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Salinity Variations in Sea Ice

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

G. F. N. Cox
Affiliation:
Department of Earth Sciences, Dartmouth College, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
W. F. Weeks
Affiliation:
U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
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Abstract

The salinity distribution in multi-year sea ice is dependent on the ice topography and cannot be adequately represented by a single average profile. The cores collected from areas beneath surface hummocks generally showed a systematic increase in salinity with depth from 0‰ at the surface to about 4‰ at the base. The cores collected from areas beneath surface depressions were much more saline and displayed large salinity fluctuations.

Salinity observations from sea ice of varying thicknesses and ages collected at various Arctic and sub-Arctic locations revealed a strong correlation between the average salinity of the ice and the ice thickness h. For salinity samples collected from cold sea ice at the end of the growth season, this relationship can be represented by two linear equations: ; . It is suggested that the pronounced break in slope at 0.4 m is due to a change in the dominant brine drainage mechanism from brine expulsion to gravity drainage. A linear regression for the data collected during the melt season gives . An annual cyclic variation of the mean salinity exists for multi-year sea ice. The mean salinity reaches a maximum at the end of the growth season and a minimum at the end of the melt season.

La distribution de la salinité dans la glace de mer vieille de plusieurs années dépend de la topographie de la glace et ne peut être convenablement représentée par un profil moyen unique. Les échantillons recueillis dans des zones retirées sous les buttes de pression (hummocks) de surface ont généralement montré un accroissement systématique de la salinité avec la profondeur de o‰ en surface, à environ 4‰ à la base. Les échantillons recueillis sous les zones de dépression de la surface étaient beaucoup plus salés et donnaient lieu à de larges fluctuations de la salinité.

Les observations de salinité sur des glaces de mer d’épaisseur et d’âge variables en des emplacements variés, arctiques ou subarctiques, ont révélé une forte corrélation entre la salinité moyenne de la glace et l’épaisseur de la glace h. Pour des échantillons recueillis dans une glace marine froide à la fin de la saison de croissance, cette relation peut être représentée par deux équations linéaires: ; . On suggère que la rupture prononcée de la pente de la droite pour h = 0,4 m est dûe au changement dans le mécanisme prépondérant de drainage de la saumure passant de l’expulsion de la saumure à un drainage par gravité. Une régression linéaire pour les données recueillies durant la saison de fusion donne . Une variation cyclique annuelle de la salinité moyenne existe pour des glaces marines pluriannuelles. La salinité moyenne atteint un maximum à la fin de la saison de croissance et un minimum à la fin de la saison de fusion.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Salzgehaltsverteilung in mehrjährigem Meereis ist von der Eistopographie abhängig und kann nicht durch ein einfaches Durchschnittsprofil hinlänglich beschrieben werden. Die unter oberflächlichen Buckeln gewonnenen Bohrkerne zeigten generell eine systematische Zunahme des Salzgehalts mit der Tiefe von o‰ an der Oberfläche bis ungefähr 4‰ an der Unterseite. Die unter Oberflächendepressionen gewonnenen Bohrkerne waren wesentlich salzhaltiger und zeigten grosse Salzgehaltsschwankungen.

Die Beobachtungen des Salzgehalts im Meereis von verschiedener Dicke und Alter, angestellt an mehreren arktischen und subarktischen Stellen, liessen eine starke Korrelation zwischen dem durchsclinittlichen Salzgehalt des Eises und der Eisdicke h erkennen. Für Salzgehaltsproben, die von kaltem Meereis am Ende der Wachstumszeit gesammelt wurden, kann diese Bezichung durch zwei lineare Gleichungen ausge-drückt werden: ; . Es wird vermutet, dass der ausgeprägte Knick in der Neigung bei 0,4 m dem Wechsel des vorherrschenden Drainagemechanismus von der Austreibung des Salzwassers zu einer Schwerkraftentwässerung zuzuschreiben ist. Eine lineare Regression für die während der Schmelzzeit gesammellen Daten ergibt . Für mehrjähriges Meereis besteht eine jährliche zyklische Schwankung des mittleren Salzgehalts. Der mittlere Salzgehalt erreicht am Ende der Wachstumszeit ein Maximum und mit Schluss der Schmelzperiode ein Minimum.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1974
Figure 0

Fig. 1. Sampling area near main AIDJEX camp. A-A’ and B-B’ are cross-section lines (approximate).

Figure 1

Fig. 2. Typical hummock salinity profile (profile St) and temperature profile.

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Fig. 3. Depression salinity profile S5b and temperature profile.

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Fig. 4. Depression salinity profile S2 and temperature profile.

Figure 4

Fig. 5. Cross-lection A-A’ of Figure 1 illustrating ice topography, thickness and relative position of some of the salinity cores. S1, S2, S3, etc., denote salinity core sites; and H1, H2, H3, etc. denote drill holes for ice thickness determinations.

Figure 5

Fig. 6. Average salinity profiles. Curves A and B are the average hummock and depression salinity profiles, respectively. Curve C is the multi-year ice average salinity profile determined by Schwarzacher (1959). The bars denote the standard deviation of the averaged values.

Figure 6

Fig. 7. Cross-section B-B’ of Figure 1 illustrating the variation of salinity with topography. Iso-salinity lines are drawn at i‰ intervals.

Figure 7

Fig. 8. Average salinity of the ice and the ice thickness plotted as a function of position far profile B-B’ of Figure 1.

Figure 8

Table 1. Data Sources for Average Sea-Ice Salinities (Personal Communications)

Figure 9

Fig. 9. Average salinity of sea ice as a function of ice thickness for cold sea ice sampled during the growth season. The standard error of the estimate is 1.5‰ for thin ice and 0.6‰ for thick ice.

Figure 10

Fig. 10. Average salinity of sea ice as a function of ice thickness for warm sea ice sampled during or at the end of the melt season.

Figure 11

Fig. 11. Plot of average salinity of the upper meter of the ice versus the freeboard height.