И здесь мы находим ещё одно и весьма убедительное подтверждение правомерности закона о неравновесности теплообмена замерзающего водоёма с внешней средой. Из него вытекает и законченное объяснение причины установления неравновесности толщины льда, а именно: равновесная толщина многолетнего плавучего льда образуется потому, что равенство противонаправленных количеств теплоты фазовых превращений при значительно различающихся интенсивностях их сезонных теплообменов, обусловливается тем, что теплота кристаллизации высвобождается намного менее интенсивно, чем усваивается теплота плавления. Иными словами, если бы не было неравновесного теплообмена льда с атмосферой, то не могло бы существовать и льда равновесной толщины. Поскольку существование равновесной толщины льда известно давно, оно очевидно и никогда не вызывало сомнений, то детально анализируя его взаимосвязь с тепловым воздействием атмосферы, можно получить еще одно, кроме выше нами изложенных и независимое от них, доказательство существования закономерности неравновесного теплообмена ледяного покрова с внешней средой. Буду рад узнать, что такой анализ кто-то выполнил, а я не хочу утомлять читателя дальнейшими рассуждениями и расчетами по этому случаю.
Важнейшим тепловым следствием названной закономерности и образования неравновесной толщины льда, является тот очевидный факт, что зимний теплообмен водоёма с атмосферой почти полностью замыкается на равном расходе и приходе теплоты фазовых переходов. Следовательно, невскрывающийся водоём, как и любой вскрывающийся летом, полностью прекращает всякие необратимые потери тепла, кроме как по трещинам и разводьям. Поэтому он даже в очень суровом климате высоких широт может существовать не промерзая бесконечно долго, вовсе не нуждаясь в подтоке теплых вод.
Теплые воды, если они всё же попадают в замерзающий водоём, всю свою теплоту, выраженную температурой выше точки замерзания, расходуют на таяние или задержку намерзания ледяного покрова у его кромки, но попадая под нее уже не способны вызывать существенных отклонений в теплообмен между массой воды и атмосферой. Всякое природное явление, начни его рассматривать более тщательно и неторопливо, обязательно раскрывает какие-то новые особенности, задает новые загадки. Отметим наиболее важные малоизвестные события, сопутствующие намерзанию и таянию ледяного покрова любых водоёмов. Намерзание льда характеризуется установлением в нем температурного градиента, то есть непрерывного понижения температуры в слое льда от температуры замерзания воды на его нижней плоскости до минимальной температуры его верхней плоскости. Так формируется «дорожка» непрерывного понижения температуры снизу вверх, по которой «утекает» в атмосферу теплота кристаллизации и теплота, отток которой формирует эту дорожку.
Такое линейное или однонаправленное (монотонное) формирование температурного градиента во льду продолжается не всю зиму, а лишь до тех пор, пока температура воздуха, а значит, и верхней плоскости льда, продолжает понижаться или хотя бы находиться на каком-либо постоянном уровне отрицательной температуры. Но как только температура воздуха начинает повышаться, верхний слой льда перестает охлаждаться, снова нагреваясь (разумеется в пределах отрицательных значений температуры) и тем самым прерывает теплообмен нижних слоев льда с атмосферой, появившимся здесь безградиентным слоем льда (рис. 12). С этого момента наращивание льда резко замедляется и продолжается уже не за счет прямого оттока теплоты кристаллизации в атмосферу, а за счет релаксации (постепенного расходования) «запаса холода», создавшегося во льду в первой половине зимы и отсеченного безградиентным слоем от кондуктивной теплопередачи в атмосферу. Этот отсеченный запас холода будет тем больше, чем сильнее был мороз в первой половине зимы и чем толще был лёд. Например, в Якутии толстый (до 2 м) речной и озерный лёд намерзает и весной, когда сверху уже тает. Многолетний морской лёд намерзает практически всё лето. К концу зимы безградиентный слой опускается до середины всего слоя ледяного покрова и на всё лето остается его самым холодным слоем. Как бы не был тонким, или толстым этот слой обязательно имеет зону изотермичности (одинаковой температуры), которая и исключает кондуктивный теплообмен между слоями льда, находящимися ниже и выше его. Исключается и всякий теплообмен атмосферы с водой, причем не только собственно безградиентным слоем, но всеми примыкающими к нему слоями льда с одинаковыми значениями температуры (штриховка на рис. 12).