Brinicle

La formation de glace à partir d’eau salée produit des changements marqués dans la composition de l’eau non gelée voisine. Lorsque l’eau gèle, la plupart des impuretés sont exclues des cristaux d’eau ; même la glace issue de l’eau de mer est relativement fraîche par rapport à l’eau de mer à partir de laquelle elle est formée. En raison de l’expulsion des impuretés (telles que le sel et d’autres ions), la glace de mer est très poreuse et ressemble à une éponge, ce qui est très différent de la glace solide produite lorsque l’eau douce gèle.

A mesure que l’eau de mer gèle et que le sel est expulsé du réseau cristallin de la glace pure, l’eau environnante devient plus salée car de la saumure concentrée s’échappe. Cela abaisse sa température de congélation et augmente sa densité. L’abaissement de la température de congélation permet à l’eau environnante, riche en saumure, de rester liquide et de ne pas geler immédiatement. L’augmentation de la densité fait couler cette couche. De minuscules tunnels, appelés canaux de saumure, sont créés à travers la glace, à mesure que cette eau sursalée et surfondue s’éloigne de l’eau pure gelée. Le décor est maintenant planté pour la création d’une brinicle.

Comme cette eau salée surfondue atteint l’eau de mer non gelée sous la glace, elle provoquera la création de glace supplémentaire. L’eau se déplace des concentrations élevées vers les concentrations faibles. Comme la saumure possède une plus faible concentration d’eau, elle attire donc l’eau environnante. En raison de la température froide de la saumure, l’eau nouvellement attirée gèle. Si les canaux de saumure sont répartis de manière relativement uniforme, la banquise se développe vers le bas de manière régulière. Cependant, si les canaux de saumure sont concentrés dans une petite zone, le flux descendant de la saumure froide (désormais si riche en sel qu’elle ne peut pas geler à son point de congélation normal) commence à interagir avec l’eau de mer non gelée sous forme de flux. Tout comme l’air chaud d’un feu s’élève sous forme de panache, cette eau froide et dense descend sous forme de panache. Ses bords extérieurs commencent à accumuler une couche de glace à mesure que l’eau environnante, refroidie par ce jet en dessous de son point de congélation, se glace. Une brinicle s’est maintenant formée, ressemblant à une « cheminée » inversée de glace enfermant un flux descendant de cette eau surfondue et supersaline.

Lorsque la brinicle devient suffisamment épaisse, elle devient auto-entretenue. En s’accumulant autour du jet froid descendant, la glace forme une couche isolante qui empêche l’eau froide et salée de se diffuser et de se réchauffer. Par conséquent, l’enveloppe de glace entourant le jet s’étend vers le bas avec le flux. La température de la paroi interne de la stalactite reste sur la courbe de congélation déterminée par la salinité. Ainsi, lorsque la stalactite grandit et que le déficit de température de la saumure entraîne la croissance de la glace, la paroi interne fond pour diluer et refroidir la saumure adjacente et la ramener à son point de congélation. C’est comme un glaçon à l’envers ; au lieu que l’air froid gèle l’eau liquide en couches, l’eau froide descendante gèle l’eau environnante, lui permettant de descendre encore plus profondément. Ce faisant, elle crée davantage de glace et la brinicle s’allonge.

La taille d’une brinicle est limitée par la profondeur de l’eau, la croissance de la glace de mer sus-jacente qui alimente son flux, et l’eau environnante elle-même. En 2011, la formation de brinicules a été filmée pour la première fois. Il a été confirmé que la salinité de l’eau liquide à l’intérieur de la brinicle varie en fonction de la température de l’air. Plus la température est basse, plus la concentration en saumure est importante. Une étude réalisée en janvier 2014 le long de la côte de la mer Blanche a révélé qu’à une température de l’air de -1 °C, la salinité de la saumure se situait entre 30 et 35 psu, alors que la salinité en mer était de 28 psu. Lorsque la température était de -12 °C, la salinité de la saumure augmentait pour atteindre entre 120 et 156 psu.