Дві причини, чому крижана вода на дні океану ніколи не замерзає

Льоду немає навіть на дні найглибшої Маріанської западини. Це може здаватися дивним: сонячне світло не проникає на глибину в кілька кілометрів, температура там близька до нуля, а навколишня вода постійно перебуває під величезним тиском. Проте крижана вода на дні океану не перетворюється на суцільний лід. Причина не в тому, що глибоководні райони теплі, а в особливих фізичних властивостях води, морської солі та високого тиску.

На поверхні океану вода замерзає за температури приблизно 0 °C, хоча солоність знижує цю позначку. На великих глибинах ситуація складніша. Тут температура води зазвичай становить від 0 до 4 °C, але точка замерзання змінюється залежно від тиску, складу води та руху океанічних мас. Саме тому вислів «дуже холодна вода» ще не означає, що вона неодмінно стане льодом.

Перша причина: величезний тиск змінює температуру замерзання

На дні Маріанської западини тиск у сотні разів перевищує атмосферний на рівні моря. Він створюється багатокілометровим шаром води, який буквально тисне на все, що розташоване нижче. Для звичайного спостереження цей факт непомітний, але на молекулярному рівні він кардинально впливає на поведінку води.

Коли прісна вода замерзає за звичайних умов, її молекули вибудовуються у кристалічну структуру льоду. Особливість полягає в тому, що лід займає більше об’єму, ніж така сама кількість рідкої води. Тому високий тиск перешкоджає утворенню звичайного льоду: він «вигідніший» для рідкої фази, яка займає менший об’єм.

Через це з підвищенням тиску температура замерзання води знижується. У найглибших океанічних западинах тиск може опустити точку замерзання на кілька градусів нижче, ніж біля поверхні. Отже, вода, яка мала б замерзнути у відкритій атмосфері, під товщею океану залишається рідкою. Це один із найважливіших фактів, що пояснює, чому на дні океану немає звичайного льоду.

Водночас не варто уявляти, що будь-який тиск здатен зробити воду рідкою за будь-якої температури. За надзвичайно високих значень тиску можуть формуватися інші, рідкісні різновиди льоду, які існують лише в особливих умовах. Але для земних океанів характерна саме така комбінація: глибоководний тиск, солона вода й температура, що залишається вищою за локальну точку замерзання.

Друга причина: сіль і постійний рух океанічної води

Морська вода не є чистою. У ній розчинені солі, мінерали, гази та інші речовини. Найбільше значення має саме солоність. Розчинена сіль знижує температуру замерзання: морська вода за поверхневого тиску починає формувати лід приблизно за температури мінус 1,8 °C, а не за нульової позначки.

У глибинах океану цей ефект поєднується з тиском. Вода стає ще менш схильною до переходу в твердий стан, тому для утворення льоду їй потрібно охолонути значно сильніше. Проте глибоководна вода зазвичай не досягає таких низьких температур. Навіть якщо вона здається майже крижаною, кілька десятих або цілих градусів можуть мати вирішальне значення.

Друга частина цієї причини пов’язана з рухом океану. Вода на дні не стоїть нерухомо, наче в закритій посудині. Холодні й солоні маси повільно опускаються в полярних районах, переміщуються вздовж дна, змішуються з іншими потоками та поступово беруть участь у глобальній циркуляції. Такі процеси розподіляють тепло й не дозволяють окремій ділянці безмежно охолоджуватися.

На температуру дна також впливає тепло, що надходить із надр планети. Земна кора не є ідеально холодною: під океанічним дном тривають геологічні процеси, працюють гідротермальні джерела, а крізь породи повільно передається внутрішнє тепло Землі. Воно не робить глибокий океан гарячим, однак підтримує баланс і додатково ускладнює замерзання води.

Чому крижана поверхня не виникає в найглибшій западині

Лід на океані зазвичай утворюється там, де холодне повітря забирає тепло у верхнього шару води. На поверхні цей процес можливий, бо вода контактує з атмосферою, а температура може тривалий час залишатися нижчою за точку замерзання. На дні Маріанської западини немає такого прямого контакту з холодним повітрям. Туди надходять уже сформовані водні маси, а не атмосферний мороз.

Щоб на дні утворився лід, вода мала б охолонути нижче своєї глибинної точки замерзання. Але високий тиск знижує цю точку, сіль додатково перешкоджає кристалізації, а рух океанічних мас і тепло з надр підтримують рідкий стан. У результаті навіть надзвичайно холодна вода залишається водою.

Важливо також розрізняти поверхневий морський лід і лід, який міг би виникнути на великій глибині. Полярна крига утворюється в умовах низького тиску та контакту з морозним повітрям. На океанському дні діють зовсім інші правила. Там вода перебуває в темряві, під колосальним тиском і в умовах постійного повільного руху.

Отже, головні причини відсутності льоду на дні океану — високий тиск, який знижує температуру замерзання, та солоність води, що додатково заважає кристалізації. До них додаються циркуляція океану й тепло з надр Землі. Саме поєднання цих чинників пояснює, чому в найглибшій Маріанській западині панує холодна, але рідка вода, а не величезна підводна брила льоду.