Соляная сосулька ( соляная сосулька, также известная как ледяной сталактит ) представляет собой растущую вниз полую трубку льда, заключающую в себе шлейф нисходящей рассола, который образуется под развивающимся морским льдом .
Когда морская вода замерзает в полярном океане, концентраты соленой воды выбрасываются из морского льда, создавая нисходящий поток плотной, чрезвычайно холодной и соленой воды с более низкой температурой замерзания, чем окружающая вода. Когда этот шлейф вступает в контакт с соседней океанской водой, его чрезвычайно низкая температура приводит к мгновенному образованию льда вокруг потока. Это создает полый сталактит или сосульку , называемую бринкалом.
Образование льда из соленой воды приводит к заметным изменениям в составе близлежащей незамерзшей воды. Когда вода замерзает, большинство примесей удаляется из кристаллов воды; даже лед из морской воды относительно свежий по сравнению с морской водой, из которой он образовался. 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.
Когда морская вода замерзает и соль вытесняется из кристаллической решетки чистого льда , окружающая вода становится более соленой из-за утечки концентрированного рассола. Это снижает температуру замерзания и увеличивает плотность . Понижение температуры замерзания позволяет окружающей воде, богатой рассолом, оставаться жидкой и не замерзать сразу. Увеличение плотности приводит к опусканию этого слоя. [1] Крошечные туннели, называемые соляными каналами , образуются по всему льду, когда эта сверхсоленая, переохлажденная вода опускается от замерзшей чистой воды. Теперь все готово для создания бриникла.
Когда эта переохлажденная соленая вода достигнет незамерзшей морской воды подо льдом, это приведет к образованию дополнительного льда. Вода движется от высоких концентраций к низким. Поскольку рассол имеет более низкую концентрацию воды, он притягивает окружающую воду. [2] Из-за низкой температуры рассола вновь привлечённая вода замерзает. Если каналы рассола распределены относительно равномерно, пакет льда равномерно нарастает вниз. Однако, если каналы рассола сконцентрированы на одной небольшой площади, нисходящий поток холодного рассола (теперь настолько богатый солью, что он не может замерзнуть при нормальной температуре замерзания) начинает взаимодействовать с незамерзшей морской водой как поток. Подобно тому, как горячий воздух от пожара поднимается шлейфом, эта холодная, плотная вода опускается шлейфом. На его внешних краях начинает накапливаться слой льда, поскольку окружающая вода, охлажденная этой струей до температуры ниже точки замерзания, замерзает. Теперь образовался рассол, напоминающий перевернутый «дымоход» изо льда, заключающий в себя нисходящий поток этой переохлажденной, сверхсоленой воды.
Когда брайнкл становится достаточно толстым, он становится самоподдерживающимся. Когда 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 вниз вместе с потоком. Температура внутренней стенки сталактита остается на кривой замерзания, определяемой соленостью, поэтому по мере роста сталактита и дефицита температуры рассола переходит в рост льда, внутренняя стенка тает, разбавляя и охлаждая соседний рассол обратно до его замерзания. точка. [3] Это похоже на сосульку, вывернутую наизнанку; 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, а соляной раствор становится длиннее.
Размер брикела ограничен глубиной воды, ростом вышележащего морского льда, питающего его поток, и самой окружающей водой. В 2011 году образование Бриникла было впервые снято на видео. [4] Было подтверждено, что соленость жидкой воды в соляном растворе варьируется в зависимости от температуры воздуха. Чем ниже температура, тем выше концентрация рассола. В январе 2014 г. вдоль побережья Белого моря было зафиксировано, что при температуре воздуха −1 °C соленость рассола составляла от 30 до 35 psu , тогда как соленость в море составляла 28 psu. Когда температура составляла -12 ° C, соленость рассола увеличивалась до 120–156 psu. [5]
На момент своего создания бриникл напоминает ледяную трубу , спускающуюся с нижней стороны слоя морского льда. Внутри трубы находится чрезвычайно холодная и соленая вода, образующаяся в результате роста морского льда наверху и скапливающаяся через каналы для рассола. Поначалу бринкалы очень хрупкие, стенки тонкие, но постоянный поток более холодного рассола поддерживает рост бринкалей и препятствует их плавлению, которое могло бы быть вызвано контактом с менее холодной окружающей водой. По мере накопления льда и утолщения стенок брикены становятся более устойчивыми.
Бриникл при определенных условиях может достигать морского дна . Для этого сверххолодный рассол из верхнего 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 должны быть неподвижными. должно быть минимальным или неподвижным. Если окружающая вода слишком соленая, ее температура замерзания будет слишком низкой, чтобы вокруг шлейфа рассола образовалось значительное количество льда . Если вода слишком глубока, бринкал, скорее всего, вырвется на свободу под собственным весом, не достигнув морского дна. Если ледяной покров подвижен или течение слишком сильное, рассол разрушится под действием напряжения.
При правильных условиях, включая благоприятную топографию дна океана, может быть создан бассейн с рассолом . Однако, в отличие от луж рассола, образовавшихся в результате холодных просачиваний , лужи рассола, вероятно, будут очень временными, поскольку подача рассола в конечном итоге прекратится.
Достигнув морского дна, он будет продолжать накапливать лед по мере замерзания окружающей воды. Рассол будет перемещаться по морскому дну вниз по склону, пока не достигнет самой низкой возможной точки, где он скапливается. Любые обитающие на дне морские существа, в том числе морские звезды или морские ежи , могут быть заключены в эту расширяющуюся паутину льда и оказаться в ловушке, в конечном итоге замерзнув насмерть.
Бриниклы известны с 1960-х годов. Общепринятая модель их образования была предложена американским океанографом Сили Мартином в 1974 году. [3] Впервые образование брайнклов было снято в 2011 году продюсером Кэтрин Джеффс и операторами Хью Миллером и Дугом Андерсоном для сериала BBC « Замороженная планета» . [4] Первая численная модель образования брайнкла была разработана в 2023 году [6] исследователями Национального университета Колумбии в сотрудничестве с Ливерморской национальной лабораторией Лоуренса .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )