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Desalination Features in Natural Sea Ice*

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Kenneth O. Bennington*
Affiliation:
Department of Atmospheric Sciences, University of Washington, Seattle, Washington, U.S.A.
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Abstract

Salinity profiles of young sea ice are presented which show salinity differences of the order of 2‰ to 3‰ within a ~3 cm. distance, horizontally as well as vertically. This ice is also shown, by use of a penetrating dye, to be very permeable which encumbers any attempt to explain such pronounced salinity variations. Two generations of brine-drainage features are described; the first is inherited from the liquid and the later-generation channels develop from brine-pocket and Tyndall-figure migration.

It is proposed that at least part of the brine contained in the ice mass migrates downward in the following way: cold dense brine cascades from higher levels, causing the more dilute, warmer brine at lower levels to partially freeze. This would also account for some of the local variations in salinity.

On présente des profils de salinité de jeune glace de mer qui montrent des différences de salinité de l’ordre de 2 à 3‰ sur des distances d’environ 3 cm aussi bien horizontales que verticales. L’utilisation d’un liquide coloré montre que cette glace est très perméable, ce qui s’oppose à toute explication de telles variations prononcées de la salinité. Deux générations de figures de drainage d’eau salée sont décrites, la première, héritée de liquide et la deuxième, formée des capillaires qui se développent de poches d’eau salée et de migration de figures de Tyndall.

Il est proposé que, en fin de compte, une partie de l’eau salée contenue dans la masse de glace émigre vers le bas de la manière suivante: de l’eau salée dense et froide percole à partir d’un niveau supérieur donnant naissance à de l’eau salée plus diluée et plus chaude à des niveaux inférieurs qui linalement gèle partiellement. Cela expliquerait aussi quelques unes des variations locales de salinité.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Profile des Salzgehaltes von jungem Meereis werden vorgelegt, die sowohl in vertikaler wie in horizontaler Richtung Unterschiede des Salzgehaltes von 2‰ bis 3‰ in Bereichen von etwa 3 cm aufweisen. Bei Anwendung eindringender Farbstoffe zeigt sich dieses Eis als besonders permeabel, wodurch jeder Versuch einer Deutung solch ausgesprochener Unterschiede im Salzgehalt erschwert wird. Zwei Generationen von Abflusskanälen für die Salzlösung werden beschrieben, deren frühere aus der flüssigen Phase vererbt ist, während die spätere sich aus der Verlagerung von Salzwasserlinsen und Tyndall’schen Figuren entwickelt.

Es wird angenommen, dass ein Teil der im Eis enthaltenen Salzlösung auf folgende Weise abwärts wandert: Kalte, konzentrierte Lösung sickert aus höherer Lage und bringt die weniger konzentrierte, wärmere Lösung in tieferen Schichten teilweise zum Gefrieren. Darauf wären auch einige der lokalen Unterschiede im Salzgehalt zurückzuführen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1967
Figure 0

Fig. 1. Composition of sea-ice cores. Cores were collected on the dales indicated. 25 cm. apart, split, cut into 5 cm. sections and analyzed chemically by Mr. R. W. Riley, Department of Oceanography, University of Washington. Solid lines represent composition for halves of one core and dashed lines are for halves of the other core

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Fig. 2. Composition of young sea-ice cores in the early melt season. Cores were collected on the dates indicated. Two cores were collected 25 cm. apart, cut into 5 cm. sections and used for specific gravity determinations

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Fig. 3. Permeable young sea ice. The top 6 cm. show dense dye stain. Whitish streaks are sealed drainage channels

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Fig. 4. Young sea-ice core. Dye-stained sections and drainage channel indicate permeability. The lower two sections are impervious. The core is 93 cm. in total length

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Fig. 5. Vertical thin section of young sea ice. The top of the section is at the ice surface. A corrosion pocket is visible at the to left and a drainage channel is at the lower right. Section 10 cm.×10 cm.

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Fig. 6. Young sea-ice section. Tyndall-figure migration within platelets and the brine pocket between platelets is apparent. Platelets are ~0.5 mm. thick

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Fig. 7. Young sea ice. Migrating Tyndall figures seen edge-on. Platelet width ~0.1 mm.

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Fig. 8. Young sea ice. Interior faces in Tyndall figures are visible. Drainage-channel development from a brine pocket and Tyndall-figure migration

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Fig. 9. Young sea ice. a. Upper; b. Center; c. Lower. Impervious zones show increased development of second-generation drainage channels. Platelets ~0.5–0.7 mm. in width