С наступлением холодов полярные моря начинают покрываться льдом. Однако для этого процесса низких температур недостаточно. Значительную роль в образовании ледяного покрова играет высокое содержание соли на глубине, которое препятствует подъему теплой воды к поверхности.
Зимний холод снижает температуру верхних слоев воды. Однако это не гарантирует их автоматическое превращение в лед. Холодная вода более плотная, чем теплая, и, следовательно, опускается на большую глубину, уступая место более теплой, которая поднимается к поверхности. Если бы не разница в солености, эти процессы могли бы не допустить замерзания полярных морей. К такому заключению пришли ученые из Гетеборгского университета (Швеция), статья которых опубликована в журнале Science Advances.
Обычно плотность жидкости увеличивается при снижении температуры. Однако вода, благодаря своей уникальной структуре и выраженной полярностью молекул, демонстрирует нетипичное поведение. Ее плотность представляет собой сложную функцию от температуры и концентрации растворенных веществ. Чистая, дистиллированная вода характеризуется максимальной плотностью около 4 °C. При дальнейшем охлаждении она вновь увеличивает свой объем, а при замерзании в лед при 0 °C становится еще менее плотной, что и обуславливает ее способность плавать на поверхности воды. Именно поэтому пресные водоемы покрываются льдом.
В морях наблюдаются иные процессы. Соли, растворенные в воде, снижают температуру ее замерзания и одновременно увеличивают плотность. При концентрации, характерной для морской воды, она замерзает примерно при температуре минус 2 °С. При этой температуре плотность морской воды оказывается больше, чем у более теплой. В результате она опускается на дно, а на поверхность поднимается более теплая вода из глубинных слоев. Это приводит к перемешиванию, которое не позволяет образоваться ледяной корке.
Тающие льды, речные стоки и осадки приводят к поступлению значительного количества пресной воды, что уменьшает соленость верхних слоев морей. Новое исследование показало, что это приводит к тому, что плотность такой воды становится ниже, чем у более глубоких и соленых, хотя и более теплых слоев. В итоге формируется своего рода «преграда», которая ограничивает смешивание верхних и нижних слоев и препятствует подъему воды из глубины к поверхности.
«Различия в солености, наблюдаемые между поверхностными и глубинными слоями воды, играют ключевую роль в образовании льда в полярных регионах при низких температурах. Если бы не было разницы в солености, вода не была бы расслоена и постоянно перемешивалась, что препятствовало бы формированию льда», — объяснил профессор Фабьен Роке (Fabien Roquet), один из авторов работы.