Havet fryser och smälter

Fysiska lagar föreskriver frysning och smältning av havsvatten. Som händelser är frysning och smältning väldigt olika. I motsats till den is som bildas i sjöar och rinnande vattendrag är havsisen salt.

Havet svalnar

På hösten, när luften svalnar, svalnar också havsvattnet. Genom svalningen blir ytvattnet tyngre än vattnet under, sjunker och orsakar vertikal blandning. Denna blandning sträcker sig till temperatursprångskiktet. I höststormar sträcker sig effekten av vinden djupare och djupare. Så småningom försvinner temperatursprångskiktet helt. I grunda havsområden, som till exempel Bottenviken, blandas havet hela vägen till botten. I djupare områden når blandningen bara till saltsprångskiktet. Detta brukar ske under oktober-november. Under november svalnar havets hela ytskikt jämnt ända till saltsprångskikt. Svalningen är starkast i grunda kust- och skärgårdsområden. Slutligen når havsvattnet sin fryspunkt och frysningen börjar.

Havet fryser

När det når sin fryspunkt ändrar vattnet sitt aggregationstillstånd och kristalliserar, eller med andra ord, fryser. När vatten utkristalliserar sig, dess volym ökar, vilket gör att is har mindre täthet än vatten, och isen flyter. Kristallisering börjar alltid runt någon förorening, såsom en luftbubbla eller skräp. I början är iskristallerna fria i vattnet, men eftersom de är lättare än vatten, stiger de upp till ytan och gradvis ackumuleras och fäster vid varandra. Ett helgjutet tunt istäcke, så kallad isskorpa, bildas på vattenytan. Efter isskorpan har bildats, växer kristallerna bara nedåt och istäcket tjocknar.

Tunn is längs kusten men också öppet vatten.
Frysning. Bild: Jouni Vainio.

Isen tjocknar

Istäcket tjocknar bäst när dess yta är bar. När is bildas direkt från vatten är det klar kärnis. Kärnisen är blåsvart, glasklar och kristallerna är oftast stora. När isen fått ett tjockt snölager sjunker den under vattenytan på grund av snötäckets tyngd. I denna situation stiger det upp vatten på isen, och det understa snölagret blandas med vattnet till snösörja. När kölden ökar fryser snösörjan till det man kallar stöpis eller pålagrad is. Stöpisen är ljus och ogenomskinlig, och kristallerna, små och kornlika. Dessutom innehåller stöpisen oftast rikligt med luftbubblor.

Även i saltvatten bildas iskristaller av rent vatten. Växande havsis tenderar att stöta bort salt. Detta är inte helt möjligt, men salt blir kvar inuti och mellan iskristallerna under isbildningen. Ju hårdare frost och ju snabbare isen bildas, desto mer salt blir det kvar i isen. Som en tumregel kan man säga att havsisen har en salthalt som är ungefär en tredjedel av salthalten i det vatten den bildats av. Inne i havsisen finns saltet i en koncentrerad lösning i cylindriska saltfickor och hålor. De är bara delar av en millimeter i diameter och deras avstånd är 0,5 till 1 mm från varandra. Hålens längd kan vara upp till halvan av isens tjocklek. Nära isytan är salthalten högst. Inom isen vandrar saltlösningen huvudsakligen nedåt så att lösningen fryser i den övre änden och i den nedre änden smälter den isen. Så småningom rinner lösningen ut i vattnet och isens salthalt minskar. Saliniteten är förklaringen till att havsisen är svagare än den is som bildats av sötvatten.

Smältande

På våren, när isens temperatur stiger, binder saltlösningen vatten från hålrummets väggar, och saltfickorna växer. Våris bildas alltså av hjärtan av iskristaller, som inte är fästa vid varandra utan separeras av ständigt ökande saltfickor. Om man på våren placerar en isbit i solen passerar solstrålarna de rena iskristallerna men absorberas av saltet och andra orenheter mellan kristallerna som sålunda smälter isär. På så sätt avslöjar vårisen havsisens kristallstruktur. I slutskedet av smältningen är isen i en upptorkad form. Därför är vårisen inte alls lika hållbar som höstisen, utan rutten. Slutligen vinner våren och havet befrias från is.

22.3.2022