诡异的海冰“冰钟乳”是如何形成的

当富含盐分的水从海冰中渗出时,它会沉入海中,有时会形成一种被称为冰钟乳的诡异冰柱。新的研究解释了这些奇怪的冰柱是如何形成的,以及海冰中含盐的水是如何成为生命可能进化的主要环境的

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还有什么比冷更酷?盐水冷。

当富含盐分的水从海冰中渗出时,它会沉入海中,有时会形成一种被称为冰钟乳的诡异冰柱。新的研究解释了这些奇怪的冰柱是如何形成的,以及海冰中含盐的水是如何成为生命可能进化的主要环境的。

这项发表在美国化学学会期刊《朗缪尔》上的研究表明,冰钟乳的形成方式与热液喷口相同,只是方向相反。热液喷口是海底看起来像刺状塔的结构,在那里,沸腾的、富含化学物质的水从海底流出。


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冰钟乳的形成过程是这样的:当海冰在北极和南极结冰时,水中的盐和其他离子会被排除在水分子晶体之外,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。这种高盐分的盐水会积聚在海冰内的裂缝和隔间中。

然而,海冰不可避免地会出现裂缝,盐水会渗出。盐水本身比海水的冰点更冷,因为含盐的水在较低的温度下结冰(因此人们冬天在冰冷的便道上撒盐,使冰在零度以下时保持液态),Escribano 告诉《我们惊奇的星球》。

由于盐水中水的浓度低于海洋中的浓度(水通过渗透作用从高浓度向低浓度移动),因此水会被盐水吸引。但是盐水太冷了,以至于水结冰,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,从高浓度向低浓度移动,冲破薄膜,导致更多富含金属的水喷出,延伸管子并重复该过程。

两者都是“化学花园”的例子,这是一种化学过程,也是化学实验装置中常见的实验名称,它遵循相同的原理,并形成植物状的晶体管,Escribano 说。

海冰中富含盐分的隔间具有一些可能有助于生命起源的特性,Escribano 说。“在冰内的这些隔间中,你会有高浓度的化合物,并且还有脂质,脂肪,覆盖在隔间的内部,”他说。“这些可以充当原始膜——生命所必需的条件之一。”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所需的能量,甚至可能是 DNA,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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