2011年的時候,英國廣播公司(BBC)在南極開始拍攝《冰凍地球》專題片,歷時5年於2015年正式對外播出。其中有一段視頻描述了在南極海洋之中發生的一件奇特現象,一條冰柱從海水錶層中產生並不斷地向下一直延伸,所到之處可以瞬間將其中的生物凍住並致其死亡,因此這種現象也被稱為「死亡冰柱」。
造成這種奇特現象的原因,主要是因兩種常見的物理現象所共同配合形成,這兩種物理現象一個是鹽分在水中的溶解度,另一人是水的冰點受到水中含鹽量的影響。
先來看一下鹽分在水中的溶解度。海水之所以又鹹又苦,是因為裡面溶解了大量鹽分,除了氯化鈉以外,還含有氯化鎂、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鉀等等,這些鹽類物質在水中都有一定的溶解度,達到這個數量就會達到飽和狀態,超過這個數量也就不會再溶解。當溫度升高時,鹽類物質在水中的溶解度上升,反之溫度下降時溶解能力也會下降,多餘的鹽分就會從水中析出。
再來說看一下水的冰點。世界上絕大部分的物質都具有熱脹冷縮現象,而水是一種比較奇特的物質,它的密度在4攝氏度時最高,在0-4攝氏度時其遵循的是熱縮冷脹規律,低於0攝氏度就結冰,高於4攝氏度以後與其它物質一樣遵循的是熱脹冷縮,達到100攝氏度就會形成水蒸氣。而海水中由於溶解了大量的鹽類物質,其冰點要比淡水低得多。在寒冷的天氣下,當海水上層低於海水的冰點開始結冰時,下層海水會受到上層海水中析出鹽類的影響以及海水的混合降低冰點,所以下層一般情況下不會因上層的結冰而結冰。
但是,凡事都有例外。兩極地區在夏冬兩季氣溫差異非常大,而且即使在冬季也可能會發生強烈的溫度變化。當由溫度較高的天氣突然出現降溫幅度比較大的情況時,表層海水開始結冰,鹽分逐漸析出,從而使結冰區域周圍海水的含鹽量顯著提高、溫度降低、密度加大,含鹽量的提高使得周圍區域海水的冰點降低而不結冰,密度加大使得這些海水逐漸下沉。在下沉的過程中,下部海水較高的溫度與這些海水混合,從而拉低了下層海水的溫度,如果達到冰點以後就會接著發生結冰現象,鹽分析出,繼而繼續上面的這樣的一個過程,直至到達海底,從外面觀測來看,似乎是一根冰柱不斷向下生長。
一般情況下,在兩極地區的海洋中,冰柱從海水錶層到達海底需要5-6個小時,也就是說這個過程不是特別快,紀錄片裡的現象是把這個過程快放了而已。但是由於海底的溫度也相對較低,另外冰柱的影響區域有限,絕大部分的海底生物不會提前感受得到這種變化,但是一旦靠近這個冰柱區域,就有很大的機率被海水冰封在裡面,殺傷力還是比較強的。