北京
图片来源：YouTube、网络
撰文 | 阿娴
审校｜河边的卡西莫多
1974年冬季，一艘潜水艇在极地地区的海底，首次发现了一个奇怪的现象。
一根冰柱不知是从哪里起的头，从上向下仿佛有生命一般在生长，直到触碰到海底。令人惊奇的事情还没完，与冰柱相接触的海底也瞬间结冰，结冰范围还在继续向周围扩大，将那些没来得及逃脱的海洋生物冻结，像“死神的镰刀”一样收割生命。
视频来源YouTube
但当时由于没有足够专业的设备记录全程，因此只有文字描述。直到2011年英国广播公司（BBC）的一档节目《冰冻星球》（Frozen Planet）首次清楚地用摄影机拍摄到它的动态画面，人们才对它有了一定程度的了解。
影片中，摄影团队利用时间加速摄影技术，在南极洲罗斯群岛附近的小雷泽贝克岛（Little Razorback Island）拍摄了冰柱形成的全过程。这样的奇景被命名为海水冰柱（Brinicle），通常发生在南极和北极的海域，看起来就好像是一只被冰霜覆盖的手指，于是得名绰号“死亡冰手指”。
海冰（右侧）形成盐水通道，食用色素可以渗透其中。 淡水冰（左侧）完全是固体，没有通道，食用色素聚集在冰的顶部或流到冰的侧面。 ｜Kyle Kinzler
当南、北极的温度降低到一定程度后（一般为零下几十摄氏度），海洋表面的海水结冰。不过，海水结冰和普通的淡水结冰有很大区别，如果你曾经观察过河面结冰时的样子，你一定能看到淡水结的冰是晶莹剔透的，且内部没有多少气泡。
而海水冻结成的冰块一点也不透明，内部有很多小孔，像海绵一样。这是因为海水结冰的时候，盐分和其它杂质会被迫从冰晶中析出【下图标识1】，在冰块内部留下许多空腔。
图源Nix Sunyata（CC BY 4.0）
这些从海冰中析出的盐浓度非常高，会把周围未结冰的海水变成过冷浓盐水【上图标识2】——当盐浓度高的时候，结冰所需的温度越低，条件越苛刻，盐水就会一直保持液态，不会立即结冰。再加上过冷浓盐水密度高，比普通海水重，它就会下沉【上图标识3】。就像火中的热空气会以羽流的形式上升一样，这种寒冷、密度高的水也会以羽流的形式下沉。
水从浓度高的地方会流向浓度低的地方。由于过冷浓盐水的含水量较低，因此会吸引周围的水过来。过冷浓盐水像贪婪的吸血鬼一样，不断吸取周围海水的热量，使得接触的海水温度进一步降低至冰点以下而迅速凝固，在过冷盐水的外部形成一圈冰壁【上图标识4】。类似于倒置的冰“烟囱”，包围着向下流动、不会结冰的过冷浓盐水。这样，一个快速向下生长的冰柱——死亡冰指，便在深海中悄然诞生。
2013 年，西班牙和意大利的研究人员推测，地球上的第一批生命形式可能出现在极地海洋，与热液喷口一样，冰柱可能通过创造有助于生命形成的条件，在地球生命的起源中发挥了一定作用。｜YouTube
不过，想要形成一个稳定、且持续下沉的死亡冰指并不容易， 不然为何在首次发现的37年后，人们才能拍摄到这一奇景呢？ 首先，海水环境必须要相对平静才行。死亡冰指并没有人们想象的那么结实，它的内部没有结冰，而是充满了过冷浓盐水，它的结构并不稳定。如果海水非常动荡，上层海冰析出的浓盐很快就会被稀释，长成的冰指也容易断裂。
其次，温度要足够低。起初，冰柱非常脆弱，管壁很薄，但不停析出盐分以及较冷的浓盐水不断下沉让周围结冰，支撑着冰柱的生长，让冰壁逐渐变厚，冰柱变得更加稳定。科学家也发现，冰柱内过冷浓盐水的盐度会随着气温而变化。温度越低，盐水浓度越高。气温为−1 °C时，盐水盐度在30～35 ‰，而海水盐度为28 ‰；当气温为−12 °C时，盐水盐度升至120～156 ‰。
图源Nix Sunyata（CC BY 4.0）
如果在冰盖之下的海域很平静，海底也不是很深，那么冰柱就可以深入海底【上图标识6】。在海底散开，形成一层冰网，附着在海床上。冰网的生长速度快到足以吞噬海星、海胆和其他行动缓慢的海洋生物，并将它们冻死在原地。影片中这根冰柱从冰盖开始向下结冰时，只花了五、六个小时就抵达了海下1千米深的海床，随后并将底栖生物瞬间冻结。
幸运的是，它们只对海胆等较小的海洋生物构成威胁，而不会对海豹、鲸鱼等较大的动物，或在寒冷的极地潜水的人类构成威胁。不过，如果冰柱出现在布雷区，水雷接触到冰柱会引起小范围爆炸。
参考资料：
[1]https://www.theguardian.com/news/2023/feb/16/brinicles-icy-fingers-of-death-antarctic-ocean
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Brinicle
[3] https://masters.tw/121851/brinicle
[4]https://science.howstuffworks.com/environmental/earth/oceanography/underwater-brinicles.htm
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