Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Отторжение рассола - это процесс, который происходит при замерзании соленой воды. Соли не вписываются в кристаллическую структуру водяного льда , поэтому соль вытесняется.

Поскольку океаны соленые, этот процесс важен в природе. Соль, отброшенная формирующимся морским льдом, стекает в окружающую морскую воду , создавая более соленый и плотный рассол . Более плотный рассол тонет, влияя на циркуляцию океана .

Формирование [ править ]

Средняя соленость морского льда в зависимости от толщины льда для холодного морского льда, отобранного в течение вегетационного периода. Стандартная ошибка оценки составляет 1,5 для тонкого льда и 0,6 для толстого льда. [1]

Когда вода достигает температуры, при которой она начинает кристаллизоваться и образовывать лед, ионы соли удаляются из решеток внутри льда и либо вытесняются в окружающую воду, либо задерживаются среди кристаллов льда в карманах, называемых солевыми ячейками. Обычно морской лед имеет соленость от 0 psu на поверхности до 4 psu у основания. [1] Чем быстрее происходит процесс замерзания , тем больше ячеек рассола остается во льду. Когда лед достигает критической толщины, примерно 15 см, концентрация ионов соли в жидкости вокруг льда начинает увеличиваться, так как остатки рассола выбрасываются из ячеек. [1]Это увеличение связано с появлением сильных конвективных шлейфов, которые вытекают из каналов и внутри льда и переносят значительный солевой поток. Рассол, стекающий из вновь образовавшегося льда, заменяется слабым потоком относительно пресной воды из жидкой области под ним. Новая вода частично замерзает в порах льда, увеличивая твердость льда.

По мере того как морской лед стареет и утолщается, начальная соленость льда уменьшается из-за отторжения рассола с течением времени [Рис. 2]. [1] В то время как морской ледник стареет, опреснение происходит до такой степени, что некоторые многолетние льды имеют соленость менее 1 PSU . [2] Это происходит тремя разными способами:

  • диффузия растворенного вещества - это зависит от того факта, что включения рассола, захваченные льдом, начнут мигрировать к более теплому концу ледяной глыбы. Ледяной блок является самым теплым на границе раздела вода-лед, поэтому рассол выталкивается в воду, окружающую лед. [3]
  • Гравитационный дренаж - Гравитационный дренаж включает в себя движение рассола из-за разницы в плотности между рассолом внутри льда и рассолом в морской воде за пределами льда, что происходит из-за развития системы конвекции, управляемой плавучестью. [4]
  • изгнание - миграция рассола из-за растрескивания, вызванного тепловым расширением льда, или давления, вызванного увеличением объема вновь образованного льда. [3]

Роль в формировании глубинных вод и термохалинной циркуляции [ править ]

Климатология сплоченности морского льда в Арктике и Антарктике с 1981 по 2010 гг. На приблизительных сезонных максимальных и минимальных уровнях на основе данных с пассивных микроволновых спутников. [5]

Отторжение рассола происходит в морских ледяных покровах на северном и южном полюсах Земли [Рис. 3] [ требуется разъяснение ] . Площадь Северного Ледовитого океана исторически составляла от примерно 14–16 миллионов квадратных километров в конце зимы до примерно 7 миллионов квадратных километров каждый сентябрь. [6] Ежегодное увеличение ледникового покрова играет важную роль в движении океанской циркуляции и формировании глубинных вод. Плотность воды под новообразованным льдом увеличивается из-за отвода рассола. Более соленая вода также может стать холоднее без замерзания.

Плотные воды, образующиеся в Арктике, называются глубоководными водами Северной Атлантики (NADW), а в южном полушарии образуется антарктическое дно (AABW). Эти две области отторжения рассола играют важную роль в термохалинной циркуляции всех океанов Земли.

