Отказ от рассола

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 опускается, влияя на циркуляцию океана .

Формирование

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

По мере старения и утолщения морского льда первоначальная соленость льда уменьшается из-за отторжения рассола с течением времени. ^{[ 1 ]} По мере старения морского льда опреснение происходит до такой степени, что некоторые многолетние льды имеют соленость менее 1 PSU . ^{[ 2 ]} Это происходит тремя разными способами:

диффузия растворенных веществ: это зависит от того факта, что включения рассола, захваченные льдом, начнут мигрировать к более теплому концу ледяной глыбы. Ледяная глыба наиболее теплая на границе раздела вода-лед, поэтому рассол выталкивается в воду, окружающую лед. ^{[ 3 ]}
гравитационный дренаж: гравитационный дренаж предполагает движение рассола из-за разницы в плотности рассола внутри льда и рассола в морской воде вне льда, что происходит из-за развития конвекционной системы, вызванной плавучестью. ^{[ 4 ]}
вытеснение: миграция рассола из-за растрескивания, вызванного тепловым расширением льда, или давления, вызванного увеличением объема вновь образовавшегося льда. ^{[ 3 ]}

Роль в формировании глубоководных вод и термохалинной циркуляции.

Отторжение рассола происходит в пакетах морского льда на северном и южном полюсах Земли. ^{[ нужны разъяснения ]}. Площадь Северного Ледовитого океана исторически варьировалась от примерно 14-16 миллионов квадратных километров в конце зимы до примерно 7 миллионов квадратных километров. ² каждый сентябрь. ^{[ 6 ]} Ежегодное увеличение льда играет важную роль в движении океанской циркуляции и формировании глубоководных вод. Плотность воды под новообразованным льдом увеличивается из-за отторжения рассола. Соленая вода также может стать холоднее, не замерзая.

Плотная вода, образующаяся в Арктике, называется глубокой водой Северной Атлантики (NADW), а придонная вода Антарктики (AABW) формируется в южном полушарии. Эти две области отвода рассола играют важную роль в термохалинной циркуляции всех океанов Земли.

Бриниклы

По мере замерзания морского льда он отбрасывает все более соленую воду, которая стекает по узким солевым каналам, пронизывающим лед. Рассол, текущий по солевым каналам и со дна льда, очень холодный и соленый, поэтому он тонет в более теплой и пресной морской воде подо льдом, образуя шлейф . Шлейф холоднее точки замерзания морской воды подо льдом, поэтому морская вода может замерзнуть там, где она касается шлейфа. Лед, замерзающий по краям шлейфа, постепенно образует полую трубку, похожую на сосульку, называемую брайнкл . Эти замороженные сталактитоподобные формы хрупкие на ранних стадиях, но если дренаж рассола прекращается, они могут замерзнуть. В спокойных водах бринкалы могут достигать морского дна, довольно резко замораживая его. ^{[ 7 ]}

Изменение климата

Глубоководные океанические котловины устойчиво стратифицированы , поэтому смешение поверхностных вод с глубоководными океанскими водами происходит очень медленно. Растворенный CO ₂ поверхностных вод океана находится примерно в равновесии с парциальным давлением CO ₂ в атмосфере. Поскольку уровни CO ₂ в атмосфере растут, океаны поглощают некоторое количество CO ₂ из атмосферы. Когда поверхностные воды тонут, они переносят значительные количества CO ₂ в глубокие океаны, подальше от атмосферы. Поскольку эти воды способны содержать большое количество CO ₂ , они помогли замедлить рост CO ₂ концентрации в атмосфере , тем самым замедляя некоторые аспекты изменения климата .

Изменение климата может по-разному повлиять на таяние льда и отторжение рассола. Предыдущие исследования показали, что по мере истончения ледяного покрова он станет более слабым изолятором, что приведет к увеличению производства льда осенью и зимой. ^{[ 8 ]} Последующее увеличение отбраковки рассола зимой будет стимулировать вентиляцию океана и усилить приток теплых атлантических вод. Исследования последнего ледникового максимума показали, что резкое сокращение производства морского льда и, следовательно, сокращение отторжения рассола приведет к ослаблению стратификации в глубоких океанах мира и выбросу CO ₂ в мелководные океаны и океаны. атмосферу, вызывая глобальную дегляциацию. ^{[ 9 ]}

