作为逆向化学花园案例的冰管（Brinicles）
适应与自组织系统
2014-11-20 v1 软凝聚态物质
地球物理
摘要
冰管（Brinicles）是长度从厘米到米不等的空心冰管，形成于极地海洋漂浮海冰之下，此时高密度的冷盐水从海冰向下排入接近冰点的海水中。当这种极冷的盐水离开冰层时，它会冻结所接触的海水；围绕下降盐水羽流向下生长形成一个空心冰管——即冰管。我们表明，冰管可以被理解为一种自组装管状沉淀结构，称为化学花园；化学花园是一种类植物结构，由可溶性金属盐（通常以晶种形式）与多种阴离子（通常是硅酸盐）的水溶液接触形成。一方面，在经典化学花园案例中，半透性沉淀膜两侧的渗透压差通过排斥溶质来过滤溶液，导致水流入并致使膜破裂。内部溶液通常比外部溶液轻，通过破裂处向上流动，随着流动，围绕内部溶液射流通过沉淀作用向上生长出管状结构。此类化学花园管可生长至数厘米长。另一方面，在冰管案例中，漂浮海冰内的多孔冰处于糊状层中，通过冻结过滤掉水分并允许浓缩盐水通过。同样存在渗透压差，导致海水在虹吸泵机制中持续进入，只要冰继续冻结，该机制便得以维持。由于被泵出的盐水密度大于海水且向下沉降而非上升，因此冰管是一种向下生长的冰管，即一种逆向化学花园。
引用
@article{arxiv.1304.1774,
title = {Brinicles as a case of inverse chemical gardens},
author = {Julyan H. E. Cartwright and Bruno Escribano and Diego L. González and C. Ignacio Sainz-Díaz and Idan Tuval},
journal= {arXiv preprint arXiv:1304.1774},
year = {2014}
}