Бриникл [ править ]

По мере замерзания морского льда он отклоняет все более соленую воду, которая стекает через узкие каналы для рассола, проходящие сквозь лед. Рассол, текущий через каналы для рассола и выходящий из-под льда, очень холодный и соленый, поэтому он тонет в более теплой и свежей морской воде подо льдом, образуя шлейф . Шлейф холоднее точки замерзания морской воды подо льдом, поэтому морская вода может замерзнуть в месте соприкосновения со шлейфом. Замерзание льда по краям шлейфа постепенно образует полую, похожую на сосульку трубку, называемую рассолом . Эти замороженные сталактитоподобные формы хрупки на ранних стадиях, но если дренаж рассола прекратится, они могут замерзнуть. В спокойных водах рассол может достигать морского дна, довольно резко его замораживая. [7]

Изменение климата [ править ]

Глубоководные бассейны океана устойчиво стратифицированы , поэтому смешивание поверхностных вод с глубоководными водами океана происходит очень медленно. Растворенный CO 2 в поверхностных водах океана примерно находится в равновесии с парциальным давлением CO 2 в атмосфере. Как атмосферного СО 2 уровней растут, океаны поглощают некоторые CO 2 из атмосферы. Когда поверхностные воды опускаются, они уносят значительные количества CO 2 в глубокие океаны, подальше от атмосферы. Поскольку эти воды могут содержать большое количество CO 2 , они помогли замедлить рост атмосферного CO.2 концентрации , таким образом замедляя некоторые аспекты изменения климата .

Изменение климата может по-разному влиять на таяние льда и отторжение рассола. Предыдущие исследования показали, что по мере истончения ледяного покрова он станет более слабым изолятором, что приведет к большему образованию льда осенью и зимой. [8] Последующее увеличение оттока зимнего рассола приведет к вентиляции океана и усилит приток теплых атлантических вод. Исследования последнего ледникового максимума (LGM) показали, что резкое сокращение образования морского льда и, таким образом, уменьшение оттока рассола приведет к ослаблению стратификации глобальных глубоководных океанов и выбросу CO 2 в мелководные океаны. и атмосфера, вызывающая глобальную дегляциацию. [9]

Жизнь в каналах и окружающих водах [ править ]

Жизнь в морском льду требует энергии и устанавливает ограничения на любом иерархическом организационном и организменном уровнях, начиная от молекул и заканчивая всем, что делает организм. [ требуется разъяснение ] [9] Несмотря на этот факт, содержащие рассол пустоты и карманы, обнаруженные в морском льду, являются местом обитания различных организмов, включая бактерии , автотрофные и гетеротрофные протисты , микроводоросли и многоклеточные . [10]

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г Кокс, GFN; Уикс, WF (1974-01-01). «Колебания солености морского льда» . Журнал гляциологии . 13 (67): 109–120. Bibcode : 1974JGlac..13..109C . DOI : 10.1017 / S0022143000023418 . ISSN  0022-1430 .
  2. ↑ Talley LD, Pickard GL, Emery WJ, Swift JH, 2011. Описательная физическая океанография: Введение (шестое издание), Elsevier, Boston, 560 pp.
  3. ^ a b Озеро, РА; Льюис, Э.Л. (1970). «Отторжение солей морским льдом в процессе роста». J. Geophys. Res . 75 (3): 583–597. DOI : 10,1029 / jc075i003p00583 .
  4. ^ Wettlaufer JS, Worster MG, Huppert HE (1997). Естественная конвекция при затвердевании сплава сверху применительно к эволюции морского льда. J. Fluid. Мех. 344 291-316.
  5. ^ «Арктика против Антарктики | Национальный центр данных по снегу и льду» . nsidc.org . Проверено 20 апреля 2017 .
  6. ^ "Все о морском льде | Национальный центр данных по снегу и льду" . nsidc.org . Проверено 20 апреля 2017 .
  7. ^ Дэвис, Элла (2011-11-23). « Ледяной палец смерти « Brinicle »снят в Антарктике» . Архивировано из оригинала на 2011-11-23.
  8. ^ Holland MM, Bitz C. , Tremblay B. (2006), Будущее резкое сокращение летнего арктического морского льда. Geophys. Res. Письма. 33, 1-5.
  9. ^ a b Thatje, S .; Hillenbrand, CD; Mackensen, A .; Лартер, Р. (2008). «Жизнь висела на волоске: выносливость антарктической фауны в ледниковые периоды» (PDF) . Экология . 89 (3): 682–692. DOI : 10.1890 / 07-0498.1 . PMID 18459332 .  
  10. ^ Джаннелли В., Томас Д. Н., Хаас К., Каттнер Г., Кеннеди Х., Дикманн Г. С. (2001), Поведение растворенных органических веществ и неорганических питательных веществ во время экспериментального образования морского льда, Ann. Гляциология. 33, 317-321.

Внешние ссылки [ править ]

  • http://www.bbc.com/earth/story/20161219-brinicle-finger-of-death Видео с Brinicle от BBC