Ледяные сталактиты холоднее океанского льда

Группа ученых из Испании смогла разгадать загадку появления природного феномена — ледяных сталактитов. Они возникают каждую зиму на нижней поверхности морского льда в замерзающих антарктических водах. По мнению исследователей, ледяные сталактиты могут формироваться не только на Земле, но и в океанах других планет и способствовать зарождению жизни.

Данные образования называют сталактитами только из-за того, что они внешне очень похожи на натечные кальцевые образования, появляющиеся в пещерах. Однако на этом сходство заканчивается — обычные сталактиты образуются при отложении на поверхность пещеры карбоната кальция, растворенного в подземной воде (капля (вода), повисев на поверхности, испаряется, а кальций остается). Да и формируются настоящие сталактиты весьма продолжительное время — десятки и сотни лет.

Что касается ледяных сталактитов, то они возникают за очень короткий промежуток времени — на это уходит несколько дней. Кроме того, они представляют собой не отложения карбоната кальция, а замерзшую морскую воду. Образуются же эти неправильные "сосульки" на нижней поверхности морских льдин. Одним словом, между этими образованиями действительно нет ничего общего, кроме внешнего сходства.

Феномен образования ледяных сталактитов известен достаточно давно, однако долгое время ученые не понимали, каким образом они возникают и растут. Изучать эти "сосульки" намного сложнее, чем настоящие пещерные сталактиты, поскольку для этого нужно переодически "заглядывать" под толщу морского льда.

Однако недавно химик Джулиан Картрайт из Гранадского университета (Испания) и его коллеги, похоже, поняли, каким образом рождаются ледяные сталактиты. Ученые предположили, что эти образования с химической точки зрения есть ни что иное, как химические сады.

Химическими садами называют трубчатые структуры, которые формируются, когда кристаллы солей металлов погружают в определенные растворы (чаще всего в силикатные). В результате одновременного прохождения двух процессов — растворения соли и образования силиката данного металла — образуются красивые разноцветные структуры, напоминающие деревья, цветы или кораллы. Интересно здесь еще и то, что при формировании такой структуры раствор как бы вытесняет из себя часть содержащегося в соли металла вместо того, что бы растворить его — это явление получило название "обратный осмос".

Читайте также: Арктический лед так и не смог восстановиться

Ученым известно, что образование таких химических садов происходит не только в лабораторной колбе, но и в естественной среде — например, в вулканических выбросах или в породах около гидротермальных источников. Причина такой локализации понятна — для того, что бы запустить обратный осмос, нужно повысить температуру раствора. Исходя из этого, профессор Картрайт и его коллеги предположили — а что, если понижение температуры тоже может запустить этот процесс? Исследователи решили построить модель образования ледяного сталактита, взяв за отправную точку резкий температурный скачок при замерзании морской воды.

В результате получилась следующая картина — оказывается, при замерзании морская вода вытесняет из себя соль, образуя высококонцентрированный водный солевой раствор (это и есть в данном случае пример обратного осмоса). Этот раствор, однако, даже при таком температурном скачке еще какое-то время пребывает в жидком состоянии, поскольку его точка замерзания намного ниже, чем у воды.

И если в это время лед трескается, то этот концентрированный солевой раствор попадает в море. Однако он намного тяжелее окружающей его воды и поэтому начинает тонуть. Но при этом растов остается весьма холодным, из-за чего при его погружении происходит замерзание окружающей воды, то есть образование той самой неправильной "сосульки". Именно так и возникают ледяные сталактиты. И рост их продолжается до тех пор, пока солевой концентрат окончательно не смешается с окружающей водой (при погружении он хоть и медленно, но все же растворяется).

Итак, тайна образования ледяных сталактитов оказалась раскрыта. Интересно, что прежде всего работа группы доктора Картрайта заинтересовала инженеров, разрабатывающих установки для опреснения морской воды. Ведь они работают по тому же принципу обратного осмоса. Поэтому-то внимание разработчиков и привлекли ледяные сталактиты — понимание того, как таким же образом водный раствор соли образует чистый лед, позволит усовершенствовать работу опреснительных установок и фильтров.

Читайте также:‪ Европа: Как же там кисло жить!

Сам же доктор Картрайт и его коллеги отмечают другую ценность своего исследования. С точки зрения ученых, оно может подсказать, каким образом возможно зарождение жизни на ледяных космических объектах вроде Европы (спутник Юпитера) и Титана (спутник Сатурна). Ведь там тоже есть океаны, покрытые льдом, и, следовательно, могут образовываться ледяные сталактиты. При росте эти структуры создают химические градиенты, электрические потенциалы и мембраны, то есть все условия, необходимые для возникновения жизни. Поэтому не исключено, что именно в местах образования ледяных сталактитов происходит формирование и простейших инопланетных организмов…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"