Жизнь в каналах и окружающих водах

Жизнь в морском льду энергозатратна и устанавливает ограничения на любом иерархическом, организационном и организменном уровне, начиная от молекул и заканчивая всем, что делает организм. ^{[ нужны разъяснения ]}^{[ 9 ]} Несмотря на этот факт, в рассолах и карманах, обнаруженных в морском льду, обитают различные организмы, включая бактерии , автотрофные и гетеротрофные протисты , микроводоросли и многоклеточные организмы . ^{[ 10 ]}

Отказ от рассола и промежуточные воды северной части Тихого океана

Отказ от рассола играет решающую роль в циркуляции океана. В прибрежных полыньях это ключ к вентиляции многочисленных водных масс как в Арктике, так и в Антарктике. Прибрежная полынья – это участок открытой воды, окруженный льдом. ^{[ 11 ]} Причина того, что прибрежные полыньи являются наиболее активными зонами отторжения рассола, заключается в том, что в этих водах часто дуют прибрежные ветры, которые обеспечивают прямой контакт воды с холодным воздухом. ^{[ 12 ]} Это приводит к потерям тепла и образованию льда. Одной из областей, которая обычно изучается с целью изучения этих воздействий, являются прибрежные полыньи Охотского моря. Охотское море имеет широкие мелководные шельфы, суровые зимние условия, высокую фоновую соленость и легкий доступ в летнее время, что делает его идеальным местом для исследований. ^{[ 12 ]} Было проведено множество исследований, посвященных влиянию отбраковки рассола в Охотском море.

В статье Щербины и др. (2003), они хорошо анализируют влияние отбраковки рассола. ^{[ 13 ]} В Охотском море циркуляция обусловлена отторжением рассола, происходящим в зимние месяцы. Как это характерно для отказа от рассола, образуется морской лед, который на 70-90% преснее морской воды. Вода под ней становится более соленой и холодной, что приводит к увеличению плотности. Этот участок воды в Охотском море называется плотной шельфовой водой (DSW). Чем соленее и холоднее водный участок, тем плотнее он становится, заставляя его опускаться ниже других участков воды. По этой причине ДСВ начнет тонуть в толще воды. Затем посылка движется на юг вдоль побережья Сахалина. Отсюда вода перемещается в Тихий океан и вентилирует промежуточные воды северной части Тихого океана (NPIW). NPIW, как известно, является самой плотной водой в северной части Тихого океана и ключевой водной массой в циркуляции океана.

