Drenaj gravitațional portal de gheață de mare (; drenaj gravitațional;)
Când apa de mare îngheață, nu se pot lega molecule și ioni, inclusiv săruri, în gheață datorită structurii rețelei cristaline rezultate și are loc o separare în două faze. Rețeaua cristalină a gheții solide este formată aproape în întregime din molecule de apă. Sarea conținută în apa de mare nu poate fi încorporată în rețeaua cristalină a gheții, ci este concentrată în gheața mării în canale mici și camere sub formă de saramură lichidă sărată.
Gazele precum oxigenul și dioxidul de carbon, care nu pot fi încorporate în rețeaua cristalină a gheții, sunt, de asemenea, închise în canale mici. Deoarece acest proces nu este absolut, conținutul de sare al apei nu scade la 0, ci la aproximativ 10 la mie când își asumă starea solidă de gheață. [1] Cristalele de gheață inițial neconectate se consolidează pentru a forma o matrice, în spațiile interconectate din care este capturată saramura bogată în sare. Se aplică următoarele: cu cât gheața este mai rece, cu atât mai multă sare este expulzată din gheață și cu cât saramura este mai concentrată în canale. [2]
Drenajul gravitațional este un proces de desalinizare în care saramura se scurge din gheață în apa de mare subiacentă sub acțiunea gravitației. Pe măsură ce gheața crește și grosimea gheții crește, suprafața gheții crește treptat deasupra nivelului apei mării, pentru a menține echilibrul izostatic. Ridicarea produce o presiune hidrostatică în sistemul porilor conectați, care elimină saramura. În plus, gradientul negativ de temperatură de iarnă determină o stratificare a densității instabilă. Saramura rece și, prin urmare, mai densă de pe suprafața gheții este stratificată peste o saramură mai caldă și, prin urmare, mai ușoară în partea inferioară a gheții. Acest lucru duce la un flux de convecție în canalele de saramură, care conduce saramura mai densă din gheață. Acest proces duce la desalinizarea gheții și la formarea sistemului de drenaj.
Figura: Reprezentarea schematică a gloanțelor marine, terminologia acestora și procesele relevante pentru climă (AWI grafic)
În principiu, canalele de saramură pot avea un diametru de la micrometri (µm) la milimetri (mm). Ele formează un fel de sistem de drenaj ramificat și fac gheața de mare foarte poroasă.
Împreună cu conținutul sezonier de sare și fluctuațiile de temperatură, ponderea relativă a saramurii în volumul total al gheții se schimbă. Volumul porilor poate depăși 35% din volumul total pentru gheața perenă foarte caldă, dar poate presupune și valori tipice mai mici de cinci la sută din volumul de gheață pentru gheața perenă foarte rece. Ionii de sare (NaCl), care sunt eliberați parțial de gheața de mare și parțial și în timpul formării gheții de mare, se acumulează sub gheața de mare.
Înainte de aceasta, gheața, care este creată din apa de mare cu un conținut de sare de 34 la mie, atinge, de exemplu, o temperatură de -6 grade Celsius. Aceasta înseamnă că concentrația saramurii va fi de 100 la mia. Dacă temperatura scade la -10 grade Celsius în timp, concentrația de sare a saramurii crește la 145 la mie. [3] Se poate observa, de asemenea, că numărul de canale scade odată cu scăderea temperaturii. Canalele mai mici converg pentru a forma canale mai mari de colectare, care rulează adesea în direcție verticală. Acest lucru face ca gheața de mare să fie similară structural cu un burete, mai ales atunci când saramura curge de pe gheață.
Ca urmare a scurgerii saramurii, conținutul total de sare al gheții scade în timp de la o inițială de peste 10 la mie la sub 5 la mie. Gheața mai veche, cum ar fi gheața perenă, are un conținut mai mic de sare (în jur de 3 până la 3,5 ‰) decât cea mai tânără, anuală (5 ‰), din cauza acestei scurgeri de sare. Conținutul de sare nu este distribuit în mod egal pe verticală în gheață. În cazul gheții de mai mulți ani, aceasta crește în jos, în timp ce salinitatea gheții din primul an de pe suprafață este mare (8-16 ‰), apoi scade și crește din nou lângă marginea inferioară a gheții. [4]
[1] P. Wadhams, Ice in the Ocean, Gordan și Breach Science Publisher, 2000, p. 49
[2] G. Hempel și I. Hempel, Faszination Meeresforschung, O carte de lectură ecologică, Verlag H. M. Hauschild GmbH, Bremen, 2006, p. 42
[3] D. N. Thomas și G. S. Dieckmann, Frozen Ocean, The floating world of pack ice, Natural History Museum, Londra, 2004, p. 23
[4] W. B. Tucker și colab., Proprietățile fizice ale gheții marine relevante pentru teledetecție, în Carsey, 1992, pp. 9-28