Brinicle - Brinicle
Brinicle ( рассол сосулька, также известная как ледяной сталактит ) является нисходящим растущей полой трубкой льда ограждающего шлейфа нисходящего рассола , который образуется под разработкой морского льда .
Когда морская вода замерзает в полярном океане, концентраты солевого раствора вытесняются из морского льда, создавая нисходящий поток плотной, чрезвычайно холодной и соленой воды с более низкой температурой замерзания, чем окружающая вода. Когда этот шлейф соприкасается с соседней океанской водой, его чрезвычайно низкая температура вызывает мгновенное образование льда вокруг потока. В результате образуется полый сталактит или сосулька , называемая рассолом.
Формирование
Образование льда из соленой воды вызывает заметные изменения в составе ближайшей незамерзшей воды. Когда вода замерзает, большинство примесей исключаются из кристаллов воды; даже лед из морской воды относительно свежий по сравнению с морской водой, из которой он образован. В результате вытеснения примесей (таких как соль и другие ионы) морской лед становится очень пористым и губчатым, что сильно отличается от твердого льда, образующегося при замерзании пресной воды .
По мере того как морская вода замерзает и соль вытесняется из кристаллической решетки чистого льда , окружающая вода становится более соленой по мере утечки концентрированного рассола. Это снижает его температуру замерзания и увеличивает его плотность . Понижение температуры замерзания позволяет этой окружающей воде с высоким содержанием рассола оставаться жидкой и не замерзать немедленно. Увеличение плотности заставляет этот слой опускаться. Крошечные туннели, называемые солевыми каналами, образуются по всему льду, когда эта сверх соленая, переохлажденная вода опускается вниз от замороженной чистой воды. Теперь все готово для создания бриникла.
Когда эта переохлажденная соленая вода достигает незамерзшей морской воды подо льдом, это вызовет образование дополнительного льда. Вода движется от высокой к низкой концентрации. Поскольку рассол имеет более низкую концентрацию воды, он притягивает окружающую воду. Из-за низкой температуры рассола вновь привлеченная вода замерзает. Если каналы для рассола распределены относительно равномерно, ледяной покров равномерно растет вниз. Однако, если каналы для рассола сконцентрированы в одной небольшой области, нисходящий поток холодного рассола (теперь настолько богатый солью, что он не может замерзнуть при нормальной температуре замерзания) начинает взаимодействовать с незамерзшей морской водой в виде потока. Подобно тому, как горячий воздух от огня поднимается вверх в виде шлейфа, эта холодная плотная вода опускается вниз как шлейф. Его внешние края начинают накапливать слой льда по мере того, как окружающая вода, охлаждаемая этой струей до температуры ниже точки замерзания, покрывается льдом. Теперь образовался рассол, напоминающий перевернутый «дымоход» из льда, в котором нисходящий поток переохлажденной сверхсоленой воды.
Когда рассол становится достаточно толстым, он становится самоподдерживающимся. По мере того как лед накапливается вокруг нисходящей холодной струи, он образует изолирующий слой, который предотвращает диффузию и нагревание холодной соленой воды . В результате ледяная оболочка, окружающая струю, растет вместе с потоком вниз. Температура внутренней стенки сталактита остается на кривой замерзания, определяемой соленостью, так что по мере роста сталактита и дефицита температуры рассола происходит рост льда, внутренняя стенка тает, чтобы разбавить и охладить соседний рассол до его замерзания. точка. Это похоже на вывернутую наизнанку сосульку; Вместо холодного воздуха, замораживающего жидкую воду на слои, нисходящая холодная вода замораживает окружающую воду, позволяя ей опускаться еще глубже. При этом образуется больше льда, и рассол становится длиннее.
Размер рассола ограничен глубиной воды, ростом вышележащего морского льда, подпитывающего его течение, и самой окружающей водой. В 2011 году впервые было снято образование рассола. Было подтверждено, что соленость жидкой воды в рассоле меняется в зависимости от температуры воздуха. Чем ниже температура, тем больше концентрация рассола. В январе 2014 года у побережья Белого моря было зарегистрировано, что при температуре воздуха -1 ° C соленость рассола составляла от 30 до 35 psu, а соленость в море составляла 28 psu. Когда температура составляла -12 ° C, соленость рассола увеличивалась до 120–156 psu.
Состав
В то время его творения, brinicle напоминает трубу из льда идущей вниз от нижней части слоя морского льда . Внутри трубы находится чрезвычайно холодная и соленая вода, образовавшаяся в результате роста морского льда наверху, накапливаемого через каналы для рассола. Поначалу рассол очень хрупкий, стенки тонкие, но постоянный поток более холодного рассола поддерживает рост рассола и препятствует его таянию, что могло бы быть вызвано контактом с менее холодной окружающей водой. По мере того, как лед накапливается и стенки становятся толще, рассол становится более устойчивым.
При правильных условиях рассол может доходить до морского дна . Для этого сверххолодный рассол из верхнего слоя пакового льда должен продолжать течь, окружающая вода должна быть значительно менее соленой, чем рассол, вода не может быть очень глубокой, верхний морской ледяной покров должен быть неподвижным, а течения в этом районе должен быть минимальным или неподвижным. Если окружающая вода слишком соленая, ее точка замерзания будет слишком низкой для образования значительного количества льда вокруг шлейфа рассола . Если вода слишком глубокая, рассол, скорее всего, вырвется на свободу под собственным весом, не дойдя до морского дна. Если пакет со льдом подвижный или течение слишком сильное, рассол сломается от напряжения.
При правильных условиях, включая благоприятный рельеф дна океана, может быть создан бассейн с рассолом . Однако, в отличие от бассейнов с рассолом, создаваемых холодными просачиваниями , бассейны с рассолом, вероятно, будут очень непостоянными, поскольку подача рассола в конечном итоге прекратится.
Достигнув морского дна, он будет продолжать накапливать лед, поскольку окружающая вода замерзает. Рассол будет перемещаться по морскому дну в нисходящем направлении, пока не достигнет самой низкой возможной точки, где он будет собираться. Любые обитающие на дне морские существа, включая морских звезд или морских ежей , могут быть заключены в эту расширяющуюся ледяную паутину и попадут в ловушку, в конечном итоге замерзнув.
История исследований
Общепринятая модель их образования, известная с 1960-х годов, была предложена американским океанографом Сили Мартином в 1974 году. Впервые образование бриникла было снято в 2011 году продюсером Кэтрин Джеффс и операторами Хью Миллером и Дугом Андерсоном для сериала BBC « Замороженная планета». .