Было показано, что отказ от рассола приводит к вентиляции северной части Тихого океана на глубину 300–1000 метров. Некоторые исследования даже показали, что глубина смешивания достигает 2000 метров. ^{[ 14 ]} Перемешивание и вентиляция водной толщи играют ключевую роль в восполнении кислорода в промежуточных водах. Это также может привести к подъему питательных веществ, что может повлиять на продуктивность. Увеличение первичной продукции может привести к увеличению численности других организмов, от криля до китов.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Кокс, GFN; Уикс, WF (1 января 1974 г.). «Изменения солености морского льда» . Журнал гляциологии . 13 (67): 109–120. Бибкод : 1974JGlac..13..109C . дои : 10.1017/S0022143000023418 . hdl : 11681/5843 . ISSN 0022-1430 .
^ Талли, LD; Пикард, Г.Л.; Эмери, WJ; Свифт, Дж. Х. (2011). Описательная физическая океанография (6-е изд.). Эльзевир. дои : 10.1016/C2009-0-24322-4 . ISBN 9780750645522 .
^ Jump up to: ^а ^б Лейк, РА; Льюис, Эл. (1970). «Отторжение соли морским льдом во время роста». Дж. Геофиз. Рез . 75 (3): 583–597. Бибкод : 1970JGR....75..583L . дои : 10.1029/jc075i003p00583 .
^ Веттлауфер, Дж. С.; Ворстер, М. Грей; Юпперт, Герберт Э. (1997). «Естественная конвекция при затвердевании сплава сверху применительно к эволюции морского льда» . Журнал механики жидкости . 344 (1): 291–316. Бибкод : 1997JFM...344..291W . дои : 10.1017/S0022112097006022 . S2CID 46262541 .
^ «Арктика против Антарктики | Национальный центр данных по снегу и льду» . nsidc.org . Проверено 20 апреля 2017 г.
^ «Все о морском льду | Национальный центр данных по снегу и льду» . nsidc.org . Проверено 20 апреля 2017 г.
^ Дэвис, Элла (23 ноября 2011 г.). « Ледяной палец смерти «Бриникл» снят в Антарктике» . Архивировано из оригинала 23 ноября 2011 года.
^ Холланд, Марика М .; Битц, Сесилия М .; Трамбле, Бруно (2006). «Будущее резкое сокращение летнего арктического морского льда» . Письма о геофизических исследованиях . 33 (23). Бибкод : 2006GeoRL..3323503H . дои : 10.1029/2006GL028024 . S2CID 14187034 .
^ Jump up to: ^а ^б Татье, С.; Хилленбранд, CD; Макенсен, А.; Лартер, Р. (2008). «Жизнь висела на волоске: выносливость антарктической фауны в ледниковые периоды» (PDF) . Экология . 89 (3): 682–692. Бибкод : 2008Ecol...89..682T . дои : 10.1890/07-0498.1 . ПМИД 18459332 .
^ Джаннелли, Вирджиния; Томас, Дэвид Н.; Хаас, Кристиан; Каттнер, Герхард; Кеннеди, Хилари; Дикманн, Герхард С. (2001). «Поведение растворенных органических веществ и неорганических питательных веществ во время экспериментального образования морского льда» . Анналы гляциологии . 33 : 317–321. Бибкод : 2001АнГла..33..317Г . дои : 10.3189/172756401781818572 . S2CID 18231952 .
^ Фукамачи, Иисус; Сирасава, Кунио; Поломошнов Анатолий Михайлович; Осима, Кей И.; Калинин, Эрвин; Нихаши, Сохи; Меллинг, Хамфри; Мизута, Гента; Вакацучи, Масааки (2009). «Прямые наблюдения за толщиной морского льда и отбросом рассола у острова Сахалин в Охотском море» . Исследования континентального шельфа . 29 (11–12): 1541–1548. Бибкод : 2009CSR....29.1541F . дои : 10.1016/j.csr.2009.04.005 . hdl : 2115/38838 .
^ Jump up to: ^а ^б Щербина Андрей Юрьевич; Тэлли, Линн Д.; Рудник, Дэниел Л. (2004). «Плотные водные образования на северо-западном шельфе Охотского моря: 1. Прямые наблюдения за рассолом» . Журнал геофизических исследований . 109 (С9). Бибкод : 2004JGRC..109.9S08S . дои : 10.1029/2003jc002196 .
^ Щербина Андрей Юрьевич; Тэлли, Линн Д.; Рудник, Дэниел Л. (2003). «Прямые наблюдения за вентиляцией северной части Тихого океана: отброс рассола в Охотском море» . Наука . 302 (5652): 1952–1955. Бибкод : 2003Sci...302.1952S . дои : 10.1126/science.1088692 . PMID 14671300 . S2CID 10266768 .
^ Детлеф, Генрика; Сосдиан, Синдия М.; Белт, Саймон Т.; Смик, Лукас; Лир, Кэролайн Х.; Кендер, Сев; Пирс, Кристоф; Холл, Ян Р. (2020). «Позднечетвертичный морской лед и осадочные окислительно-восстановительные условия в восточной части Берингова моря – последствия для вентиляции средней глубины северной части Тихого океана и атлантически-тихоокеанского качающегося механизма» . Четвертичные научные обзоры . 248 : 106549. Бибкод : 2020QSRv..24806549D . doi : 10.1016/j.quascirev.2020.106549 . hdl : 10871/122887 . S2CID 224913802 .

Внешние ссылки

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

[:1-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Кокс, GFN; Уикс, WF (1 января 1974 г.). «Изменения солености морского льда» . Журнал гляциологии . 13 (67): 109–120. Бибкод : 1974JGlac..13..109C . дои : 10.1017/S0022143000023418 . hdl : 11681/5843 . ISSN 0022-1430 .

[descriptive_physical-2] Талли, LD; Пикард, Г.Л.; Эмери, WJ; Свифт, Дж. Х. (2011). Описательная физическая океанография (6-е изд.). Эльзевир. дои : 10.1016/C2009-0-24322-4 . ISBN 9780750645522 .

[salt_rejection-3] Jump up to: ^а ^б Лейк, РА; Льюис, Эл. (1970). «Отторжение соли морским льдом во время роста». Дж. Геофиз. Рез . 75 (3): 583–597. Бибкод : 1970JGR....75..583L . дои : 10.1029/jc075i003p00583 .

