Brinicle - Brinicle

А рассола (рассол сосулька, также известная как ледяной сталактит) представляет собой растущую вниз полую трубу из льда, в которой находится шлейф нисходящего рассола, образующийся под развивающейся морской лед.

В качестве морская вода замерзает в полярных океанах, концентраты солевых растворов вытесняются из морского льда, создавая нисходящий поток плотных, чрезвычайно холодных и соленая вода с более низкой температурой замерзания, чем окружающая вода. Когда этот шлейф входит в контакт с соседним океан вода, ее чрезвычайно низкая температура вызывает мгновенное образование льда вокруг потока. Это создает пустоту сталактит, или же сосулька, именуемый рассолом.

Формирование

Образование льда из соленая вода производит 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 соли и другие ионы, морской лед очень пористый и похожий на губку, сильно отличающийся от твердого льда, образовавшегося при пресная вода замирает.

Поскольку морская вода замерзает, и из чистого льда вытесняется соль. кристаллическая решетка, окружающая вода становится более соленой по мере вытекания концентрированного рассола. Это снижает его температура 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.[1] Крошечные туннели под названием каналы для рассола создаются по всему льду, когда эта сверхсоленая, переохлажденная вода опускается вниз из замороженной чистой воды. Теперь все готово для создания бриникла.

Когда эта переохлажденная соленая вода достигает незамерзшей морской воды подо льдом, она вызывает образование дополнительного льда. Вода движется от высокой к низкой концентрации. Поскольку рассол имеет более низкую концентрацию воды, он притягивает окружающую воду.[2] Из-за низкой температуры рассола вновь привлеченная вода замерзает. Если рассольные каналы 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, когда окружающая вода, охлаждаемая этой струей ниже точки замерзания, замерзает. 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 изоляционный слой, предотвращающий попадание холодной соленой воды распространяющийся и потепление. В результате ледяная рубашка, окружающая струю, растет вниз по течению. Температура внутренней стенки сталактита остается на кривой замерзания, определяемой соленостью, поэтому, когда сталактит растет, а дефицит температуры рассола переходит в рост льда, внутренняя стенка тает, чтобы разбавить и охладить прилегающий рассол до его замерзания. точка.[3] Это как вывернутая наизнанку сосулька; Вместо того, чтобы холодный воздух замораживал 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.[4] Было подтверждено, что соленость жидкой воды в рассоле меняется в зависимости от температуры воздуха. Чем ниже температура, тем больше концентрация рассола. Январь 2014 г. вдоль побережья белое море зафиксировали, что при температуре воздуха -1 ° C соленость рассола была между 30 и 35 psu в то время как соленость в море составляла 28 psu. Когда температура составляла -12 ° C, соленость рассола увеличивалась до 120–156 psu.[5]

Структура

На момент создания бриникл напоминал трубка из лед потянувшись вниз с нижней стороны слоя морской лед. Внутри трубы очень холодная и соленая вода, образующаяся из-за роста морского льда наверху, накопленного через каналы для рассола. Поначалу рассол очень хрупкий; стенки тонкие, но постоянный поток более холодного рассола поддерживает рост рассола и препятствует его таянию, которое 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 рассола может достигать морское дно. Для этого сверххолодный рассол из паковый лед над головой должен продолжаться течение, окружающая вода должна быть значительно менее соленой, чем рассол, вода не может быть очень глубокой, морской лед над головой должен быть неподвижным, а течения в этом районе должны быть минимальными или неподвижными. Если окружающая вода слишком соленая, ее Точка замерзания будет слишком низким, чтобы образовалось значительное количество льда вокруг рассола шлейф. Если вода будет слишком глубокой, рассол, скорее всего, вырвется на свободу под собственным весом, не достигнув морского дна. Если пакет со льдом подвижный или течение слишком сильное, рассол сломается от напряжения.

При правильных условиях, включая благоприятную топографию океанского дна, бассейн с рассолом могут быть созданы. Однако, в отличие от бассейнов с рассолом, созданных холодные просачивания, бассейны рассола, 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 вниз по склону, пока не достигнет самой низкой возможной точки, где он будет собираться. Любые обитающие на дне морские существа, в том числе морская звезда или же морские ежи могут быть заключены в эту расширяющуюся паутину льда и заморожены до смерти.

История

Известная с 1960-х годов общепринятая модель их образования была предложена океанографом США Селье Мартином в 1974 году.[3] Формирование бриникла было впервые снято в 2011 году продюсером Кэтрин Джеффс и операторами Хью Миллером и Дуг Андерсон для сериала BBC Замороженная планета.[4]

Рекомендации

  1. ^ Картрайт Дж. Х. Э., Б. Эскрибано, Д. Л. Гонсалес, К. И. Сайнс-Диас и И. Тувал (2013). «Brinicles как случай обратных химических садов». Langmuir. 29 (25): 7655–7660. arXiv:1304.1774. Дои:10.1021 / la4009703. PMID  23551166. S2CID  207727184.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  2. ^ Мейн, Дуглас (2013). "Как образуются соломинки жуткого морского льда". Живая наука.
  3. ^ а б Мартин, Селье (август 1974 г.). «Ледяные сталактиты: сравнение теории ламинарного течения с экспериментом». Журнал гидромеханики. 63 (1): 51–79. Bibcode:1974JFM .... 63 ... 51M. Дои:10.1017 / S0022112074001017.
  4. ^ а б Джеффс, Кэтрин (28 декабря 2011 г.). «Анатомия съемок: Съемка бриникла замороженной планеты». BBC. Получено 2011-12-28.
  5. ^ Воронов А., Краснова Е., Воронов Д. (2014). «Простой метод демонстрации того, что образование льда создает стратификацию в соленых меромиктических озерах» (PDF). EARSeL E. 1. Архивировано из оригинал (PDF) на 2017-04-25. Получено 2017-04-24.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)

внешняя ссылка