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南极附近的死亡冰柱是怎么回事

2011年的时候,英国广播公司(BBC)在南极开始拍摄《冰冻地球》专题片,历时5年于2015年正式对外播出。 其中有一段视频描述了在南极海洋之中发生的一件奇特现象,一条冰柱从海水表层中产生并不断地向下一直延伸,所到之处可以瞬间将其中的生物冻住并致其死亡

2011年的时候,英国广播公司(BBC)在南极开始拍摄《冰冻地球》专题片,历时5年于2015年正式对外播出。
其中有一段视频描述了在南极海洋之中发生的一件奇特现象,一条冰柱从海水表层中产生并不断地向下一直延伸,所到之处可以瞬间将其中的生物冻住并致其死亡,因此这种现象也被称为“死亡冰柱”。
造成这种奇特现象的原因,主要是因两种常见的物理现象所共同配合形成,这两种物理现象一个是盐分在水中的溶解度,另一人是水的冰点受到水中含盐量的影响。
先来看一下盐分在水中的溶解度。
海水之所以又咸又苦,是因为里面溶解了大量盐分,除了氯化钠以外,还含有氯化镁、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钾等等,这些盐类物质在水中都有一定的溶解度,达到这个数量就会达到饱和状态,超过这个数量也就不会再溶解。
当温度升高时,盐类物质在水中的溶解度上升,反之温度下降时溶解能力也会下降,多余的盐分就会从水中析出。
再来说看一下水的冰点。
世界上绝大部分的物质都具有热胀冷缩现象,而水是一种比较奇特的物质,它的密度在4摄氏度时最高,在0-4摄氏度时其遵循的是热缩冷胀规律,低于0摄氏度就结冰,高于4摄氏度以后与其它物质一样遵循的是热胀冷缩,达到100摄氏度就会形成水蒸气。
而海水中由于溶解了大量的盐类物质,其冰点要比淡水低得多。
在寒冷的天气下,当海水上层低于海水的冰点开始结冰时,下层海水会受到上层海水中析出盐类的影响以及海水的混合降低冰点,所以下层一般情况下不会因上层的结冰而结冰。
但是,凡事都有例外。
两极地区在夏冬两季气温差异非常大,而且即使在冬季也可能会发生强烈的温度变化。
当由温度较高的天气突然出现降温幅度比较大的情况时,表层海水开始结冰,盐分逐渐析出,从而使结冰区域周围海水的含盐量显著提高、温度降低、密度加大,含盐量的提高使得周围区域海水的冰点降低而不结冰,密度加大使得这些海水逐渐下沉。
在下沉的过程中,下部海水较高的温度与这些海水混合,从而拉低了下层海水的温度,如果达到冰点以后就会接着发生结冰现象,盐分析出,继而继续上面的这样的一个过程,直至到达海底,从外面观测来看,似乎是一根冰柱不断向下生长。
一般情况下,在两极地区的海洋中,冰柱从海水表层到达海底需要5-6个小时,也就是说这个过程不是特别快,记录片里的现象是把这个过程快放了而已。
但是由于海底的温度也相对较低,另外冰柱的影响区域有限,绝大部分的海底生物不会提前感受得到这种变化,但是一旦靠近这个冰柱区域,就有很大的几率被海水冰封在里面,杀伤力还是比较强的。

