Tại sao băng biển tinh khiết như nước ngọt trong khi đại dương lại mặn?

Băng biển là nước biển đóng băng nổi trên bề mặt đại dương, khoảng 2/3 lớp băng vĩnh cửu trên Trái đất hình thành ở Nam Cực và Bắc Cực.

Dù có diện tích rộng lớn, nhưng băng biển chỉ chiếm khoảng 1/1.000 tổng thể tích băng trên Trái đất.

Nó có phần đặc biệt khi băng biển dù được tạo nên từ nước biển mặn nhưng gần như tinh khiết giống nước ngọt.

Do đó, việc sản xuất băng biển là một trong những quá trình cơ bản trên Trái đất để điều chỉnh độ mặn của đại dương.

• Khi có nhiều băng biển hơn, trong thời kỳ khí hậu toàn cầu mát mẻ, đại dương sẽ trở nên mặn hơn.
• Khi có ít băng hơn trong mùa hè ấm áp, nước ngọt sẽ được bổ sung vào đại dương, làm giảm độ mặn của nước biển.

Băng biển hình thành như thế nào?

Nước biển đóng băng ở nhiệt độ thấp hơn nước ngọt do sự hiện diện của muối bên trong nó, nước mặn đóng băng ở khoảng âm 2 độ C, con số này đối với nước ngọt là 0 độ C.

Những ao nước ngọt này tách biệt với biển mặn bên dưới và xung quanh chúng cho đến khi băng nứt ra. (Ảnh: Nasa).

Tuy nhiên, do yếu tố nước của băng biển chứa tương đối ít muối, nó có thể được nấu chảy và sử dụng trực tiếp như nước uống.

Nguyên nhân liên quan đến các liên kết giữa phân tử nước và muối.

Sự tồn tại của muối trong băng làm xáo trộn quá trình hình thành các tinh thể băng.

Trong hóa học muối thích được kết hợp với nước, nhưng nước thì không.

Do đó, sự hình thành băng tinh khiết buộc phải loại muối ra khỏi băng, việc này yêu cầu cần nhiệt độ lạnh hơn để có thể đẩy muối ra khỏi các tinh thể băng biển.

Một khi bề mặt đại dương đã đạt đến điểm đóng băng của nước mặn, bất kỳ sự nguội đi nào cũng sẽ dẫn đến sự hình thành băng.

Băng phát triển đầu tiên được gọi là băng frazil, bao gồm các hạt tinh thể nhỏ và gai có đường kính lên đến 3 hoặc 4mm.

Khi các tinh thể băng bổ sung phát triển, chúng tạo ra một hỗn hợp "súp" hình thành trên bề mặt đại dương.

Sau khi một dải băng liên tục hình thành, môi trường lạnh không còn kết nối trực tiếp với nước mặn và sự phát triển băng biển tiếp tục bằng cách tích tụ ở đáy của nó.

Trong một chu kỳ băng hàng năm ở Bắc Cực, khoảng 45 cm băng tan chảy ra khỏi bề mặt băng, trong khi một lượng tương đương được bổ sung tại đáy.

Kết quả là một tinh thể băng lắng đọng trong băng biển ở đáy sẽ di chuyển lên cột băng với vận tốc trung bình khoảng 45cm/năm cho đến khi nó chạm tới bề mặt và lại tan chảy.

Băng tan sẽ khiến nước lỏng đọng lại trong vùng trũng bề mặt tạo ra các ao tan chảy ở Bắc Cực.

Băng biển và tuần hoàn đại dương

Độ mặn của nước biển cũng có ảnh hưởng đến dòng hải lưu. Khi băng biển phát triển, phần lớn muối trong đại dương bị đẩy xuống vùng nước bên dưới lớp băng. Nước bên dưới băng biển chứa nhiều muối hơn và đặc hơn nước biển lân cận nên nó chìm xuống và trôi ra khỏi bề mặt. Kết quả là, băng biển giúp hải lưu đại dương toàn cầu lưu thông.

Thông thường, băng biển Bắc Cực đạt mức tối thiểu vào khoảng tháng 9, trước khi kết thúc mùa tan chảy vào mùa hè và sau đó tăng trở lại trong mùa đông.

Băng biển tác động đến khí hậu toàn cầu

Băng biển chủ yếu được tìm thấy ở các vùng cực, nó có tác động đáng kể đến khí hậu toàn cầu.

Bề mặt sáng bóng của chúng phản chiếu rất nhiều ánh sáng mặt trời trở lại không gian và vào bầu khí quyển.

Vì năng lượng mặt trời này "quay trở lại" thay vì bị nước hấp thụ nên nhiệt độ gần các cực vẫn mát hơn nhiều so với đường xích đạo.

Khi băng biển tan chảy, do nhiệt độ tăng, ít bề mặt trắng hơn để phản chiếu ánh sáng mặt trời, bề mặt hấp thụ nhiều năng lượng mặt trời hơn và do đó nhiệt độ nước tăng lên.

Điều này khởi đầu một chu kỳ làm nóng và tan chảy, nhiệt độ nước tăng khiến băng tích tụ vào cuối mùa đông và tan nhanh hơn vào mùa hè năm sau.

Ngay cả khi nhiệt độ tăng nhẹ cũng có thể dẫn đến sự nóng lên đáng kể theo thời gian, khiến vùng cực trở nên nhạy cảm với biến đổi khí hậu trên hành tinh.

• Tại sao loài gấu ngủ đông mà cơ thể không hình thành cục máu đông?
• Tại sao thứ tạo ra xương là canxi mà không phải là hợp kim titan hay sợi carbon?
• Tại sao thằn lằn lại phun máu từ mắt?