[natural_convection-4] Веттлауфер, Дж. С.; Ворстер, М. Грей; Юпперт, Герберт Э. (1997). «Естественная конвекция при затвердевании сплава сверху применительно к эволюции морского льда» . Журнал механики жидкости . 344 (1): 291–316. Бибкод : 1997JFM...344..291W . дои : 10.1017/S0022112097006022 . S2CID 46262541 .

[5] «Арктика против Антарктики | Национальный центр данных по снегу и льду» . nsidc.org . Проверено 20 апреля 2017 г.

[6] «Все о морском льду | Национальный центр данных по снегу и льду» . nsidc.org . Проверено 20 апреля 2017 г.

[7] Дэвис, Элла (23 ноября 2011 г.). « Ледяной палец смерти «Бриникл» снят в Антарктике» . Архивировано из оригинала 23 ноября 2011 года.

[:0-8] Холланд, Марика М .; Битц, Сесилия М .; Трамбле, Бруно (2006). «Будущее резкое сокращение летнего арктического морского льда» . Письма о геофизических исследованиях . 33 (23). Бибкод : 2006GeoRL..3323503H . дои : 10.1029/2006GL028024 . S2CID 14187034 .

[life_hung-9] Jump up to: ^а ^б Татье, С.; Хилленбранд, CD; Макенсен, А.; Лартер, Р. (2008). «Жизнь висела на волоске: выносливость антарктической фауны в ледниковые периоды» (PDF) . Экология . 89 (3): 682–692. Бибкод : 2008Ecol...89..682T . дои : 10.1890/07-0498.1 . ПМИД 18459332 .

[10] Джаннелли, Вирджиния; Томас, Дэвид Н.; Хаас, Кристиан; Каттнер, Герхард; Кеннеди, Хилари; Дикманн, Герхард С. (2001). «Поведение растворенных органических веществ и неорганических питательных веществ во время экспериментального образования морского льда» . Анналы гляциологии . 33 : 317–321. Бибкод : 2001АнГла..33..317Г . дои : 10.3189/172756401781818572 . S2CID 18231952 .

[11] Фукамачи, Иисус; Сирасава, Кунио; Поломошнов Анатолий Михайлович; Осима, Кей И.; Калинин, Эрвин; Нихаши, Сохи; Меллинг, Хамфри; Мизута, Гента; Вакацучи, Масааки (2009). «Прямые наблюдения за толщиной морского льда и отбросом рассола у острова Сахалин в Охотском море» . Исследования континентального шельфа . 29 (11–12): 1541–1548. Бибкод : 2009CSR....29.1541F . дои : 10.1016/j.csr.2009.04.005 . hdl : 2115/38838 .

[Shcherbina-12] Jump up to: ^а ^б Щербина Андрей Юрьевич; Тэлли, Линн Д.; Рудник, Дэниел Л. (2004). «Плотные водные образования на северо-западном шельфе Охотского моря: 1. Прямые наблюдения за рассолом» . Журнал геофизических исследований . 109 (С9). Бибкод : 2004JGRC..109.9S08S . дои : 10.1029/2003jc002196 .

[13] Щербина Андрей Юрьевич; Тэлли, Линн Д.; Рудник, Дэниел Л. (2003). «Прямые наблюдения за вентиляцией северной части Тихого океана: отброс рассола в Охотском море» . Наука . 302 (5652): 1952–1955. Бибкод : 2003Sci...302.1952S . дои : 10.1126/science.1088692 . PMID 14671300 . S2CID 10266768 .

[14] Детлеф, Генрика; Сосдиан, Синдия М.; Белт, Саймон Т.; Смик, Лукас; Лир, Кэролайн Х.; Кендер, Сев; Пирс, Кристоф; Холл, Ян Р. (2020). «Позднечетвертичный морской лед и осадочные окислительно-восстановительные условия в восточной части Берингова моря – последствия для вентиляции средней глубины северной части Тихого океана и атлантически-тихоокеанского качающегося механизма» . Четвертичные научные обзоры . 248 : 106549. Бибкод : 2020QSRv..24806549D . doi : 10.1016/j.quascirev.2020.106549 . hdl : 10871/122887 . S2CID 224913802 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]