Brinicle

Bildningen av is från saltvatten ger märkbara förändringar i sammansättningen av det närliggande ofrusna vattnet. När vatten fryser utesluts de flesta föroreningar från vattenkristallerna; även is från havsvatten är relativt fräsch jämfört med det havsvatten från vilket den bildas. Som ett resultat av att föroreningarna tvingas ut (t.ex. salt och andra joner) är havsisen mycket porös och svampliknande, helt annorlunda än den fasta is som bildas när sötvatten fryser.

När havsvattnet fryser och saltet tvingas ut ur det rena iskristallgitteret blir det omgivande vattnet mer salt när koncentrerad saltlösning läcker ut. Detta sänker dess frystemperatur och ökar dess densitet. Genom att sänka frystemperaturen kan detta omgivande, saltvattenrika vatten förbli flytande och inte frysa omedelbart. Den ökade densiteten får detta lager att sjunka. Små tunnlar, så kallade saltvattenkanaler, skapas genom hela isen när detta superalina, superkylda vatten sjunker bort från det frusna rena vattnet. Scenen är nu klar för skapandet av en brinikel.

När detta superkylda saltvatten når det ofrusna havsvattnet under isen kommer det att orsaka skapandet av ytterligare is. Vatten rör sig från höga till låga koncentrationer. Eftersom saltvattnet har en lägre koncentration av vatten drar det därför till sig det omgivande vattnet. På grund av den kalla temperaturen i saltlösningen fryser det nyligen attraherade vattnet. Om saltlösningskanalerna är relativt jämnt fördelade växer istäcket jämnt nedåt. Om saltvattenkanalerna däremot är koncentrerade till ett litet område, börjar det nedåtgående flödet av det kalla saltvattnet (som nu är så saltrikt att det inte kan frysa vid sin normala fryspunkt) att interagera med ofruset havsvatten som ett flöde. Precis som varm luft från en eld stiger upp som en plym, sjunker detta kalla, täta vatten som en plym. I dess ytterkanter börjar ett lager is bildas när det omgivande vattnet, som kyls ner av denna stråle till under sin fryspunkt, fryser till. En brinikel har nu bildats, som liknar en omvänd ”skorsten” av is som omsluter ett nedåtriktat flöde av detta superkylda, översaltiga vatten.

När brinicklet blir tillräckligt tjockt blir det självförsörjande. När isen ansamlas runt den nedåtgående kalla strålen bildar den ett isolerande lager som hindrar det kalla, salta vattnet från att diffundera och värmas upp. Som ett resultat av detta växer ismanteln som omger strålen nedåt i takt med flödet. Stalaktitens innerväggstemperatur ligger kvar på den salthaltsbestämda fryskurvan, så när stalaktiten växer och temperaturunderskottet i saltvattnet går in i istillväxten, smälter innerväggen för att späda ut och kyla det intilliggande saltvattnet tillbaka till dess fryspunkt. Det är som en istapp som vänds ut och in; i stället för att kall luft fryser flytande vatten i lager fryser det nedåtgående kalla vattnet det omgivande vattnet och gör det möjligt för det att sjunka ännu djupare. När det gör det skapar det mer is och brinikeln blir längre.

En brinikel begränsas i storlek av vattnets djup, tillväxten av den överliggande havsisen som driver dess flöde och det omgivande vattnet självt. År 2011 filmades brinikelbildningen för första gången. Det har bekräftats att salthalten i det flytande vattnet i brinikeln varierar beroende på luftens temperatur. Ju lägre temperaturen är, desto större är saltkoncentrationen. Vid en undersökning i januari 2014 längs Vita havets kust konstaterades att vid en lufttemperatur på -1 °C var salthalten i saltlösningen mellan 30 och 35 psu, medan salthalten i havet var 28 psu. När temperaturen var -12 °C ökade salthalten i saltlösningen till mellan 120 och 156 psu.