Introduction to Oceanography

Meren pinnalla kelluva jää on peräisin kahdesta lähteestä. Jäätikköjää muodostuu lumen kerääntymisestä ja pakkautumisesta jäätiköiksi, jotka sitten hajoavat ja päästävät jäätä mereen. Koska jäätiköt voivat olla useita kilometrejä paksuja, niistä irtoavat jäävuoret voivat olla hyvin suuria, joten merellä olevat suuret jäävuoret ovat aina peräisin jäätiköistä. Merijäällä tarkoitetaan meriveden jäätymisestä syntyvää jäätä, jonka paksuus on harvoin yli useita metrejä (kuva 14.1.1). Merijää peittää milloin tahansa noin 7 % merestä, ja sen osuus maapallon pysyvästä jääpeitteestä on pinta-alaltaan noin 66 %, mutta tilavuudeltaan vain 0,1 % jäästä. Tämä johtuu siitä, että merijää on laaja mutta ohut peittokerros verrattuna jäätiköiden jääpeitteisiin, jotka ovat paikallisempia mutta voivat olla useita kilometrejä paksuja.

Merenjään peittävyys Antarktiksen ympärillä vaihtelee talven noin 21 miljoonasta neliökilometristä kesän noin 1,3 miljoonaan neliökilometriin, ja suurin osa Antarktiksen merijäästä kestää vain vuoden. Jääpeitteen kausivaihtelut ovat vähäisempiä arktisella alueella, noin 14 miljoonasta neliökilometristä talvella 6,5 miljoonaan neliökilometriin kesällä. Noin puolet arktisen alueen merijäästä kestää yli vuoden ja muuttuu monivuotiseksi jääksi. Tämä ero johtuu siitä, että Etelämanner on veden ympäröimä, joten jää laajenee lämpimämpään veteen ja sulaa lopulta. Jäämeri on mantereiden ympäröimä, joten vain noin 10 prosenttia jäästä karkaa Atlanttiin Grönlannin ja Huippuvuorten välillä. Loput jäävät loukkuun ja muuttuvat monivuotiseksi jääksi tai monivuotiseksi jääksi, joka on keskimäärin noin 7 vuotta vanhaa ja 3-5 metriä paksua, kun taas ensimmäisen vuoden jää on 1-2 metriä paksua.

Merijään muodostuminen

Suolapitoisuutensa vuoksi merivesi alkaa jäätyä noin -1,8o C:n lämpötilassa, joka on alhaisempi kuin makean veden lämpötila. Jäänmuodostus alkaa pinnalla muodostamalla pieniä neulamaisia jääkiteitä, joita kutsutaan fraziliksi, jotka kerääntyvät ja saavat veden näyttämään liukkaalta ja samealta; tätä vaihetta kutsutaan rasvajääksi (kuva 14.1.2 A). Rauhallisemmassa vedessä nämä pienet kiteet voivat jäätyä yhteen ohueksi pintakerrokseksi, jota kutsutaan nilakseksi ja jonka paksuus voi olla jopa 10 cm (kuva 14.1.2 B).

Aallokon toiminta voi hajottaa nilakset pieniksi 1-2 metrin läpimittaisiksi matoiksi, jotka sitten törmäävät toisiinsa ja muodostavat pyöristyneitä muotoja, joissa on koholla olevat reunat, joita kutsutaan pannukakkujäänä (kuva 14.1.2 C). Jos lämpötila pysyy kylmänä, pannukakkujää jäätyy yhteen kiinteiksi jäälautoiksi, jotka muodostavat kovan pinnan, joka peittää meren (kuva 14.1.2 D). Tämän jälkeen jäälautat jäätyvät yhteen jääkentiksi.

Kun jäälautat ovat muodostuneet, niiden alla oleva vesi eristyy ja lämpöhäviöt ilmakehään vähenevät, joten vesi ei enää jäähdy eikä jäätä enää muodostu. Tämän seurauksena nuori merijää on yleensä suhteellisen ohutta, korkeintaan 3-4 metriä paksua. Jää voi paksuuntua sateiden vaikutuksesta; napa-alueilla on vähän sadetta, mutta matalien lämpötilojen vuoksi sademäärät pikemminkin kerääntyvät kuin sulavat. Ajan myötä kertynyt jää ja lumi voivat lisätä merijään kokonaispaksuutta, mutta se ei silti koskaan saavuta jäätikön paksuutta.

