Odrzucenie solanki
Odrzucenie solanki to proces, który zachodzi, gdy zamarza słona woda. Sole nie mieszczą się w strukturze krystalicznej lodu wodnego , więc sól jest wydalana.
Ponieważ oceany są słone, proces ten jest ważny w przyrodzie. Sól odrzucona przez tworzący się lód morski spływa do otaczającej wody morskiej , tworząc bardziej słoną, gęstszą solankę . Gęstsza solanka tonie, wpływając na cyrkulację oceaniczną .
Tworzenie
Gdy woda osiąga temperaturę, w której zaczyna krystalizować i tworzyć lód, jony soli są odrzucane z sieci w lodzie i albo wypychane do otaczającej wody, albo uwięzione wśród kryształków lodu w kieszeniach zwanych komórkami solanki. Ogólnie lód morski ma zasolenie w zakresie od 0 psu na powierzchni do 4 psu u podstawy. Im szybciej zachodzi ten zamrażania , tym więcej komórek solanki pozostaje w lodzie. Gdy lód osiągnie grubość krytyczną, około 15 cm, stężenie jonów soli w cieczy wokół lodu zaczyna rosnąć, ponieważ resztki solanki są odrzucane z komórek. Wzrost ten jest związany z pojawieniem się silnych smug konwekcyjnych, które wypływają z kanałów i wewnątrz lodu i przenoszą znaczny strumień soli. Solanka, która wypływa z nowo utworzonego lodu, jest zastępowana słabym strumieniem stosunkowo świeżej wody z obszaru ciekłego znajdującego się pod nim. Nowa woda częściowo zamarza w porach lodu, zwiększając jego twardość.
Gdy lód morski starzeje się i gęstnieje, początkowe zasolenie lodu zmniejsza się z powodu odrzucenia solanki w czasie [ryc. 2]. Podczas gdy lód morski się starzeje, odsalanie zachodzi do takiego stopnia, że niektóre wieloletnie lody mają zasolenie mniejsze niż 1 PSU . Dzieje się tak na trzy różne sposoby:
- dyfuzja substancji rozpuszczonej - zależy to od faktu, że wtrącenia solanki uwięzione w lodzie zaczną migrować w kierunku cieplejszego końca bryły lodu. Bryła lodu jest najcieplejsza na granicy wody z lodem, co powoduje wypychanie solanki do wody otaczającej lód.
- drenaż grawitacyjny - drenaż grawitacyjny polega na przemieszczaniu solanki w wyniku różnic gęstości między solanką we wnętrzu lodu a solanką w wodzie morskiej na zewnątrz lodu, co następuje w wyniku rozwoju systemu konwekcji napędzanego wyporem.
- wypchnięcie - migracja solanki w wyniku pękania spowodowanego rozszerzalnością cieplną lodu lub ciśnieniem wywołanym zwiększoną objętością nowo powstałego lodu.
Rola w tworzeniu wód głębokich i cyrkulacji termohalinowej
Odrzucenie solanki występuje w pakietach lodu morskiego wokół północnego i południowego bieguna ziemi [ryc. 3] [ potrzebne wyjaśnienie ] . Ocean Arktyczny historycznie wahał się od około 14-16 milionów kilometrów kwadratowych późną zimą do około 7 milionów kilometrów kwadratowych każdego września. Roczny przyrost lodu odgrywa ważną rolę w ruchu cyrkulacji oceanicznej i tworzeniu się wód głębinowych. Gęstość wody pod nowo utworzonym lodem wzrasta z powodu odrzucenia solanki. Bardziej słona woda może również stać się zimniejsza bez zamarzania.
Gęste wody, które tworzą się w Arktyce, nazywane są głębokimi wodami północnego Atlantyku (NADW), podczas gdy wody dna Antarktydy (AABW) tworzą się na półkuli południowej. Te dwa obszary odrzucania solanki odgrywają ważną rolę w cyrkulacji termohalinowej wszystkich oceanów na Ziemi.
brylanty
Gdy lód morski zamarza, odrzuca coraz bardziej słoną wodę, która spływa wąskimi kanałami solankowymi, które przechodzą przez lód. Solanka przepływająca przez kanały solankowe i wypływająca z dna lodu jest bardzo zimna i słona, więc tonie w cieplejszej, świeższej wodzie morskiej pod lodem, tworząc pióropusz . Pióropusz jest zimniejszy niż punkt zamarzania wody morskiej pod lodem, więc woda morska może zamarznąć w miejscu, w którym styka się z pióropuszem. Zamarzający lód wokół krawędzi pióropuszu stopniowo tworzy wydrążoną rurkę przypominającą sopel lodu, zwaną briniclem . Te zamrożone stalaktyty są kruche we wczesnych stadiach, ale jeśli ustanie drenaż solanki, mogą zamarznąć. W spokojnych wodach brinicles może dotrzeć do dna morskiego, zamrażając je dość gwałtownie.