参考:
实际上科学家早在上个世纪六十年代就发现了这种现象,主要是在极地地区。
在冬天到来之际,温度降低,在极地海洋冰层之下开始形成类似于钟乳石的结构,冰柱从冰面之下开始逐渐的向海地延伸,这个速度是肉眼可见的,当触及海底的时候会瞬间冰冻住大量的海底生物,同时冰冻向四周扩散,冻住更多的海底生物例如海星等,这也是它死亡冰柱名字的由来。
这种特殊的结构虽然发现的很早,在上个世纪六十年代我们就知道它的存在,但真正的观测确实在最近几年才完成。
BBC在拍摄纪录片《冰冻星球》的时候,在海底提前放置了延时拍摄的设备,对死亡冰柱的形成过程开始记录。
在肉眼可见的变化中,冰柱从冰面开始向下不断的变粗变长,在接触海底后还会向四周扩散冰冻。
死亡冰柱的形成原理也并不复杂,海水都是含有盐分的,因此会非常的咸,对于食盐的溶解度有很多影响因素,例如温度、压力等。
而随着温度的降低,食盐的溶解度逐渐的减小。
海水含有盐分因此它的凝固点会降低,这也是海水不会彻底结冰的原因,但是当冬天来到温度降低,这个时候无机盐可能会结晶析出,这样海水的凝固点就会上升,开始出现结冰现象。
冬天的时候一般都是海面上温度低,海底温度会高于外部环境,冰柱的上层形成之后,析出的无机盐晶体溶解于周围海水,这个时候由于密度较大开始向下移动,又因为向下移动的海水温度低,会导致深处海水无机盐逐渐的结晶,凝固点升高,这样冰柱就不断的向下延伸,速度是肉眼可见的。
死亡冰柱的形成过程是有“能量”源头的,这里把它称之为“冷源”,也就是冰柱会不断的向上释放出热量,当海面上的温度升高到一定程度,这个能将来源就没有了,冰面下的这个冰柱也逐渐的融化消失。
由于死亡冰柱的形成速度,也让它的破坏力十足,由于海底的一些生物都是简单的腔肠动物,它们的反应并不是非常迅速,当冰柱从海面上快速向下延伸的时候,就会冰冻住大量的海底生物,导致它们的死亡,因此得了这样一个名字。
针对这种可怕的自然现象,科学家认为这个过程可能跟远古生命的形成有一定关系。
一直以来主要的思想是,生命可能诞生于海底的热泉周围,因为这里既能产生各种化学物质,温度上也适宜。
但是自从发现了死亡冰柱这种特殊的结构,科学家认为冰柱形成过程中的净化效应可能支持了“生命诞生的寒冷起源”理论。
尤其是地球之外的一些特殊天体,例如木星的一些大型卫星,都是表面上冰冻结构,冰面之下是液态海洋。
这样的结构很容易发生死亡冰柱的现象,海冰的出现使盐分结晶,这对于生命的出现至关重要。
文/杜若,图片来源网络侵删。


参考:
《冰冻星球》的摄制组曾经在极地附近拍摄到了一组奇异现象,当水下温度较低时,海洋中会迅速结冰形成冰柱,这些冰柱所经之处会引起大规模的生物死亡,因此该冰柱又被称为死亡冰柱。
死亡冰柱形成的原因死亡冰柱是一种非常罕见的现象,一般只出现在南北极海域里,它的整个过程虽然奇特,但却可以通过物理知识来解释。
我们知道,海洋中的各种矿物盐含量非常高,而矿物盐在一定温度下,能够溶解在水中的质量是有限的。
大多数情况下,海水中的矿物盐会溶解在海水中,但是随着温度的上升或下降,海水能够溶解的矿物盐质量会发生变化。
当海水温度较高时,海水溶解的矿物盐会变多。
当海水温度较低时,海水能够溶解的矿物盐会变少,此时如果海水中有较多的矿物质,不能够被溶解的矿物盐会析出。
我国茶卡盐湖里之所以有白色的矿物盐固体,就是因为湖水中的盐含量过高,溶解度达到了饱和状态,多余的盐分析出后就会以固态的形式存在在湖水中。
南北两极之所以会出现死亡冰柱现象,也和矿物盐的溶解度有关。
我们知道,南北两极的温度非常低,这就导致单位面积内,南北极海域的海水能够溶解的矿物盐质量会减少,此时海水中的矿物盐就会析出,以固体的形式存在于海水中。
再加上固体矿物盐的密度大于海水的密度,所以矿物盐在结晶的过程中会下沉。
由于海面上温度比海水温度低,所以冰柱会不断地吸收海面上的低温向海底延伸,逐渐形成冰柱,它们虽然叫做冰柱,但实际上更类似于冰沙。
盐水在形成冰柱的过程中,周围的海水遇到冰柱后,也会因为低温而快速冻结,这类似于超冷水。
在冰柱形成的过程中,如果周围的生物来不及逃走,将会被冰柱冻住,造成生物死亡,因此该冰柱又被称为死亡冰柱。
死亡冰柱的危害死亡冰柱现象虽然比较罕见,但一旦发生,往往在几个小时之内就会从一个小型冰柱快速膨胀开来,在这个过程中,可能会冻死部分海底生物。
如果潜水器或者其他海洋船只遇到死亡冰柱,有可能会威胁到它们的正常航行,增加抛锚的危险。
如果死亡冰柱发生在海底布雷区,将可能会引爆水雷,导致海底爆炸。
虽然死亡冰柱会威胁到人类船只和海洋生物的生命,但其实我们也不比太担心。
这是因为死亡冰柱发生的条件非常苛刻,因此这种现象非常罕见,且大多只会发生在南北两极附近的海域。
当海洋温度上升时,此时海洋能够溶解的矿物盐质量变多,冰柱的冷能来源慢慢减弱,此时冰柱也会逐渐融化,海洋又恢复以前的平静。
死亡冰柱或是生命的起源地美国化学学会期刊上曾经发表过一篇论文《冰柱作为逆化学花园的案例》,在该文章中,作者指出冰柱可能提供了生命诞生的条件。
目前,关于生命的起源主流说法认为:生命可能起源于热环境,比如海底喷泉口附近。
但该研究人员指出,冰柱也可以促使最初的生命形成,海洋中的冰柱在脱盐过程中,会像海底喷泉口一样,为生命提供大量的氢离子浓度差,支持生命活动。
目前,该假说还没有被广泛接受,只是一个不同学派的观点。

