będzie znacznie większą stabilnością termiczną. Pojęcie stabilności termicznej można odnieść do warunków termicznych w ciągu całego roku, także w lecie, a nie tylko w porze zimowej i oblicza się ją wtedy jako ilość ciepła, którą należy odprowadzić od wody aby schłodzić jezioro do +4 stopni Celsjusza.. / Fig. 3 Dwa przypadki termokliny. Z lewej jezioro bez lodu. Z prawej pokrywa lodowa. . Pochodną pojęcia stabilności termicznej jest w klasyfikacji jezior pojęcie termicznej głębokości jeziora, która jest określona przez różnicę temperatur Delta T w warstwie przydennej. Delta T = T_lato - T_zima gdzie: T_lato -- jest temperaturą przydennej warstwy wody w okresie termicznej stagnacji (lato). T_zima -- jest najniższą temperaturą przydennej warstwy wody w okresie istnienia pokrywy lodowej. . Zależnie od różnicy temperatur „Delta T” klasyfikujemy jeziora na : · Jeziora termicznie bardzo głębokie: Delta T około zera stopni Celsjusza co oznacza, że w okresie całego roku temperatura przydennych warstw wody waha się około +4 stopni Celsjusza, natomiast rzeczywiste głębokości jezior termicznie bardzo głębokich wahają się od 10 metrów do 50 metrów. · Jeziora termicznie głębokie, jeżeli: 0.5 stopni C < Delta T < 5 stopni Celsjusza. W jeziorach należących do tej grupy woda rozdziela się w lecie na warstwy, zaś temperatura przydennej warstwy wody w zimie waha się od 2 stopni Celsjusza, zaś w okresie letniej stagnacji od 4.5 stopni Celsjusza do 7 stopni Celsjusza. · Jeziora termicznie średnio głębokie, jeżeli: 5 stopni C < Delta T < 15 stopni Celsjusza Geometryczne głębokości takich jezior mogą sięgać nawet do trzydziestu metrów. Temperatura wody w warstwie przydennej w środku lata osiąga od 8 stopni Celsjusza do 17 stopni Celsjusza, zaś zimą od jednego stopnia Celsjusza do dwóch stopni Celsjusza. · Jeziora termicznie płytkie jeżeli: Delta T jest w przybliżeniu równa dwudziestu stopniom Celsjusza. Temperatura wody warstwy przydennej w lecie jest bliska temperatury warstwy powierzchniowej, zaś zimą obniża się poniżej plus jednego stopnia Celsjusza. Znajomość głębokości oraz stabilności termicznej danego akwenu ułatwia przewidywanie warunków lodowych. . W latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych minionego stulecia kierowałem licznymi obozami bojerowymi w Giżycku w Almaturze. Nie dysponując termometrami głębokowodnymi odwracalnymi, rozwijaliśmy własną pomysłowość jak bez tych urządzeń pomierzyć temperatury przydennych warstw wody jeziora Kisajno (głębokości do dwudziestu pięciu metrów). Niektórych uczestników obozów to zadanie interesowało. Chętnym czytelnikom proponuję zebranie informacji o Morskim Oku i sklasyfikowanie tego jeziora pod względem termicznej głębokości. WITOLD ------------------------------------ KORESPONDENCJA DLA JERZEGO KULIŃSKIEGO Drogi Don Jorge ! Gdańsk dnia 22 grudnia 2024 Zaczęła się zima astronomiczna a więc powinny zacząć się tworzyć warunki lodowe dla uprawiania żeglarstwa lodowego. Wydarzenia historyczne uczą, że w tej materii przyroda jest nieprzewidywalna. W 1939 roku z powodu braku lodu w Europie nie odbyły się jakiekolwiek zawody bojerowe, a w 1940 roku jako skutek ostrej zimy, powstało takie zalodzenie Bałtyku, że bojerowcy z Kłajpedy żeglowali na bojerach po morzu w promieniu czterdziestu kilometrów od portu. Zalodzenie Bałtyku w warstwie powierzchniowej, z powodu małego zasolenia wody (poniżej 3 promile) ma miejsce w sposób charakterystyczny dla słodkowodnych jezior. Pamiętam że jeszcze w lutym 1963 roku żeglowałem na ślizgu lodowym pomiędzy Jelitkowem a molem w Orłowie, a cała Zatoka Gdańska w polu widzenia pieszego była zalodzona. Grubość lodu wynosiła blisko 30 centymetrów, co według wcześniejszych doświadczeń nie było dużo. ŻYJ WIECZNIE ! WITOLD
|
