南极附近的死亡冰柱是怎么回事?为什么能杀死那么多生物?

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2011年,英国广播公司开始拍摄故事片《南极的冻土》,历时5年,2015年正式播出,其中一段视频描述了南极海洋的一个奇怪现象。冰柱从海面产生,并不断向下延伸。无论它走到哪里,它都能瞬间冻结其中的生物并导致它们死亡。因此,这种现象也被称为“死亡冰柱”。

造成这种奇怪现象的原因,主要是由于两种常见的物理现象的结合,一种是盐在水中的溶解度,另一种是水的冰点受水中含盐量的影响。

我们先来看看盐在水中的溶解度。海水又咸又苦,因为它能溶解很多盐。除氯化钠外,还含有氯化镁、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钾等。这些盐在水中有一定的溶解度。当它们达到这个量时,就会达到饱和状态。如果超过这个量,它们就不会再溶解了。当温度升高时,盐在水中的溶解度增加。相反,当温度降低时,溶解度也降低,多余的盐会从水中分离出来。

我们来谈谈水的冰点。世界上大多数物质都有热膨胀和冷收缩现象。水是一种奇怪的物质。密度最高的是4℃. 当它是0-4时℃, 它遵循热收缩和冷膨胀的规律。低于0时℃, 它冻结了。高于4时℃, 它与其他物质遵循同样的规律。当它达到100的时候℃, 它会形成水蒸气。由于大量盐类的溶解,海水的冰点远低于淡水的冰点。寒冷天气,当上层海水冰点低于海水冰点时,上层海水中盐分的沉淀和海水的混合会影响下层海水降低冰点,因此下层海水不会因上层海水结冰而结冰。

但也有例外。夏季和冬季的温差很大,即使在冬季,也可能出现强烈的温度变化。气温较高的天气,当气温急剧下降时,地表水开始结冰,盐分逐渐沉淀,使冻结区周围海水含盐量显著增加,温度降低,密度增大。随着含盐量的增加,冻结区周围海水的冰点降低,但不冻结。随着密度的增加,海水逐渐下沉。在下沉过程中,较低海水的较高温度与这些海水混合,从而降低了较低海水的温度。如果达到冰点,就会出现结冰现象。盐分分析后,它将继续上述过程,直至到达海底。从外部观察,冰柱似乎继续向下生长。

一般来说,在极地海洋中,冰柱从海面到达海底需要5-6个小时。也就是说,这个过程不是很快。纪录片中的现象是这个过程很快。但由于海床温度相对较低,冰柱影响范围有限,大部分底栖生物不会提前感受到这种变化。然而,一旦它们接近这个冰柱区域,它们被海水冻结的可能性很大,杀伤力相对较强。

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