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海冰是所有出现在海上的冰的统称。除由海水直接冻结而成的冰外,海冰还包括来源于陆地的河冰、湖冰和冰川冰等。浮冰是指任何漂浮在海上,能够随风和流漂流的冰;固定冰则是沿着海岸形成,并与海岸或海底冻结在一起。
狭义上的海冰特指由海水结成的冰。海水结冰的温度是-1.8 °C(28.8 °F),在结冰过程中大部分盐分被排出,但也会以结晶等形式成为杂质留在冰中。
海冰对高纬度地区以至极地地区的水文、热力循环、洋流和生态系统都有重大影响。海冰过多时可能会导致海港封港,堵塞航道,挤压船舶等问题,因此也是高纬度地区海洋灾害的一种[1]。
海冰的种类
海冰依形成的方式,可分为两种。一种是沿海岸凝结的海冰,另外是依附浅海大陆架上层的海床结成的海冰,称为固定冰。这样形成的海冰,由于贴靠陆地,不会随洋流和季风而漂流。
另一种海冰则是浮冰,或称流冰。顾名思义,浮冰是漂浮在海面上的冰。由于没有依附陆地,浮冰会随着海面上海水的运动或海风的吹动而运动。当大量浮冰堆积在一起时,会形成堆冰。堆冰可能会自由漂浮,也有可能在经过海岸附近时被沿岸的海冰阻截“俘获”而成为沿岸海冰的一部分。
海冰聚集得最多的地方是地球南北两极附近的极地。它们主要是在北极附近的北冰洋以及南极洲附近的南冰洋上。随着季节变化,海冰的数量和大小都会有显著变化。庞大的海冰在融解和形成时都会对影响地球的水循环,从而影响地球的气候。
海冰的形成
普通的纯净水的密度在4°C时达到最大,在0°C时结冰。而海水中由于含有盐分,所以密度最大时的温度 {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}} {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}}和结冰时的温度 {\displaystyle {\mathcal {I}}} {\mathcal {I}}都与纯水不同,而取决于海水的盐度。当海水的盐度(按千分比计)不超过24.69时, {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}>{\mathcal {I}}} {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}>{\mathcal {I}}},也就是说,海水表面的气温逐渐下降时,表层海水的温度首先达到密度最大温度 {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}} {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}},于是表面海水下沉,形成对流。当气温下降到 {\displaystyle {\mathcal {I}}} {\mathcal {I}}附近时,表面的海水已经不会往下沉了,因为下面的海水密度更大,于是表层海水直接结冰。而如果盐度(按千分比计)超过了24.69,那么 {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}<{\mathcal {I}}} {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}<{\mathcal {I}}},海面气温下降时首先接近结冰点,这时表层海水由于降温的时候密度变大,所以下沉,而较为温暖的海水上升,形成对流,一直到海水结冰为止。这样的海水结冰过程较为缓慢。
海冰可以在海水中的任一个深度开始形成。在海水表面以下生成的海冰称为水下冰或潜冰,而在海底生成的海冰则称为锚冰。海冰生成以后,由于密度比海水小,会逐渐上升,和海面生成的海冰结合,使海面的海冰逐渐变厚。海冰生成时会将饱和的盐分析出,但也有可能来不及析出而留在冰晶内部,形成所谓的“盐泡”[2]。同时,海水中有不少小气泡,当结成海冰时,气泡也可能留在海冰的冰晶之间,形成“气泡”。因此海冰其实是冰晶、盐泡和气泡的混合体。