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海冰是所有出現在海上的冰的統稱。除由海水直接凍結而成的冰外,海冰還包括來源於陸地的河冰、湖冰和冰川冰等。浮冰是指任何漂浮在海上,能夠隨風和流漂流的冰;固定冰則是沿着海岸形成,並與海岸或海底凍結在一起。
狹義上的海冰特指由海水結成的冰。海水結冰的溫度是-1.8 °C(28.8 °F),在結冰過程中大部分鹽分被排出,但也會以結晶等形式成為雜質留在冰中。
海冰對高緯度地區以至極地地區的水文、熱力循環、洋流和生態系統都有重大影響。海冰過多時可能會導致海港封港,堵塞航道,擠壓船舶等問題,因此也是高緯度地區海洋災害的一種[1]。
海冰的種類
海冰依形成的方式,可分為兩種。一種是沿海岸凝結的海冰,另外是依附淺海大陸架上層的海床結成的海冰,稱為固定冰。這樣形成的海冰,由於貼靠陸地,不會隨洋流和季風而漂流。
另一種海冰則是浮冰,或稱流冰。顧名思義,浮冰是漂浮在海面上的冰。由於沒有依附陸地,浮冰會隨着海面上海水的運動或海風的吹動而運動。當大量浮冰堆積在一起時,會形成堆冰。堆冰可能會自由漂浮,也有可能在經過海岸附近時被沿岸的海冰阻截「俘獲」而成為沿岸海冰的一部分。
海冰聚集得最多的地方是地球南北兩極附近的極地。它們主要是在北極附近的北冰洋以及南極洲附近的南冰洋上。隨着季節變化,海冰的數量和大小都會有顯著變化。龐大的海冰在融解和形成時都會對影響地球的水循環,從而影響地球的氣候。
海冰的形成
普通的純淨水的密度在4°C時達到最大,在0°C時結冰。而海水中由於含有鹽分,所以密度最大時的溫度 {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}} {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}}和結冰時的溫度 {\displaystyle {\mathcal {I}}} {\mathcal {I}}都與純水不同,而取決於海水的鹽度。當海水的鹽度(按千分比計)不超過24.69時, {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}>{\mathcal {I}}} {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}>{\mathcal {I}}},也就是說,海水表面的氣溫逐漸下降時,表層海水的溫度首先達到密度最大溫度 {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}} {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}},於是表面海水下沉,形成對流。當氣溫下降到 {\displaystyle {\mathcal {I}}} {\mathcal {I}}附近時,表面的海水已經不會往下沉了,因為下面的海水密度更大,於是表層海水直接結冰。而如果鹽度(按千分比計)超過了24.69,那麼 {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}<{\mathcal {I}}} {\displaystyle {\mathcal {I}}_{max}<{\mathcal {I}}},海面氣溫下降時首先接近結冰點,這時表層海水由於降溫的時候密度變大,所以下沉,而較為溫暖的海水上升,形成對流,一直到海水結冰為止。這樣的海水結冰過程較為緩慢。
海冰可以在海水中的任一個深度開始形成。在海水表面以下生成的海冰稱為水下冰或潛冰,而在海底生成的海冰則稱為錨冰。海冰生成以後,由於密度比海水小,會逐漸上升,和海面生成的海冰結合,使海面的海冰逐漸變厚。海冰生成時會將飽和的鹽分析出,但也有可能來不及析出而留在冰晶內部,形成所謂的「鹽泡」[2]。同時,海水中有不少小氣泡,當結成海冰時,氣泡也可能留在海冰的冰晶之間,形成「氣泡」。因此海冰其實是冰晶、鹽泡和氣泡的混合體。