海冰的秘密：它为什么不容易结冰，又为什么对我们很重要？

你有没有想过，为什么冬天的时候，你家的水管可能会冻住，但是海洋却不会变成一个巨大的冰球呢？这是因为海水和淡水有一个很大的区别，那就是海水里有盐。盐不仅可以让海水变得咸咸的，还可以让海水变得难以结冰。

要理解这个现象，我们首先要知道水和冰之间是怎么转换的。水和冰都是由水分子组成的，但是它们的分子排列方式不同。水分子在液态时，可以自由地移动和旋转，就像一群活泼的孩子在玩耍一样。而水分子在固态时，会按照一定的规律排列成六边形的晶格结构，就像一群乖巧的孩子在排队一样。

当温度降低时，水分子的运动速度会减慢，它们之间的吸引力会增强，使得它们更容易聚集在一起，形成冰核。冰核就是由少量水分子组成的微小的冰晶，它们是冰形成的起点。当温度继续降低时，更多的水分子会围绕着冰核排列成晶格结构，使得冰核逐渐变大，最终形成可见的冰块。

然而，并不是所有的水分子都能轻易地变成冰核。因为在水和冰之间，还存在着一个能量障碍。这个能量障碍就是由于水和冰之间有一个表面张力，也就是说，在水和冰之间有一个界面能。界面能就是指维持界面存在所需要消耗的能量。当水变成冰时，虽然整体的能量会降低，但是同时也会产生新的界面能，这就相当于需要克服一个能量山坡。

所以，要想让水变成冰，不仅需要低温，还需要有足够大的冰核。只有当冰核达到了一个临界尺寸时，才能有效地促进水分子围绕着它排列成晶格结构，并且克服界面能所带来的阻力。这个临界尺寸与温度有关，温度越低，临界尺寸越小。

那么海水为什么不容易结冰呢？原因就在于海水中含有大量的盐分。海水中大约有35%的盐类，主要以离子形式存在。这些离子在海水中不停地做无规则运动，并且与周围的水分子发生相互作用。这些离子运动和作用会干扰水分子形成冰核和晶格结构的过程，并且降低了海水中水分子之间的吸引力。因此，在海水中形成足够大的临界冰核就更加困难了。

你可以想象一下，在淡水中形成冰核就像在平地上建造一座雪人，在海水中形成冰核就像在沙滩上建造一座雪人。在平地上建造雪人比较容易，只要把雪球滚大就行了。而在沙滩上建造雪人就比较困难了，因为沙粒会干扰雪球粘合，并且使雪球变得松散和不稳定。

所以，在同样低温下，咸水比淡水更难结冰。而海水中含有很多盐分，因此即使在零摄氏度以下时海水也不会结冰。只有当温度降到-1.8摄氏度左右时，海水才会开始结冰，并且只有表层部分才会形成薄薄的一层。

海水结冰有什么好处？

虽然海水不容易结冰，但是在极地的冬天，还是会有一些海水结成薄薄的冰层。这些冰层虽然看起来很脆弱，但是它们对于海洋生态系统和全球气候有着重要的作用。

首先，海冰可以保护海洋生物免受寒冷和风暴的侵袭。海冰下面有很多微小的生物，比如浮游生物、藻类和细菌，它们是海洋食物链的基础。这些生物可以利用海冰中的缝隙和气泡来生存和繁殖。海冰还可以为一些大型的生物提供栖息地，比如北极熊、海豹和企鹅，它们可以在海冰上休息、觅食和繁衍后代。

其次，海冰可以影响海洋的温度和盐度。当海水结冰时，会排出大量的盐分，使得周围的水变得更咸。而咸度越高，水的密度就越大，所以这些咸水会下沉到深处，形成深层水流。这些深层水流会在全球范围内运动，形成所谓的“大洋输送带”，它可以把热量和营养物质从一个地方运送到另一个地方，对于维持全球气候和海洋生态平衡有着重要作用。

最后，海冰可以反射太阳光，降低地球表面的温度。海冰是白色的，它可以反射掉大部分的太阳光，减少太阳能量的吸收。这样就可以降低地球表面的温度，减缓全球变暖的速度。如果没有海冰，那么大部分的太阳光就会被深色的海水吸收，使得海水温度升高，进而加速海冰的融化，形成一个恶性循环。

海水结冰会面临什么挑战？

虽然海水结冰有很多好处，但是在全球变暖的影响下，海冰的面积和厚度都在不断减少。这对于海洋生态系统和全球气候都会带来很大的影响。

首先，海冰的减少会威胁到海洋生物的生存。海冰是许多海洋生物的重要栖息地，如果海冰消失了，它们就会失去保护和食物来源。比如北极熊，它们主要依靠在海冰上捕捉海豹为生，如果海冰消失了，它们就会饥饿和流离失所。而且，海冰的减少还会影响海洋食物链的平衡，导致一些物种数量增加，一些物种数量减少，甚至灭绝。

其次，海冰的减少会加速全球变暖的进程。海冰是地球表面的一个重要反射体，它可以反射掉大部分的太阳光，降低地球表面的温度。如果海冰消失了，那么大部分的太阳光就会被深色的海水吸收，使得海水温度升高，进而加速海冰的融化，形成一个恶性循环。而且，海水温度升高还会导致海水膨胀和冰川融化，使得海平面上升，威胁到沿海地区的人类居住和经济活动。

最后，海冰的减少会影响大洋输送带的运行。大洋输送带是由深层水流和表层水流组成的一个全球范围内的水流系统，它可以把热量和营养物质从一个地方运送到另一个地方，对于维持全球气候和海洋生态平衡有着重要作用。如果海冰减少了，那么就会减少深层水流的形成和驱动力，使得大洋输送带变慢或停止。这样就会打乱全球气候和生态系统的平衡，导致一些地区变得更热或更冷，一些地区变得更干旱或更湿润。

综上所述，我们可以看到，海水为什么不容易结冰，以及海水结冰有什么好处和挑战。我们应该珍惜和保护这些白色的宝藏，因为它们不仅美丽而且重要。

转载自头条号：小钟讲数学学习。（侵删）