Гравитациона дренажа на портал со морски мраз (; гравитација дренажа;)
Кога ќе се замрзне морската вода, нема молекули и јони, вклучувајќи соли, може да се врзат во мразот како резултат на структурата на кристалната решетка и да се случи поделба во две фази. Кристалната решетка од цврст мраз се состои скоро целосно од молекули на вода. Солта содржана во морската вода не може да се вгради во кристалната решетка на мразот, но е концентрирана во морскиот мраз во мали канали и комори во форма на течна солена саламура.
Гасови како кислород и јаглерод диоксид, кои не можат да се вметнат во кристалната решетка мраз, исто така се затворени во мали канали. Бидејќи овој процес не е апсолутен, содржината на сол во водата не паѓа на 0, туку на околу 10 на илјада кога претпоставува цврста состојба на мраз. [1] Првично неповрзаните ледени кристали се консолидираат и формираат матрица, во меѓусебно поврзаните простори е фатена саламура богата со сол. Следното се применува: колку е постуден мразот, толку повеќе сол се исфрла од мразот и толку повеќе концентрираната саламура е во каналите. [2]
Гравитационата дренажа е процес на одсолување во кој саламурата се исцедува од мразот во основната морска вода под дејство на гравитацијата. Како што мразот расте и дебелината на мразот се зголемува, површината на мразот постепено се издига над нивото на морската вода со цел да се одржи изостатичката рамнотежа. Подигнувањето произведува хидростатички притисок во поврзаниот систем на пори, што ја истера саламурата. Покрај тоа, зимскиот негативен температурен градиент предизвикува нестабилна раслојување на густината. Студената, а со тоа и погуста саламура на површината на мразот е слоевитоста над потопла и затоа полесна саламура во долниот дел на мразот. Ова доведува до проток на конвекција во саламураните канали, што ја води погустата саламура од мразот. Овој процес доведува до одсолување на мразот и формирање на дренажен систем.
Слика: Шематски приказ на пловците од морски мраз, нивната терминологија и климатски релевантни процеси (графички AWI)
Во принцип, саламурачките канали можат да имаат дијаметар од микрометри (μm) до милиметри (mm). Тие формираат еден вид разгранет дренажен систем и го прават морскиот мраз многу порозен.
Заедно со сезонската содржина на сол и флуктуациите на температурата, се менува релативниот удел на саламура во вкупниот волумен на мразот. Волуменот на порите може да биде над 35 проценти од вкупниот волумен за многу топол повеќегодишен мраз, но исто така може да претпостави типични вредности помали од пет проценти од волуменот на мразот за многу ладен повеќегодишен мраз. Солените јони (NaCl), кои делумно се ослободуваат од морскиот мраз, а делумно и за време на формирањето на морскиот мраз, се акумулираат под морскиот мраз.
Пред тоа, мразот, кој се создава од морска вода со содржина на сол од 34 на илјада, достигнува температура од -6 степени Целзиусови, на пример. Ова значи дека концентрацијата на саламура ќе биде 100 на илјада. Ако температурата со текот на времето падне на -10 степени Целзиусови, концентрацијата на сол на саламура се зголемува на 145 на илјада. [3] Исто така, може да се забележи дека бројот на канали се намалува со намалување на температурата. Помалите канали се спојуваат и формираат поголеми канали за собирање, кои често работат во вертикална насока. Ова го прави морскиот мраз структурно сличен на сунѓер, особено кога саламурата истекува од мразот.
Како резултат на истекувањето на саламура, вкупната содржина на мраз во сол паѓа со текот на времето од почетна над 10 на илјада на под 5 на илјада. Постариот мраз, како што е повеќегодишниот мраз, има помала содржина на сол (околу 3 до 3,5 ‰) од помладиот, едногодишен мраз (5 ‰) поради ова истекување на солта. Содржината на сол не е рамномерно распоредена вертикално во мразот. Во случај на повеќегодишен мраз, тој се зголемува надолу, додека соленоста на мразот од првата година на површината е висока (8-16 ‰), потоа се намалува и повторно се зголемува во близина на долниот раб на мразот. [4]
[1] П. Вадамс, мраз во океанот, издавач на Гордан и наука за прекршување, 2000, стр. 49
[2] G. Hempel и I. Hempel, Faszination Meeresforschung, Еколошка книга за читање, Verlag H. M. Hauschild GmbH, Бремен, 2006, стр. 42
[3] Д. Н. Томас и Г. С. Дикман, Замрзнат океан, Пливачкиот свет на мразот, природен историски музеј, Лондон, 2004, стр.
[4] В. Б. Такер и сор., Физички својства на морскиот мраз релевантни за далечинско набingудување, во Карси, 1992, стр. 9-28