С наступлением холодов полярные моря покрываются льдом. Однако одних только низких температур для этого было бы недостаточно. Важную роль в формировании ледяного покрова играет повышенное содержание соли на глубине. Оно не позволяет теплой воде подниматься к поверхности.
Зимний холод остужает приповерхностные слои воды. Но это еще не значит, что они автоматически превратятся в лед. Холодная вода тяжелее теплой и стремится опуститься на глубину, замещаясь не такой уж холодной, которая поднимается к поверхности. Эти процессы могли бы препятствовать замерзанию полярных морей, если бы не разница в содержании соли. К таким выводам пришли океанологи из Гетеборгского университета (Швеция), статья которых опубликована в журнале Science Advances.
Плотность обычной жидкости повышается с понижением ее температуры. Однако благодаря особой геометрии и сильной полярности молекул вода ведет себя не совсем обычным образом. Ее плотность сложным образом зависит от температуры и содержания растворенных веществ. Чистая дистиллированная вода достигает максимума плотности примерно при 4 °C. При дальнейшем понижении температуры она снова расширяется, а замерзая в лед при 0 °C, оказывается еще менее плотной, оставаясь плавать на поверхности жидкости. Так покрываются льдом пресные водоемы.
Но в морях все происходит иначе. Растворенные в воде соли понижают температуру замерзания воды и одновременно повышают ее плотность. При том количестве, которое содержится в морской воде, она превращается в лед примерно при минус 2 °С. Плотность ее при такой температуре выше, чем у более теплой. Благодаря этому она стремится уйти вниз, а к поверхности поднимается не такая холодная вода с глубины. Это ведет к перемешиванию, которое должно препятствовать образованию ледяной корки.
Однако тающие льды, впадающие реки и осадки — все это приносит большие количества пресной воды, снижая соленость приповерхностных слоев морей. Авторы новой работы показали, что благодаря этому плотность такой воды оказывается меньше, чем в более глубоких и соленых частях, пускай и более теплых. В результате она образует своего рода «крышку», которая мешает перемешиванию верхних и нижних слоев, препятствуя поступлению воды снизу к поверхности.
«Разница в солености между водой на поверхности и на глубине служит важным фактором образования льда при низких температурах в районе полюсов. Без разницы в солености вода не была бы стратифицирована и непрерывно перемешивалась, не давая льду сформироваться», — объяснил профессор Фабьен Роке (Fabien Roquet), один из авторов работы.