詭異的海冰“冰柱”如何形成

海冰中富含鹽水的隔間具有可能幫助生命起源的特性

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當富含鹽分的水從海冰中洩漏出來時,它會沉入海中,偶爾會形成一種被稱為冰柱的詭異的冰指。新的研究解釋了這些奇怪的冰指是如何形成的,以及海冰中含鹽的水如何成為生命可能進化出來的理想環境。

這項發表在美國化學學會期刊《朗繆爾》上的研究表明,冰柱的形成方式與熱液噴口相同,只是方向相反。熱液噴口是海底尖刺狀的塔,在那裡,沸騰的、富含化學物質的水從海底湧出。

冰柱的形成過程是這樣的:當北極和南極的海冰結冰時,水中的鹽和其他離子會被排除在水結晶之外,該研究的作者、西班牙北部巴斯克地區巴斯克應用數學中心的 Bruno Escribano 說。這種含鹽量高的鹽水會積聚在海冰的裂縫和隔間內。


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然而,海冰不可避免地會破裂,鹽水洩漏出來。鹽水本身比海水的冰點更冷,因為富含鹽的水在較低的溫度下結冰(因此人們在冬天在結冰的人行道上撒鹽,使冰在零度以下時仍能保持液態),Escribano 告訴 OurAmazingPlanet。

由於鹽水中水的濃度低於海洋中的濃度,並且水透過滲透作用從高濃度流向低濃度,因此水會被鹽水吸引。但是鹽水非常冷,以至於水會結冰,形成一個下降的冰管,Escribano 說。

熱液噴口的形成方式類似:富含離子的熱水從海底噴出,然後開始溶解,形成一個向上延伸的多孔金屬外殼。然後水湧入,從高濃度流向低濃度,使膜破裂,導致更多富含金屬的水噴出,延伸管道並重復該過程。

兩者都是“化學花園”的例子,這是一種化學過程,也是化學套裝中常見的實驗名稱,其原理相同,形成植物狀的電晶體,Escribano 說。

海冰中富含鹽水的隔間具有一些可能有助於生命起源的特性,Escribano 說。“在冰內的這些隔間內,你擁有高濃度的化合物,你還有脂質、脂肪,它們覆蓋了隔間的內部,”他說。“這些可以充當原始膜——生命必需的條件之一。” 它們還包含酸性和鹼性成分的混合物,可以提供形成更復雜分子(甚至可能是 DNA)所需的能量,他說。

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Douglas Main is an independent journalist who covers environmental issues, the natural world and a range of other scientific topics. His writing has appeared in the New York Times, the Atlantic, MIT Technology Review, Hakai Magazine and other publications. Until recently, he was a senior writer and editor at National Geographic. Follow him on X (formerly Twitter) at @douglas_main.

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