圖片來源：YouTube、網路
撰文 | 阿嫻
審校｜河邊的卡西莫多
1974年冬季，一艘潛水艇在極地地區的海底，首次發現了一個奇怪的現象。
一根冰柱不知是從哪裡起的頭，從上向下彷彿有生命一般在生長，直到觸碰到海底。令人驚奇的事情還沒完，與冰柱相接觸的海底也瞬間結冰，結冰範圍還在繼續向周圍擴大，將那些沒來得及逃脫的海洋生物凍結，像“死神的鐮刀”一樣收割生命。
影片來源YouTube
但當時由於沒有足夠專業的裝置記錄全程，因此只有文字描述。直到2011年英國廣播公司（BBC）的一檔節目《冰凍星球》（Frozen Planet）首次清楚地用攝影機拍攝到它的動態畫面，人們才對它有了一定程度的瞭解。
影片中，攝影團隊利用時間加速攝影技術，在南極洲羅斯群島附近的小雷澤貝克島（Little Razorback Island）拍攝了冰柱形成的全過程。這樣的奇景被命名為海水冰柱（Brinicle），通常發生在南極和北極的海域，看起來就好像是一隻被冰霜覆蓋的手指，於是得名綽號“死亡冰手指”。
海冰（右側）形成鹽水通道，食用色素可以滲透其中。 淡水冰（左側）完全是固體，沒有通道，食用色素聚集在冰的頂部或流到冰的側面。 ｜Kyle Kinzler
當南、北極的溫度降低到一定程度後（一般為零下幾十攝氏度），海洋表面的海水結冰。不過，海水結冰和普通的淡水結冰有很大區別，如果你曾經觀察過河面結冰時的樣子，你一定能看到淡水結的冰是晶瑩剔透的，且內部沒有多少氣泡。
而海水凍結成的冰塊一點也不透明，內部有很多小孔，像海綿一樣。這是因為海水結冰的時候，鹽分和其它雜質會被迫從冰晶中析出【下圖示識1】，在冰塊內部留下許多空腔。
圖源Nix Sunyata（CC BY 4.0）
這些從海冰中析出的鹽濃度非常高，會把周圍未結冰的海水變成過冷濃鹽水【上圖示識2】——當鹽濃度高的時候，結冰所需的溫度越低，條件越苛刻，鹽水就會一直保持液態，不會立即結冰。再加上過冷濃鹽水密度高，比普通海水重，它就會下沉【上圖示識3】。就像火中的熱空氣會以羽流的形式上升一樣，這種寒冷、密度高的水也會以羽流的形式下沉。
水從濃度高的地方會流向濃度低的地方。由於過冷濃鹽水的含水量較低，因此會吸引周圍的水過來。過冷濃鹽水像貪婪的吸血鬼一樣，不斷吸取周圍海水的熱量，使得接觸的海水溫度進一步降低至冰點以下而迅速凝固，在過冷鹽水的外部形成一圈冰壁【上圖示識4】。類似於倒置的冰“煙囪”，包圍著向下流動、不會結冰的過冷濃鹽水。這樣，一個快速向下生長的冰柱——死亡冰指，便在深海中悄然誕生。
2013 年，西班牙和義大利的研究人員推測，地球上的第一批生命形式可能出現在極地海洋，與熱液噴口一樣，冰柱可能透過創造有助於生命形成的條件，在地球生命的起源中發揮了一定作用。｜YouTube
不過，想要形成一個穩定、且持續下沉的死亡冰指並不容易， 不然為何在首次發現的37年後，人們才能拍攝到這一奇景呢？ 首先，海水環境必須要相對平靜才行。死亡冰指並沒有人們想象的那麼結實，它的內部沒有結冰，而是充滿了過冷濃鹽水，它的結構並不穩定。如果海水非常動盪，上層海冰析出的濃鹽很快就會被稀釋，長成的冰指也容易斷裂。
其次，溫度要足夠低。起初，冰柱非常脆弱，管壁很薄，但不停析出鹽分以及較冷的濃鹽水不斷下沉讓周圍結冰，支撐著冰柱的生長，讓冰壁逐漸變厚，冰柱變得更加穩定。科學家也發現，冰柱內過冷濃鹽水的鹽度會隨著氣溫而變化。溫度越低，鹽水濃度越高。氣溫為−1 °C時，鹽水鹽度在30～35 ‰，而海水鹽度為28 ‰；當氣溫為−12 °C時，鹽水鹽度升至120～156 ‰。
圖源Nix Sunyata（CC BY 4.0）
如果在冰蓋之下的海域很平靜，海底也不是很深，那麼冰柱就可以深入海底【上圖標識6】。在海底散開，形成一層冰網，附著在海床上。冰網的生長速度快到足以吞噬海星、海膽和其他行動緩慢的海洋生物，並將它們凍死在原地。影片中這根冰柱從冰蓋開始向下結冰時，只花了五、六個小時就抵達了海下1千米深的海床，隨後並將底棲生物瞬間凍結。
幸運的是，它們只對海膽等較小的海洋生物構成威脅，而不會對海豹、鯨魚等較大的動物，或在寒冷的極地潛水的人類構成威脅。不過，如果冰柱出現在佈雷區，水雷接觸到冰柱會引起小範圍爆炸。
參考資料：
[1]https://www.theguardian.com/news/2023/feb/16/brinicles-icy-fingers-of-death-antarctic-ocean
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Brinicle
[3] https://masters.tw/121851/brinicle
[4]https://science.howstuffworks.com/environmental/earth/oceanography/underwater-brinicles.htm
原創文章版權歸微信公眾號“把科學帶回家”所有
轉載請聯絡：[email protected]
凡本公眾號轉載、引用的文章 、圖片、音訊、影片檔案等資料的版權歸版權所有人所有，因此產生相關後果，由版權所有人、原始釋出者和內容提供者承擔，如有侵權請聯絡刪除。
▲ 點個贊，助力小編吃一頓青苔烤肉吧！
