诡异的海冰“冰柱”如何形成

海冰中富含盐水的隔间具有可能帮助生命起源的特性

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当富含盐分的水从海冰中泄漏出来时,它会沉入海中,偶尔会形成一种被称为冰柱的诡异的冰指。新的研究解释了这些奇怪的冰指是如何形成的,以及海冰中含盐的水如何成为生命可能进化出来的理想环境。

这项发表在美国化学学会期刊《朗缪尔》上的研究表明,冰柱的形成方式与热液喷口相同,只是方向相反。热液喷口是海底尖刺状的塔,在那里,沸腾的、富含化学物质的水从海底涌出。

冰柱的形成过程是这样的:当北极和南极的海冰结冰时,水中的盐和其他离子会被排除在水结晶之外,该研究的作者、西班牙北部巴斯克地区巴斯克应用数学中心的 Bruno Escribano 说。这种含盐量高的盐水会积聚在海冰的裂缝和隔间内。


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然而,海冰不可避免地会破裂,盐水泄漏出来。盐水本身比海水的冰点更冷,因为富含盐的水在较低的温度下结冰(因此人们在冬天在结冰的人行道上撒盐,使冰在零度以下时仍能保持液态),Escribano 告诉 OurAmazingPlanet。

由于盐水中水的浓度低于海洋中的浓度,并且水通过渗透作用从高浓度流向低浓度,因此水会被盐水吸引。但是盐水非常冷,以至于水会结冰,形成一个下降的冰管,Escribano 说。

热液喷口的形成方式类似:富含离子的热水从海底喷出,然后开始溶解,形成一个向上延伸的多孔金属外壳。然后水涌入,从高浓度流向低浓度,使膜破裂,导致更多富含金属的水喷出,延伸管道并重复该过程。

两者都是“化学花园”的例子,这是一种化学过程,也是化学套装中常见的实验名称,其原理相同,形成植物状的晶体管,Escribano 说。

海冰中富含盐水的隔间具有一些可能有助于生命起源的特性,Escribano 说。“在冰内的这些隔间内,你拥有高浓度的化合物,你还有脂质、脂肪,它们覆盖了隔间的内部,”他说。“这些可以充当原始膜——生命必需的条件之一。” 它们还包含酸性和碱性成分的混合物,可以提供形成更复杂分子(甚至可能是 DNA)所需的能量,他说。

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Douglas Main is an independent journalist who covers environmental issues, the natural world and a range of other scientific topics. His writing has appeared in the New York Times, the Atlantic, MIT Technology Review, Hakai Magazine and other publications. Until recently, he was a senior writer and editor at National Geographic. Follow him on X (formerly Twitter) at @douglas_main.

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