Gravitačný drenáž portálu z morského ľadu (; gravitačná drenáž;)
Po zamrznutí morskej vody nemôžu byť do ľadu naviazané žiadne molekuly a ióny vrátane solí kvôli výslednej štruktúre kryštálovej mriežky a dôjde k rozdeleniu na dve fázy. Krištáľová mriežka pevného ľadu sa skladá takmer výlučne z molekúl vody. Soľ obsiahnutá v morskej vode nemôže byť zabudovaná do kryštálovej mriežky ľadu, ale je koncentrovaná v morskom ľade v malých kanáloch a komorách vo forme slanej soľanky.
Plyny ako kyslík a oxid uhličitý, ktoré sa nemôžu zabudovať do kryštálovej mriežky ľadu, sú tiež uzavreté v malých kanáloch. Pretože tento proces nie je absolútny, obsah soli vo vode neklesne na 0, ale na približne 10 promile, keď predpokladá pevnú formu ľadu. [1] Spočiatku nespojené ľadové kryštály sa spájajú a vytvárajú matricu, v ktorých vzájomne prepojených priestoroch je zachytená soľanka bohatá na soľ. Platí nasledujúce: čím je ľad chladnejší, tým viac sa z neho vylučuje soli a koncentrovanejšia je soľná soľ v kanáloch. [2]
Gravitačná drenáž je proces odsoľovania, pri ktorom soľanka odteká z ľadu do podzemnej morskej vody pôsobením gravitácie. Ako ľad rastie a jeho hrúbka rastie, povrch ľadu sa postupne zvyšuje nad hladinu morskej vody, aby sa udržala izostatická rovnováha. Zdvíhanie vytvára hydrostatický tlak v pripojenom systéme pórov, ktorý vyháňa soľanku. Okrem toho zimný negatívny teplotný gradient spôsobuje nestabilné vrstvenie hustoty. Studená, a teda hustejšia soľanka na povrchu ľadu, je vrstvená cez teplejšiu a teda ľahšiu soľanku v dolnej časti ľadu. To vedie k prúdeniu konvekcie v soľankových kanáloch, ktoré vedie hustejšiu soľanku z ľadu. Tento proces vedie k odsoľovaniu ľadu a tvorbe drenážneho systému.
Obrázok: Schematické znázornenie morských ľadových stôp, ich terminológia a procesy súvisiace s podnebím (grafické AWI)
V zásade môžu mať soľankové kanály priemer od mikrometrov (μm) do milimetrov (mm). Tvoria akýsi rozvetvený drenážny systém a morský ľad vytvárajú veľmi pórovitým.
Spolu so sezónnym obsahom solí a teplotnými výkyvmi sa mení relatívny podiel soľanky na celkovom objeme ľadu. Objem pórov môže byť pre veľmi teplý trvalý ľad viac ako 35 percent celkového objemu, ale pre veľmi studený trvalý ľad môže tiež predpokladať typické hodnoty menšie ako päť percent objemu ľadu. Soľné ióny (NaCl), ktoré sa čiastočne uvoľňujú morským ľadom a čiastočne aj počas tvorby morského ľadu, sa hromadia pod morským ľadom.
Predtým ľad, ktorý je tvorený z morskej vody s obsahom solí 34 promile, dosahuje napríklad teplotu -6 stupňov Celzia. To znamená, že koncentrácia soľanky bude okolo 100 promile. Ak teplota časom klesne na -10 stupňov Celzia, koncentrácia soli v slanom náleve sa zvýši na 145 promile. [3] Je tiež možné pozorovať, že počet kanálov klesá so znižovaním teploty. Menšie kanály sa zbiehajú a vytvárajú väčšie zberné kanály, ktoré často prebiehajú vo zvislom smere. Vďaka tomu je morský ľad štrukturálne podobný špongii, najmä keď soľanka steká z ľadu.
V dôsledku odtoku soľanky celkový obsah soli v ľade časom klesá z počiatočných viac ako 10 promile na menej ako 5 promile. Starší ľad, ako napríklad viacročný, má nižší obsah solí (okolo 3 až 3,5 ‰) ako mladší, jednoročný ľad (5 ‰), kvôli úniku soli. Obsah soli nie je v ľade rovnomerne rozložený vertikálne. V prípade viacročného ľadu sa zvyšuje smerom nadol, zatiaľ čo obsah solí v prvom roku ľadu na povrchu je vysoký (8 až 16 ‰), potom klesá a opäť stúpa blízko dolného okraja ľadu. [4]
[1] P. Wadhams, Ice in the Ocean, Gordan and Breach Science Publisher, 2000, s. 49
[2] G. Hempel a I. Hempel, Faszination Meeresforschung, kniha o ekologickom čítaní, Verlag H. M. Hauschild GmbH, Bremen, 2006, s. 42
[3] D. N. Thomas a G. S. Dieckmann, Frozen Ocean, Plávajúci svet obalového ľadu, Prírodovedné múzeum, Londýn, 2004, s. 23
[4] W. B. Tucker a kol., Fyzikálne vlastnosti morského ľadu relevantné pre diaľkový prieskum, Carsey, 1992, s. 9-28