Tengeri jégkapu gravitációs vízelvezetése (; gravitiy vízelvezetése;)
Amikor a tengervíz megfagy, az így létrejövő kristályrácsszerkezet miatt egyetlen molekula és ion sem kötődhet a jégbe a jégbe, és két fázisra válik szétválás. A szilárd jég kristályrácsa szinte teljes egészében vízmolekulákból áll. A tengervízben lévő só nem építhető be a jég kristályrácsába, hanem folyékony, sós sóoldat formájában kis csatornákban és kamrákban koncentrálódik a tengeri jégben.
Az olyan gázok, mint az oxigén és a szén-dioxid, amelyek nem épülhetnek be a jég kristályrácsába, szintén kis csatornákba vannak zárva. Mivel ez a folyamat nem abszolút, a víz sótartalma nem csökken 0-ra, hanem körülbelül 10 ezrelékre, amikor a jég szilárd állapotát felveszi. [1] Az eredetileg nem kapcsolódó jégkristályok megszilárdulva mátrixot képeznek, amelynek összekapcsolt tereiben a sóban gazdag sóoldat befogódik. A következõk érvényesek: minél hidegebb a jég, annál több só ürül ki a jégbõl, és annál töményebb a sóoldat a csatornákban. [2]
A gravitációs vízelvezetés egy sótalanítási folyamat, amelynek során a sóoldat gravitáció hatására a jégből az alatta lévő tengervízbe ereszkedik. A jég növekedésével és a jég vastagságának növekedésével a jég felszíne fokozatosan emelkedik a tenger vízszintje fölé az izosztatikus egyensúly fenntartása érdekében. Az emelés hidrosztatikus nyomást eredményez a csatlakoztatott pórusrendszerben, amely kiszorítja a sóoldatot. Ezenkívül a téli negatív hőmérsékleti gradiens instabil sűrűségi rétegződést okoz. A jég felszínén a hideg és ezért sűrűbb sóoldat a jég alsó részén melegebb, ezért könnyebb sóoldatra van rétegezve. Ez konvekciós áramláshoz vezet a sóoldat csatornáin belül, amely a sűrűbb sóoldatot kivezeti a jégből. Ez a folyamat a jég sótalanításához és a vízelvezető rendszer kialakulásához vezet.
Ábra: A tengeri jégtáblák sematikus ábrázolása, terminológiája és az éghajlattal kapcsolatos folyamatok (AWI grafika)
A sóoldat csatornáinak átmérője elvileg lehet mikrométer (um) és milliméter (mm) között. Egyfajta elágazó vízelvezető rendszert alkotnak, és a tengeri jeget nagyon porózissá teszik.
A szezonális sótartalommal és a hőmérséklet ingadozásával együtt a sóoldat relatív részesedése a jég teljes térfogatában változik. A pórustérfogat meghaladhatja a nagyon meleg évelő jég teljes térfogatának 35% -át, de feltételezheti a nagyon hideg évelő jég esetében a jégtérfogat kevesebb mint öt százalékának jellemző értékeit is. A tengeri jég alatt felhalmozódnak a sóionok (NaCl), amelyeket részben a tengeri jég szabadít fel, részben pedig a jég keletkezése során.
Előtte a jég, amely tengervízből jön létre 34 ezersav sótartalommal, eléri például a -6 Celsius-fokos hőmérsékletet. Ez azt jelenti, hogy a sóoldat koncentrációja körülbelül 100 ezrelék lesz. Ha az idő múlásával a hőmérséklet -10 Celsius-fokra csökken, a sóoldat sókoncentrációja 145 ezrelékre nő. [3] Megfigyelhető az is, hogy a hőmérséklet csökkenésével csökken a csatornák száma. A kisebb csatornák konvergálva nagyobb gyűjtőcsatornákat alkotnak, amelyek gyakran függőleges irányban futnak. Ez a tengeri jeget szerkezetileg hasonlóvá teszi a szivacshoz, különösen akkor, ha a sóoldat lefut a jégről.
A sóoldat lefolyása következtében a jég teljes sótartalma idővel a kezdeti 10 ezrelék feletti értékről 5 ezrelék alá csökken. Az idősebb jég, például az évelő jég alacsonyabb sótartalmú (körülbelül 3–3,5 ‰), mint a fiatalabb, éves jég (5 ‰) a só ilyen szivárgása miatt. A sótartalom függőlegesen nem oszlik el egyenletesen a jégben. Többéves jég esetén lefelé növekszik, míg az elsőéves jég sótartalma a felszínen magas (8-16 ‰), majd csökken és ismét növekszik a jég alsó pereme közelében. [4]
[1] P. Wadhams, Ice in the Ocean, Gordan and Breach Science Publisher, 2000, 49. o.
[2] G. Hempel és I. Hempel, Faszination Meeresforschung, ökológiai olvasókönyv, Verlag H. M. Hauschild GmbH, Bréma, 2006, 42. o.
[3] D. N. Thomas és G. S. Dieckmann, Fagyott óceán, A jéghegy úszó világa, Természettudományi Múzeum, London, 2004., 23. o.
[4] W. B. Tucker és mtsai, A tengeri jég távérzékelés szempontjából releváns fizikai tulajdonságai, Carsey, 1992, 9–28.