Brinicle

De vorming van ijs uit zout water veroorzaakt duidelijke veranderingen in de samenstelling van het nabijgelegen onbevroren water. Wanneer water bevriest, worden de meeste onzuiverheden uit de waterkristallen geweerd; zelfs ijs uit zeewater is relatief vers vergeleken met het zeewater waaruit het is gevormd. Als gevolg van het eruit persen van de onzuiverheden (zoals zout en andere ionen) is zee-ijs zeer poreus en sponsachtig, heel anders dan het vaste ijs dat ontstaat wanneer zoet water bevriest.

Terwijl het zeewater bevriest en het zout uit het zuivere ijskristalrooster wordt geperst, wordt het omringende water zouter doordat er geconcentreerde pekel uit lekt. Hierdoor daalt de vriestemperatuur en neemt de dichtheid toe. Door de verlaging van de vriestemperatuur kan dit omringende, pekelrijke water vloeibaar blijven en niet onmiddellijk bevriezen. De toegenomen dichtheid zorgt ervoor dat deze laag zinkt. Kleine tunnels, pekelkanalen genaamd, ontstaan overal in het ijs wanneer dit superzout, onderkoeld water wegzinkt van het bevroren zuivere water. De weg is nu vrij voor het ontstaan van een pekel.

Als dit onderkoelde zoute water het onbevroren zeewater onder het ijs bereikt, zal het de vorming van extra ijs veroorzaken. Water beweegt van hoge naar lage concentraties. Omdat de pekel een lagere concentratie water heeft, trekt het daarom het omringende water aan. Door de koude temperatuur van de pekel bevriest het nieuw aangetrokken water. Als de pekelkanalen relatief gelijkmatig verdeeld zijn, groeit het ijspakket gelijkmatig naar beneden. Als de pekelkanalen echter geconcentreerd zijn in één klein gebied, begint de neerwaartse stroom van het koude pekelwater (dat nu zo zoutrijk is dat het niet meer kan bevriezen bij zijn normale vriespunt) als een stroom in wisselwerking te staan met het onbevroren zeewater. Net zoals hete lucht van een vuur opstijgt als een pluim, zinkt dit koude, dichte water als een pluim. De buitenste randen beginnen een laag ijs te vormen, omdat het omringende water, dat door deze straal tot onder het vriespunt is afgekoeld, bevriest. Er is nu een “ijspegel” gevormd, die lijkt op een omgekeerde “schoorsteen” van ijs, die een neerwaartse stroom van dit onderkoelde, superalische water omsluit.

Wanneer de “ijspegel” dik genoeg wordt, wordt hij zelfonderhoudend. Als ijs zich ophoopt rond de neerwaarts stromende koude straal, vormt het een isolerende laag die voorkomt dat het koude, zoute water diffundeert en opwarmt. Als gevolg daarvan groeit de ijsmantel rond de straal met de stroming mee naar beneden. De binnenwand temperatuur van de stalactiet blijft op de door het zoutgehalte bepaalde vrieskromme, dus als de stalactiet groeit en het temperatuur tekort van de pekel overgaat in de groei van het ijs, smelt de binnenwand om de aangrenzende pekel te verdunnen en af te koelen tot het vriespunt. Het is als een binnenstebuiten gekeerde ijspegel; in plaats van koude lucht die vloeibaar water in lagen bevriest, bevriest het naar beneden stromende koude water het omringende water, waardoor het nog dieper kan afdalen. Hierdoor ontstaat er meer ijs en wordt de ijspegel langer.

De grootte van een ijspegel wordt beperkt door de diepte van het water, de groei van het zee-ijs dat de stroom aanwakkert en het omringende water zelf. In 2011 is voor het eerst de vorming van drab gefilmd. Het is bevestigd dat het zoutgehalte van het vloeibare water in de brinicle varieert afhankelijk van de temperatuur van de lucht. Hoe lager de temperatuur, hoe groter de pekelconcentratie. In januari 2014 werd langs de kust van de Witte Zee vastgesteld dat bij een luchttemperatuur van -1 °C het zoutgehalte van de pekel tussen 30 en 35 psu bedroeg, terwijl het zoutgehalte op zee 28 psu bedroeg. Bij een temperatuur van -12 °C steeg het zoutgehalte van de pekel tot tussen 120 en 156 psu.