Merijääkiteiden muodostuessa suurin osa suolasta jää pois, joten merijää sisältää paljon vähemmän suolaa kuin merivesi, ja se voidaan tarvittaessa sulattaa juotavaksi. Mutta noin 20 % suolasta jää jääkiteiden välisiin vesitaskuihin. Kun jäätä muodostuu ja suoloja poistuu näihin taskuihin, jäljelle jäävän veden suolapitoisuus kasvaa, ja siitä voi tulla liian suolaista jäädytettäväksi. Nämä jäätymättömät suolaisen veden taskut tekevät merijäästä hieman pehmeämpää ja liukkaampaa kuin makean veden jää, joka on kovempaa ja jäykempää. Lopulta suurin osa tästä suolavedestä vuotaa pois, ja merijäästä tulee kiinteämpää, mutta kun se on ”nuorta jäätä”, sen päällä voi olla vaarallisempaa kävellä kuin saman paksuisen makean veden jään päällä. Esimerkiksi 7-8 cm makean veden jäätä riittää kantamaan yhden ihmisen painon, mutta merijäähän tarvittaisiin vähintään 15 cm:n paksuus.

Hyvin kylmä, tiheä suolavesi vuotaa jäästä ja uppoaa. Suolavesi on ”alijäähtynyttä”; se on jäähtynyt meriveden normaalin jäätymispisteen alapuolelle, mutta pysyy kuitenkin nestemäisenä korkean suolapitoisuuden vuoksi. Kun tämä alijäähtynyt suolavesi joutuu kosketuksiin ympäröivän veden kanssa, se saa ympäröivän veden jäätymään, jolloin syntyy onttoja jäästalaktiitteja eli ”brinikkeleitä”, jotka voivat olla useita metrejä pitkiä. Suolavesi virtaa edelleen onton brinikkelin läpi, ja brinikkeli kasvaa alaspäin (ks. alla hämmästyttävä time-lapse-video brinikkelien muodostumisesta).

Kun suuret merijääpeitteet muodostuvat, ne esiintyvät kahdessa eri muodossa. Nopealla jäällä eli maa-nopealla jäällä tarkoitetaan suuria, kiinteitä jäälevyjä, jotka ovat kiinnittyneet maihin. Pakkausjää koostuu pienemmistä, vapaasti kelluvista merijään kappaleista. Ne ovat voineet muodostua itsenäisesti tai irrota nopeasta jäästä (kuva 14.1.3).

Uijuva pakkausjää vaimentaa aaltoja ja virtauksia ja puskuroi meren pinnan liikettä. Niinpä muutokset pakkausjään jakautumisessa voivat johtaa muutoksiin virtauskuvioissa ja jopa muuttaa ekosysteemin rakennetta. Pakkausjää on kuitenkin myös riippuvainen sen alla virtaavista virtauksista, ja jääpeitteet ovat jatkuvasti liikkeessä, hajoavat tai työntyvät yhteen. Kun jääpalat lähenevät toisiaan, ne usein vääntyvät ja halkeilevat tai syrjäyttävät toisensa, kuten konvergenssissa litosfäärilaattojen rajoilla (kohta 4.6). Nämä törmäykset voivat synnyttää korkeita, rosoisia paineharjanteita, jotka voivat ulottua useiden kilometrien päähän ja jotka aiheuttavat vaaratilanteita jäällä navigoiville naparetkeilijöille (kuva 14.1.4) (kuva 14.1.4).

Jääpeite ei ole polaarisilla merillä tasainen. On useita alueita, joilla on jatkuvasti avointa vettä, vaikka niitä ympäröivät alueet ovat jään peitossa. Näitä jatkuvasti avoimen veden alueita kutsutaan polynyoiksi (kuva 14.1.5). Polynyat voivat johtua jäätä liikuttavista virtauksista tai tuulista tai lämpimämmän veden alueista, jotka estävät jään muodostumisen. Kuvassa 14.1.5 Etelämantereen sisäosista merelle puhaltavat erittäin voimakkaat tuulet ovat synnyttäneet polynyan lähelle jääpeitteen reunaa.