Brinicle
La formazione di ghiaccio da acqua salata produce marcati cambiamenti nella composizione della vicina acqua non congelata. Quando l’acqua si congela, la maggior parte delle impurità sono escluse dai cristalli d’acqua; anche il ghiaccio di acqua di mare è relativamente fresco rispetto all’acqua di mare da cui si è formato. Come risultato della forzatura delle impurità (come il sale e altri ioni) il ghiaccio marino è molto poroso e spugnoso, molto diverso dal ghiaccio solido prodotto quando l’acqua dolce congela.
Come l’acqua di mare congela e il sale è forzato fuori dal reticolo di cristalli di ghiaccio puro, l’acqua circostante diventa più salina con la fuoriuscita di salamoia concentrata. Questo abbassa la sua temperatura di congelamento e aumenta la sua densità. L’abbassamento della temperatura di congelamento permette a quest’acqua circostante, ricca di salamoia, di rimanere liquida e di non congelare immediatamente. L’aumento della densità fa sì che questo strato affondi. Piccoli tunnel chiamati canali di salamoia si creano attraverso il ghiaccio man mano che quest’acqua supersalina e super raffreddata si allontana dall’acqua pura congelata. Il palcoscenico è ora pronto per la creazione di un brinicle.
Quando quest’acqua salina super raffreddata raggiunge l’acqua marina non congelata sotto il ghiaccio, causerà la creazione di ulteriore ghiaccio. L’acqua si muove da alte a basse concentrazioni. Poiché la salamoia possiede una concentrazione d’acqua inferiore, attira quindi l’acqua circostante. A causa della temperatura fredda della salamoia, l’acqua appena attratta si congela. Se i canali di salamoia sono distribuiti in modo relativamente uniforme, il pack di ghiaccio cresce verso il basso in modo uniforme. Tuttavia, se i canali di salamoia sono concentrati in una piccola area, il flusso verso il basso della salamoia fredda (ora così ricca di sale che non può congelare al suo normale punto di congelamento) inizia a interagire con l’acqua di mare non congelata come un flusso. Proprio come l’aria calda di un fuoco sale come un pennacchio, quest’acqua fredda e densa affonda come un pennacchio. I suoi bordi esterni cominciano ad accumulare uno strato di ghiaccio mentre l’acqua circostante, raffreddata da questo getto al di sotto del suo punto di congelamento, si ghiaccia. Ora si è formato un brinicle, simile a un “camino” rovesciato di ghiaccio che racchiude un flusso verso il basso di quest’acqua super-raffreddata e supersalina.
Quando il brinicle diventa abbastanza spesso, si autosostiene. Quando il ghiaccio si accumula intorno al getto freddo che scende, forma uno strato isolante che impedisce all’acqua fredda e salina di diffondersi e riscaldarsi. Come risultato, il rivestimento di ghiaccio che circonda il getto cresce verso il basso con il flusso. La temperatura della parete interna della stalattite rimane sulla curva di congelamento determinata dalla salinità, così come la stalattite cresce e il deficit di temperatura della salamoia va nella crescita del ghiaccio, la parete interna si scioglie per diluire e raffreddare la salamoia adiacente di nuovo al suo punto di congelamento. È come un ghiacciolo girato al contrario; piuttosto che l’aria fredda che congela l’acqua liquida in strati, l’acqua fredda in discesa congela l’acqua circostante, permettendole di scendere ancora più in profondità. Mentre lo fa, crea più ghiaccio, e il brinicle si allunga.
Un brinicle è limitato nelle dimensioni dalla profondità dell’acqua, dalla crescita del ghiaccio marino sovrastante che alimenta il suo flusso, e dall’acqua circostante stessa. Nel 2011, la formazione dei brinicle è stata filmata per la prima volta. È stato confermato che la salinità dell’acqua liquida all’interno del brinicle varia a seconda della temperatura dell’aria. Più bassa è la temperatura, maggiore è la concentrazione di salamoia. Un’indagine del gennaio 2014 lungo la costa del Mar Bianco ha registrato che ad una temperatura dell’aria di -1 °C la salinità della salamoia era tra 30 e 35 psu mentre la salinità in mare era di 28 psu. Quando la temperatura era di -12 °C, la salinità della salamoia aumentava tra 120 e 156 psu.