一根冰柱向下生长,触底后将海底也结冰,而且海底的冰面会持续向周围蔓延,那些没来得及逃脱的海星和海胆被冻结,夺走生命。
您可能看过这种影像,这不是电脑特效,这种情景一直在南极洲海域上演,它被称为 死亡冰指 。
由于这种现象会杀死其生长路径上的生命,所以被冠以 死亡 之名。
那么有趣的问题,冰指到底是如何形成的?
当南半球的冬季来临时,南极洲四周的海域便会开始结冰,南极洲的面积会因此扩大一倍。
结冰的表面隔绝了地表温度,让冰层之下的海水温度维持在2℃左右,这比地表温度足足高了50℃。
数千万年来,南极海域的冰层之下都有一个相对稳定的环境,这让生命繁荣,但坏消息是,这种稳定有可能会被死亡冰指打破。
科学家从20世纪60年代开始就已经知道 死亡冰指 的存在了,但是直到2011年才首次拍摄到它的形成,并开始真正了解它是如何形成的。
冰指的英文单词是 brinicle ,它是由 brine 盐水和 icicle 冰柱组成,这个单词其实就已经体现出它的成因了。
如果您曾经观察过河面结冰时冰块的模样,您一定了解,淡水结的冰是非常晶莹剔透的,它是一种结实的,且内部没有多少气泡的冰块。
△ 左边这个是海水的冰,右边这个是淡水的冰
然而,海水结冰是另外一种状态,它看起来一点都不透明,内部是多孔状的,就像海绵一样。
这是因为海水结冰的时候,溶解的盐分和其它杂质会从冰晶格中析出,所以在冰块内部留下许多缝隙。
当南极洲的海水开始结冰时,越来越多的盐分被析出并渗透到周围的海水中,这会导致周围的海水盐度和密度增加。
海水的冰点(水结冰的温度)和盐度有关系,盐度越高结冰所需的温度就越低,所以当南极洲的海水结冰并导致周围海水盐度增加时,会让这些高盐度海水出现过冷却不结冰的情况,后文我称之为 过冷盐水 。
另一方面,由于这些过冷盐水的密度还比下方的海水更高,所以它会下沉。
当这些过冷盐水下沉并与周围的海水接触时,如果它的温度足够低,那么其周围的海水就会吸引来并结冰,这就是 死亡冰指 形成的原因。
不过,形成一个稳定、且持续下沉的死亡冰指并不容易,所以这种现象并不常见。
它的形成需要符合许多条件:
首先第一点就是海水环境必须要相对平静才行。
死亡冰指其实是冰管,其内部并没有结冰,充满了过冷盐水,所以它的结构并不是很稳定,如果水在流动的话,盐分很快就会溶解到周围不说,冰也很难稳定积累起来。
第二点就是温度要足够低才行。
死亡冰指其实只要冰管表面的冰变得足够厚,它就能够自我维持 不停析出盐分和过冷盐水不停下沉让周围结冰。
要让冰管表面变得足够厚,自然就是它的初始温度要足够低才行。
如果一切条件允许的话,冰指持续向下生长,每天都会生长数米,如果海水不是很深的话,它就会接触海底,并让海底结冰。
死亡冰指形成的原因和过程都不复杂,实际上早就已经有人在实验室中 培养 出小型的死亡冰指了,不过如果我们从来没有听说过这种现象的话,应该很难想象地球的某个地方会发生冰柱向下生长的情景。
另外,值得一提的是, 死亡冰指 只对小型的海洋生物有威胁,而对于海豹等大型的海洋生物是没有任何威胁的。