Introducere în oceanografie

Gheața care plutește la suprafața oceanului provine din două surse. Gheața glaciară este formată din acumularea și comprimarea zăpezii în ghețari, care apoi se sparg și eliberează gheață în ocean. Deoarece ghețarii pot avea o grosime de câțiva kilometri, aisbergurile care se desprind din ei pot fi foarte mari; astfel, aisbergurile înalte din mare provin întotdeauna din stratul de gheață glaciară. Gheața de mare se referă la gheața formată prin înghețarea apei de mare și rareori depășește o grosime de câțiva metri (figura 14.1.1). Gheața de mare acoperă aproximativ 7% din ocean în orice moment și reprezintă aproximativ 66% din acoperirea permanentă de gheață a Pământului ca suprafață, dar numai 0,1% din gheață în ceea ce privește volumul. Acest lucru se datorează faptului că gheața de mare este o pătură vastă, dar subțire, în comparație cu calotele de gheață glaciară, care sunt mai localizate, dar pot avea o grosime de câțiva kilometri.

Coperișul de gheață de mare din jurul Antarcticii fluctuează între aproximativ 21 de milioane de km2 în timpul iernii și aproximativ 1,3 milioane de km2 în timpul verii, cea mai mare parte a gheții de mare din Antarctica durând doar un an. Modificările sezoniere ale stratului de gheață sunt mai puțin pronunțate în Arctica, de la aproximativ 14 milioane km2 iarna la 6,5 milioane km2 vara. Aproximativ jumătate din gheața de mare din Arctica durează mai mult de un an, devenind gheață multianuală. Această diferență apare deoarece Antarctica este înconjurată de apă, astfel că gheața se extinde în apa mai caldă și, în cele din urmă, se topește. Oceanul Arctic este înconjurat de continente, astfel încât doar aproximativ 10% din gheață scapă în Atlantic între Groenlanda și Spitzbergen. Restul este prins și devine gheață multianuală sau gheață perenă, cu o vechime medie de aproximativ 7 ani și o grosime de 3-5 m, în comparație cu gheața din primul an cu o grosime de 1-2 m.

Formarea gheții de mare

Din cauza conținutului de sare, apa de mare începe să înghețe la aproximativ -1,8o C, o temperatură mai mică decât în cazul apei dulci. Formarea gheții începe la suprafață cu formarea unor mici cristale de gheață sub formă de ace, numite frazil, care se acumulează și fac ca apa să pară tulbure și tulbure; acest stadiu este denumit gheață grasă (figura 14.1.2 A). În ape mai liniștite, aceste cristale mici pot îngheța împreună într-un strat subțire de suprafață numit nilas, care poate atinge o grosime de până la 10 cm (figura 14.1.2 B).

Acțiunea valurilor poate sparge nilasul în mici covorașe de 1-2 m diametru, care apoi se ciocnesc unele de altele și formează forme rotunjite cu margini ridicate, numite gheață pancake (Figura 14.1.2 C). Dacă temperaturile rămân reci, gheața pancake îngheață laolaltă formând banchize solide, o suprafață dură care acoperă oceanul (figura 14.1.2.2 D). Banchizele de gheață îngheață apoi împreună în câmpuri de gheață.

După ce se formează banchizele de gheață, apa de dedesubt devine izolată și pierderea de căldură către atmosferă scade, astfel încât apa nu se mai răcește și nu se mai formează gheață. Ca urmare, gheața de mare tânără este, de obicei, relativ subțire, cu o grosime de cel mult 3-4 m. Gheața poate deveni mai groasă prin precipitații; la poli nu sunt multe precipitații, dar, datorită temperaturilor scăzute, cele care se produc tind să se acumuleze mai degrabă decât să se topească. În timp, gheața și zăpada acumulate se pot adăuga la grosimea totală a gheții de mare, dar tot nu se va apropia niciodată de grosimea gheții glaciare.

Pe măsură ce se formează cristalele de gheață de mare, cea mai mare parte a sării este exclusă, astfel încât gheața de mare conține mult mai puțină sare decât apa de mare și poate fi topită pentru a fi consumată, dacă este necesar. Dar aproximativ 20% din sare rămâne prinsă în buzunarele de apă dintre cristalele de gheață. Pe măsură ce se formează gheață și sărurile sunt excluse în aceste buzunare, salinitatea apei rămase crește și aceasta poate deveni prea sărată pentru a îngheța. Aceste buzunare de apă sărată necongelată fac ca gheața de mare să fie puțin mai moale și mai moale decât gheața de apă dulce, care este mai dură și mai rigidă. În cele din urmă, cea mai mare parte din această saramură se scurge, iar gheața de mare devine mai solidă, dar atunci când este „gheață tânără” poate fi mai periculoasă pentru mersul pe ea decât gheața de apă dulce de aceeași grosime. De exemplu, 7-8 cm de gheață de apă dulce sunt suficienți pentru a susține greutatea unei singure persoane, dar ar fi nevoie de cel puțin 15 cm de gheață de mare pentru a face același lucru.

Apa sărată foarte rece și densă se scurge din gheață și se scufundă. Saramura este „supraîncălzită”; este răcită sub punctul normal de îngheț al apei de mare, dar rămâne lichidă datorită conținutului ridicat de sare. Când această saramură supraîncălzită intră în contact cu apa din jur, face ca apa din jurul ei să înghețe, creând stalactite de gheață goale, sau „brinicle”, care pot avea câțiva metri lungime. Saramura continuă să curgă prin briniculul gol, iar briniculul crește în jos (a se vedea mai jos un video uimitor de formare a briniclelor în timp real).

Când se formează straturile mari de gheață de mare, acestea există într-una din cele două formațiuni. Gheața rapidă, sau gheața rapidă de uscat, se referă la straturile mari și solide de gheață care sunt atașate de uscat. Pachetul de gheață este format din bucățile mai mici de gheață de mare, care plutesc liber. Acestea se pot fi format independent sau se pot fi desprins din gheața rapidă (figura 14.1.3).

Pachetul de gheață plutitor amortizează valurile și curenții, protejând suprafața mării de mișcare. Astfel, schimbările în distribuția banchizei pot duce la modificări ale modelelor de curenți și chiar la modificarea structurii ecosistemului. Însă banchiza este, de asemenea, supusă curenților care circulă dedesubt, iar stratul de gheață este în continuă mișcare, desprinzându-se sau fiind împins împreună. Atunci când bucăți de gheață converg, ele se îndoaie și se fisurează adesea sau se suprapun una peste alta, ca în cazul limitelor convergente ale plăcilor litosferice (secțiunea 4.6). Aceste coliziuni pot crea creste de presiune înalte și zimțate, care se pot întinde pe mai mulți kilometri și care creează pericole pentru exploratorii polari care navighează pe gheață (figura 14.1.4.

În oceanele polare, stratul de gheață nu este uniform. Există o serie de zone în care există în mod constant apă deschisă, chiar dacă zonele din jurul lor sunt acoperite de gheață. Aceste regiuni de apă deschisă persistentă se numesc polynyas (figura 14.1.5). Polineziile pot fi rezultatul curenților sau al vânturilor care deplasează gheața, sau al unor zone cu apă mai caldă care împiedică formarea gheții. În figura 14.1.5, vânturile foarte puternice care suflă în larg din interiorul Antarcticii au creat o polynya în apropierea marginii stratului de gheață.

.