Zmiana klimatu
Głębokie baseny oceaniczne są stabilnie uwarstwione , więc mieszanie wód powierzchniowych z wodami głębinowymi zachodzi bardzo powoli. Rozpuszczony CO 2 w wodach powierzchniowych oceanu jest mniej więcej w równowadze z ciśnieniem cząstkowym CO 2 w atmosferze. Wraz ze wzrostem poziomu CO 2 w atmosferze oceany pochłaniają część CO 2 z atmosfery. Kiedy wody powierzchniowe toną, przenoszą znaczne ilości CO 2 do głębokich oceanów, z dala od atmosfery. Ponieważ wody te mogą zawierać duże ilości CO 2 , pomogły spowolnić wzrost stężenia CO 2 w atmosferze , spowalniając w ten sposób niektóre aspekty zmian klimatycznych .
Zmiana klimatu może mieć różny wpływ na topnienie lodu i odrzucanie solanki. Wcześniejsze badania sugerowały, że w miarę jak pokrywa lodowa staje się cieńsza, staje się słabszym izolatorem, co skutkuje większą produkcją lodu jesienią i zimą. Wynikający z tego wzrost odrzucania solanki zimą będzie napędzał wentylację oceanów i wzmocni napływ ciepłych Atlantyku . Badania ostatniego maksimum lodowcowego (LGM) wykazały, że drastyczne ograniczenie produkcji lodu morskiego, a tym samym zmniejszenie odrzucania solanki, spowodowałoby osłabienie stratyfikacji w globalnych głębokich oceanach i uwalnianie CO 2 do płytkich oceanów i atmosfery, wywołując globalne zlodowacenie.
Życie w kanałach i okolicznych wodach
Życie w lodzie morskim jest wymagające energetycznie i wyznacza granice na każdym hierarchicznym poziomie organizacyjnym i organizmów, od cząsteczek po wszystko, co robi organizm. [ wymagane wyjaśnienie ] Pomimo tego faktu, szczeliny i kieszenie zawierające solankę znalezione w lodzie morskim są siedliskiem różnych organizmów, w tym bakterii , protistów autotroficznych i heterotroficznych , mikroalg i metazoa .
Odrzucenie solanki i woda pośrednia północnego Pacyfiku
Odrzucanie solanki odgrywa kluczową rolę w cyrkulacji oceanicznej. W przybrzeżnych polniach jest kluczem do wentylacji wielu mas wody zarówno w Arktyce, jak i Antarktyce. Polnia przybrzeżna to obszar otwartej wody otoczony lodem. Powodem, dla którego przybrzeżne polony są najbardziej aktywnymi obszarami odrzucania solanki, jest to, że na tych wodach często występują wiatry przybrzeżne, które powodują bezpośredni kontakt wody z zimnym powietrzem. Prowadzi to do utraty ciepła i produkcji lodu. Jednym z obszarów, który jest powszechnie badany w celu przyjrzenia się tym wpływom, są przybrzeżne polony na Morzu Ochockim. Morze Ochockie ma szerokie, płytkie szelfy, surowe warunki zimowe, wysokie zasolenie tła i łatwy dostęp w okresie letnim, co czyni je idealnym miejscem do badań. Przeprowadzono wiele badań dotyczących wpływu odrzucania solanki na Morze Ochockie.
W artykule sporządzonym przez Shcherbina i in. (2003), dobrze analizują wpływ odrzucania solanki. Na Morzu Ochockim cyrkulacja jest napędzana przez odrzucanie solanki, które ma miejsce w miesiącach zimowych. Jak to jest typowe dla odrzucania solanki, rozwija się lód morski, który jest o 70-90% świeższy niż woda morska. Woda pod spodem staje się bardziej słona i zimniejsza, co prowadzi do wzrostu gęstości. Ta działka wody na Morzu Ochockim jest określana jako gęsta woda szelfowa (DSW). Im bardziej słona i zimniejsza jest działka wodna, tym staje się gęstsza, co powoduje, że opada poniżej innych działek wodnych. Z tego powodu DSW zacznie opadać w słupie wody. Następnie paczka przesuwa się na południe wzdłuż wybrzeża Sachalinu. Stąd woda przemieszcza się do Pacyfiku i wentyluje wodę pośrednią Północnego Pacyfiku (NPIW). Wiadomo, że NPIW jest najgęstszą wodą na północnym Pacyfiku i jest kluczową masą wody w cyrkulacji oceanicznej.
Wykazano, że odrzucanie solanki wentyluje północny Pacyfik do głębokości 300-1000 metrów. Niektóre badania wykazały nawet, że osiąga głębokość mieszania 2000 metrów. Mieszanie i wentylacja słupa wody ma kluczowe znaczenie dla uzupełniania tlenu w wodach pośrednich. Może to również prowadzić do upwellingu składników odżywczych, co może wpływać na produktywność. Wzrost produkcji podstawowej może prowadzić do wzrostu liczby innych organizmów, takich jak kryl czy wieloryby.
Linki zewnętrzne
- http://www.bbc.com/earth/story/20161219-brinicle-finger-of-death Film Brinicle autorstwa BBC