海面に浮かんでいる氷は、次の2つのうちどちらか一方からもたらされます。 氷河の氷は、雪が積もって圧縮されて氷河になり、それが砕けて氷が海に放出されることによって形成されます。 氷河の厚さは数kmにもなるため、氷山は非常に大きく、海上の高い氷山は常に氷河の氷床に由来する。 海氷とは、海水が凍ってできた氷のことで、厚さが数メートルを超えることはほとんどありません(図14.1.1)。 海氷は常時海洋の約7%を覆っており、面積では地球上の永久氷床の約66%を占めますが、体積では0.1%にすぎません。 これは、氷河の氷冠が局所的ではあるものの厚さが数キロメートルにもなるのに比べ、海氷は広大だが薄いシート状の覆いだからだ

図14.1.1 より薄い海氷の層に埋め込まれた氷山(NASA / James Yungel , via Wikimedia Commons)

南極周辺の海氷面積は、冬の約2100万km2から夏の約130万km2の間で変動し、ほとんどの南極海氷は1年だけしか続きません。 北極では季節による海氷面積の変化はそれほど顕著ではなく、冬は約1400万km2、夏は約650万km2となっています。 北極の海氷の約半分は1年以上続き、多年氷となる。 この違いは、南極大陸は周囲を海に囲まれているため、氷が暖かい海水に膨張し、やがて溶けてしまうことに起因する。 一方、北極海は大陸に囲まれているため、グリーンランドとスピッツベルゲン島の間で氷の10%程度が大西洋に流出する。 残りは閉じ込められ、多年氷や多年生氷となり、平均で7年程度、厚さは3~5mと、1年目の氷が1~2mであるのに比べ、厚い。

海氷形成

海水は塩分を含んでいるので、真水より低いマイナス1.8o C程度で凍り始める。 結氷は表面から始まり、フラジルと呼ばれる針状の小さな氷の結晶ができ、これが積もって水がどろどろに濁って見えます。この段階はグリースアイスと呼ばれています(図14.1.2 A)。 穏やかな海では、これらの小さな結晶が一緒に凍ってニラスと呼ばれる薄い表面層になり、その厚さは10cmにもなります(図14.1.2 B)。

図 14.1.2 海氷形成の段階. A)グリースアイス、B)ニラ、C)パンケーキアイス、D)流氷。 (A) National Park Service , via Wikimedia Commons; B) Brocken Inaglory (Own work) , via Wikimedia Commons).

波動はニラを1-2mの小さなマットに分解し、それらが互いにぶつかり合って、パンケーキ氷と呼ばれる縁が高くなった丸い形を作ることがあります(図14.1.2のC)。 気温が低い状態が続くと、パンケーキ氷が凍りついて固い流氷となり、海を覆う硬い表面となる(図14.1.2 D)。 9007>

流氷が形成されると、その下の水は断熱され、大気への熱損失が減少するため、水が冷やされなくなり、氷の形成が行われなくなるのです。 そのため、若い海氷は比較的薄く、厚さ3〜4mにもならないのが普通です。 極地では降水量は多くありませんが、気温が低いため、氷は溶けるよりむしろ蓄積される傾向にあります。

海氷の結晶ができると、塩分のほとんどが排除されるため、海氷は海水よりもはるかに少ない塩分を含み、必要なら溶かして飲むことができるようになる。 しかし、約20%の塩分は、氷の結晶の間にある水のポケットに閉じ込められたままになっています。 氷が形成され、塩分がこのポケットに排除されると、残った水の塩分濃度が上がり、塩分が多すぎて凍らなくなることがある。 海氷は、淡水氷のような硬い氷ではなく、凍らない塩分を含んだ水のポケットがあるため、少し柔らかく、どろどろとした質感になる。 やがてこの塩水がほとんど流れ出て、海氷はより強固になるが、「若い氷」のときは、同じ厚さの淡水氷よりも歩くのが危険なこともある。 例えば、淡水の氷は7〜8cmで人の体重を支えるのに十分ですが、海の氷で同じことをするには少なくとも15cm必要です。

非常に冷たく濃いかん水が氷から漏れて沈んでいきます。 この鹹水は「過冷却」されている。通常の海水の凝固点以下に冷やされるが、塩分が多いので液体のままである。 この過冷却塩水が周囲の水と接触すると、周囲の水が凍り、長さ数メートルの中空の氷鍾乳石、ブリニクルができる。 塩水は中空のブリニクルの中を流れ続け、ブリニクルは下に向かって成長していきます(ブリニクル形成の驚くべきタイムラプス映像は以下を参照)。

大きな海氷のシートが形成されるとき、2つの形態のどちらかで存在しています。 ファストアイス、またはランドファストアイスは、陸地に張り付いた大きな固い氷床のことを指します。 一方、流氷は小さく、自由に浮遊する海氷で構成されている。 9007>

図14.1.3 速氷(左)と流氷(右)。 (左: Peterfitzgerald (Own work) , via Wikimedia Commons; 右: Markus Trienke, https://www.flickr.com/photos/mtrienke/34281559366/in/photostream/ )

流氷は波や流れを減衰させ、海面の動きを緩衝しているのです。 そのため、流氷の分布が変わると、流れのパターンが変化し、生態系の構造まで変わってしまうことがあるのです。 しかし、流氷はその下を流れる海流の影響を受け、氷床は分裂したり、押し付けられたりしながら常に動いている。 氷の破片が収束すると、しばしば座屈や亀裂が生じたり、岩盤プレートの収束境界(4.6節)のように互いに覆いかぶさったりします。 図14.1.4)。

Figure 14.1.4 Pressure ridges formed from colliding ice sheets (Michael Studinger , via Wikimedia Commons)

極海域では、氷は一様に分布しているわけではありません。 そのため、周囲が氷に覆われていても、常に海面が開いている場所がいくつかあります。 このような開水面が続く地域をポリニヤと呼びます(図14.1.5)。 ポリニヤは、海流や風によって氷が移動している場合や、水温が高いために氷が形成されない場合などがあります。 図14.1.5では、南極大陸の内陸部から沖合に吹く非常に強い風が、氷床の端近くにポリニヤを作り出しています。

Figure 14.1.5 南極のマクマード基地近くのポリニヤ(NASAの地球観測所 , via Wikimedia Commons)

雪の堆積と圧縮から氷河としてできたもの (14.1.5).1)

氷河の大きな浮氷(14.2)

海水が凍ってできた氷(14.1)

海氷形成の最初の段階の小さな、針状の結晶(14.1)。1)

海氷形成においてスラッシュ状の一貫性を作るためのフラジルの蓄積(14.1)

薄い表面シート状の海氷(14.1)

一緒に凍って流氷を形成する小さくて丸い薄い海氷片(14.1)

比較的大きな浮氷片(14.1)。1)

流氷に覆われた面積(14.1)

水中の溶存イオン濃度(5.3)

陸上に付着した氷床(14.1)

流氷の面積(14.1)<<7.3><7.3><7.3><7.31)

自由に動く流氷 (14.1)

互いに移動するプレート境界 (4.3)

流氷 (14.1)

互いに移動するプレート境界 (14.1)

自由に移動する流氷6)

流氷が衝突してできたギザギザの尾根(14.1)

氷に覆われていない領域で水が開いたままの領域(14.1)

流氷が衝突して座ったままの状態(4.