ブリニクル

ブライニクル（塩水つらら、氷の鍾乳石としても知られる）は、発達中の海氷の下に形成される、下降する塩水の柱を囲む、下向きに成長する中空の氷の管です。

極地の海で海水が凍ると、海氷から塩分濃縮物が放出され、周囲の水よりも凝固点が低い、濃くて非常に冷たい塩水の下降流が発生します。このプルームが近隣の海水と接触すると、その非常に低い温度により、流れの周囲に瞬時に氷が形成されます。これにより、ブリニクルと呼ばれる 中空の鍾乳石、またはつららが形成されます。

塩水から氷が形成されると、近くの凍っていない水の組成に著しい変化が生じます。水が凍ると、ほとんどの不純物が水の結晶から排除されます。海水からできた氷であっても、それが形成された海水に比べると比較的新鮮です。不純物（塩分やその他のイオンなど）が排除された結果、海氷は非常に多孔質でスポンジ状になり、淡水が凍ったときに生成される固体の氷とはまったく異なります。

海水が凍り、塩分が純粋な氷結晶格子から押し出されると、濃縮された塩水が漏れ出すため周囲の水の塩分濃度が高くなります。これにより、氷の凝固点が下がり、密度が高くなります。凝固点が下がると、周囲の塩水を多く含んだ水は液体のままになり、すぐには凍りません。密度が上がると、この層は沈みます。^{[1]この超塩分で過冷却された水が凍った純水から沈んでいくと、氷全体に}塩水路と呼ばれる小さなトンネルが形成されます。これで、ブリニクル形成の準備が整いました。

この過冷却された塩水が氷の下の凍っていない海水に達すると、新たな氷の生成を引き起こします。水は高濃度から低濃度へと移動します。塩水は水濃度が低いため、周囲の水を引き寄せます。^[2]塩水の温度が低いため、新たに引き寄せられた水は凍結します。塩水路が比較的均等に分布している場合、氷塊は下向きに均等に成長します。しかし、塩水路が1つの小さな領域に集中している場合、下向きの冷たい塩水の流れ（塩分が非常に多いため、通常の凝固点では凍結できません）が、凍っていない海水と流れとして相互作用し始めます。火からの熱い空気が煙となって上昇するように、この冷たく濃い水は煙となって沈みます。この噴流によって凝固点以下に冷やされた周囲の水が凍るため、その外縁に氷の層が蓄積し始めます。今では、この過冷却され、塩分濃度が高すぎる水の下降流を囲む逆さまの氷の「煙突」に似た、ブライニクルが形成されています。

ブライニクルは十分に厚くなると、自立的になります。下向きに流れる冷たいジェットの周りに氷が蓄積すると、冷たい塩水が拡散して温まるのを防ぐ断熱層が形成されます。その結果、ジェットを囲む氷のジャケットは流れとともに下向きに成長します。鍾乳石の内壁温度は塩分濃度によって決まる凍結曲線上にとどまるため、鍾乳石が成長し、塩水の温度不足が氷の成長につながると、内壁が溶けて隣接する塩水が薄まり、凝固点まで冷やされます。^[3]これは裏返しのつららのようなもので、冷たい空気が液体の水を層状に凍らせるのではなく、下向きに流れる冷たい水が周囲の水を凍らせ、より深く下降できるようにします。その結果、より多くの氷が生成され、ブライニクルは長くなります。

ブライニクルの大きさは、水深、その流れの源となる上にある海氷の成長、そして周囲の水自体によって制限される。2011年に、ブライニクルの形成が初めて撮影された。^[4]ブライニクル内の液体の水の塩分濃度は、気温によって変化することが確認されている。気温が低いほど、塩水濃度は高くなる。2014年1月に白海沿岸で記録されたデータでは、気温が-1℃のときに塩水塩分濃度は30～35 psuであったのに対し、海上の塩分濃度は28 psuであった。気温が-12℃のときには、塩水の塩分濃度は120～156 psuに増加した。^[5]

ブリニクルは、形成された時点では、海氷層の下側から伸びる氷のパイプのように見えます。パイプの内部は、上部の海氷の成長によって生成された非常に冷たく塩分の多い水で、塩水路を通じて蓄積されます。ブリニクルは最初は非常にもろく、壁は薄いですが、より冷たい塩水が絶えず流れ込むことでブリニクルの成長が維持され、より冷たくない周囲の水との接触によって起こる融解が妨げられます。氷が蓄積して壁が厚くなると、ブリニクルはより安定します。

適切な条件下では、ブライニクルは海底まで達することがある。そのためには、頭上の流氷からの極低温の塩水が流れ続け、周囲の水が塩水よりも大幅に塩分濃度が低く、水深があまり深くなく、頭上の海氷が静止しており、その地域の海流が最小限または静止していることが条件となる。周囲の水の塩分濃度が高すぎると、凝固点が低すぎて、塩水柱の周囲に十分な量の氷を形成できない。水深が深すぎると、ブライニクルは海底に到達する前に自重で崩れてしまう可能性が高い。流氷が移動したり、海流が強すぎると、ひずみによってブライニクルが壊れてしまう。

適切な条件（海底地形が良好など）のもとで、塩水プールが形成される可能性があります。ただし、冷水湧出によって形成される塩水プールとは異なり、ブライニクル塩水プールは、塩水供給が最終的に停止するため、非常に一時的なものとなる可能性があります。

海底に到達すると、周囲の水が凍るにつれて氷が蓄積され続けます。塩水は海底に沿って下り坂の方向に流れ、可能な限り低い地点に達するとそこに溜まります。ヒトデやウニなどの海底に生息するあらゆる海洋生物は、この広がる氷の網に閉じ込められ、最終的には凍死する可能性があります。

ブライニクルは1960年代から知られていました。その形成に関する一般的に受け入れられているモデルは、1974年に米国の海洋学者シーリー・マーティンによって提唱されました。 ^[3]ブライニクルの形成は、2011年にプロデューサーのキャサリン・ジェフスとカメラマンのヒュー・ミラーとダグ・アンダーソンによってBBCシリーズ「フローズン・プラネット」で初めて撮影されました。^{[4]ブライニクル形成の最初の数値モデルは、2023年に}コロンビア国立大学の研究者がローレンス・リバモア国立研究所と共同で開発しました。^[6]

• 触れたものすべてを凍らせる「死の指」、地球の偉大な季節、BBC Earth

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