参考:
大体上,是这样。
南北两极地区,海面温度降低,开始结冰。
盐分被排开,冰周围的海水含有更多盐分,比重增加,逐步下沉。
下沉过程中,盐水继续降低温度,等达到海水冰点时,已经达到零下几十度。
这些特殊海水就一路向下,接触海底时开始结冰,因为温度很低,一路推进结冰,速度比较快,遭遇到的动物逃避不及,瞬间冻结。
事实上,60年代就已经发现这个现象。
2011年才被记录下来。

参考:
就是冷冻的速度太快了吧,快的让生物躲闪不了。

参考:
“死亡冰柱”出现在南、北极海域,随着海冰中的盐水下沉,形成的“冰柱”以严寒威胁着海底的生命。
英国广播公司的一名工作人员拍摄了一段离奇的水下“死亡冰柱”。
借助延时相机,专家记录了海水被排除在海冰之外并下沉的情况。
这种下沉盐水的温度远低于0℃,导致水冻结在周围的冰鞘中。
在所谓的“死亡冰柱”遇到海床的地方,形成了一个冰网,冻结了它接触到的所有东西,包括海胆和海星。
这种结冰现象是由冰冷下沉的盐水造成的,这种盐水比其他海水密度更大。
当它接触到水表下较暖的水时,会形成一个带状物。
冰冻的海水不会像在冰箱里一样结冰。
它不是一个致密的固体块,更像一个被海水浸泡过的海绵,里面有一个微小的盐水通道网络。
冬天,海冰上方的气温可能低于-20℃,而海水只有-1.9℃左右。
热量从温暖的海洋表面流向非常冷的海底,从底部形成新的冰。
这种新形成的冰中的盐被浓缩并被推入盐水通道。
因为它又冷又咸,所以比下面的水密度大。
结果是盐水在下降的羽流中下沉。
但是当这种极冷的盐水离开海冰时,它会冻结与之接触的相对新鲜的海水。
这在下降的羽流周围形成了一个脆弱的冰管,这种冰管生长成了所谓的薄冰。
在北极和南极都可以发现这种“死亡冰柱”,它们的低温对附近的海中生物造成了威胁。

参考:
我们习惯于看到树枝上和建筑物的屋檐上形成冰柱,但它们也能在海洋深处形成,形成所谓的盐水冰柱。
这些冰冷的水下冰柱通常被称为“海洋钟乳石”,因为它们外表怪异,但它们致命的本性为它们赢得了另一个绰号:“死亡冰柱”。
斑纹鱼的存在只是在20世纪60年代才被发现,所以关于它们还有很多东西需要了解。
然而,科学家认为地球上的生命可能起源于这些海洋钟乳石在极地海洋中,它们可能为其他行星和卫星上的生命创造条件,例如木星的木卫三和木卫四。
它们是如何形成的?
当...的时候海冰在北极和南极发展,像盐这样的杂质被挤出,这就是为什么从海水中产生的冰不如它形成的水咸。
随着海水从海冰中渗漏出来,周围的海水变得更咸,从而降低了结冰温度并增加了密度。
这可以防止水结冰并导致冰下沉。
当这种冷盐水到达下面较温暖的海水时,水在它周围结冰,形成了一个下降的冰管,被称为盐水。
当这种海洋钟乳石到达海底时,会形成一个冰网并在其上蔓延,冻结它所接触到的一切——包括它遇到的任何海洋生物,如海星和海胆——这就是为什么它们赢得了“死亡冰柱”的名声。

参考:
有一部分海水已经达到冰点,因为偶然外力的因素,打破了平衡,自己会行成冰柱这一奇特的现象

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