Войти
Морозные цветы, растущие на молодом морском льду в Арктике Морозные цветы - это кристаллы льда, обычно растущие на молодом морском льду и тонком озерном льду в холодных и спокойных условиях. Кристаллы льда похожи на иней и обычно растут клочьями диаметром около 3–4 см. Морозные цветы, растущие на морском льду, имеют чрезвычайно высокую соленость и концентрацию других химических веществ в морской воде и из-за большой площади поверхности являются эффективными источниками выбросов этих химикатов в атмосферу.
Морозные цветы образуются на новом морском льду, на открытых водоемах (где существующий лед раскололся), когда атмосфера намного холоднее, чем подстилающий лед. Отводы к открытой воде образуются ветрами, приливами и течениями. Эти провода подвергают воду с температурой около 0 ° C гораздо более холодному воздуху, что приводит к быстрому образованию льда. С образованием и ростом льда соль одновременно выталкивается обратно в океан под действием силы тяжести (гравитационный дренаж), а также наружу, образуя каналы для рассола, выходящие на поверхность. Это приводит к высокосолевой «поверхностной пленке», которая обычно на 5–10 ° C теплее, чем окружающий воздух, образуя новый морской лед. Обычно требуется разница температур между поверхностью льда и воздухом не менее 15 ° C, хотя ее можно уменьшить, если воздух очень влажный. В этих условиях слой пересыщенного пара возникает из-за «поверхностной пленки», обеспечивающей избыток водяного пара. По мере того, как более теплый влажный воздух встречается с лежащим сверху холодным воздухом, он становится перенасыщенным и конденсируется, позволяя мелким кристаллам образовывать ядра на неровностях поверхности морского льда и расти за счет осаждения паров. Обычно морозные цветы образуются только в относительно безветренных условиях; при сильном ветре пересыщенный слой счищается с поверхности, а метель закрывает поверхность льда.
Морозные цветы могут расти и распространяться, образуя плотную концентрацию по всему свинцу. На озерном льду инейные цветы практически идентичны инейным кристаллам. На морском льду из-за поверхностного натяжения и различий в градиентах концентрации инейные цветы, которые сидят на поверхностях, насыщенных рассолом, впитывают рассол, увеличивая объемную соленость, что приводит к высокой солености. Кончики зрелых морозных цветов менее засолены из-за отложения паров, а общая соленость уменьшается ночью из-за накопления инея по мере падения температуры и образования нового снега (они очень хорошо собирают снег), что также снижает их соленость с течением времени. Исследования были проведены на морозных цветках, и в одном исследовании в океане недалеко от Барроу, Аляска, Альварес-Авилес и др. (2008) обнаружили, что основная соленость морозных цветков колеблется от 16 до 105 ppt, в среднем около 62 ppt. (примерно в три раза более соленая, чем морская вода ).
Морозные цветы чаще всего встречаются на молодом морском льду в полярных регионах, поскольку большая разница температур между льдом и воздухом подходит для роста. Когда лед становится слишком толстым, верхняя поверхность льда остывает, и морозные цветы перестают расти. Это означает, что морозные цветы обычно растут только в первые несколько дней нового ледового покрова.
Температура, в частности температура на поверхности льда, которая не находится в непосредственной близости от морозных цветов, напрямую влияет на морфологию, а также на толщину и впитывающую способность льда, снежный покров и покров из морозных цветов. Форма инейных цветков меняется при изменении температуры воздуха или степени перенасыщения в процессе роста за счет изменения кончиков кристаллов. Уровень перенасыщения определяет общее формирование, размер и форму морозного цветка. При более низком перенасыщении кончик морозного цветка будет огранен, а боковые ветви будут образовывать разветвленный кристалл, напоминающий дерево, где при более высоком перенасыщении форма кончика основной ветви будет закруглена, образуя звездообразный кристалл без боковые ответвления. Кристаллы льда в морозных цветках обычно имеют дендритную форму, но, как и иней, могут расти в виде стержней. Когда теплый рассол попадает на кристаллы льда, он также может придать морозному цветку «комковатый» вид, поскольку грани кристаллов льда частично растают.
Морозные цветы имеют сложную микроструктурную химию из-за множества различных условий, таких как воздух, температура, химические концентрации в воде, поверхностный слой, влажность и осадки, влияющие на их образование и рост. Важной частью их образования является фракционирование натрия и сульфата по хлоридам во время осаждения солей. Когда температура снижается, задержка рассола увеличивается, и каналы становятся все более и более концентрированными, особенно на поверхности. Когда соли начинают выпадать в осадок изо льда, это изменяет относительные концентрации ионов, доступные в жидкой воде и в морозных цветках. При температурах ниже -8 ° C потеря натрия и сульфата увеличивается по сравнению с понижением температуры, что приводит к истощению аэрозоля от морозных цветов при таких температурах в отличие от других ионов. Аэрозоль морозных цветков будет иметь более высокое отношение натрия к сульфату по сравнению с аэрозолем из морской воды, потому что сульфат удаляется в большей степени, чем натрий, когда осаждается мирабилит (Na 2 SO 4 10H 2 O). Морозные цветы имеют высокую концентрацию бромид-ионов, обычно в 2–3 раза большую, чем в морской воде, которая пропорциональна солености морозных цветов. Если температура была достаточно низкой для замерзания хлорида натрия, присутствующего в рассоле или морозных цветках, то бромид может стать легко доступным. При температурах поверхности льда ниже -22 ° C начинает выпадать осадок хлорида натрия, и даже при более низких температурах осаждаются другие ионы, но при температуре поверхности льда, при которой низкие морозные цветы не могут образоваться, маловероятно, что будет обедненный хлорид натрия.
Морозные цветы вызывают интерес как возможный источник полярного атмосферного аэрозоля. Высокие концентрации химических веществ и большая площадь поверхности могут способствовать эффективному выбросу в атмосферу. В частности, исследования показали, что обилие морозных цветов может быть связано с высокими концентрациями тропосферного монооксида брома, вызывающего истощение тропосферного озона, и с повышенным количеством переносимых по воздуху частиц морской соли. В исследовании Obbard et al. (2009), обращаясь к проблеме брома, который может вызывать истощение озонового слоя, не представили убедительных доказательств того, что аэрозоль из морозных цветков вносит значительный вклад в обогащение атмосферы бромом. Кроме того, исследование показало, что в морозных цветках наблюдалось истощение брома, а также обогащение по сравнению с хлоридом.
2 сентября 2009 года биологическая группа Вашингтонского университета, отплывавшая с Северного полюса, натолкнулась на эти маленькие цветочки, растущие в замерзшем море, «как луг, раскинувшийся во всех направлениях. Все доступные поверхности были покрыты ими». Было обнаружено, что когда они растаяли, от одного до двух миллилитров извлеченной воды содержалось около миллиона бактерий. Профессор Джоди Деминг считает, что по мере того, как полюса нагреваются, этих лугов будет становиться все больше и больше, потому что будет все больше и больше открытого моря, которое зимой превращается в тонкий лед, и ее команда стремится выяснить, какие бактерии обитают в морозные цветы делают.
