海冰的盐度奥秘：海水结冰时为何会析出盐分形成淡水冰

海冰在形成过程中会析出大部分盐分，形成相对淡的冰层，这一现象主要源于水的结晶特性与盐分的物理排斥作用。以下是详细解释：

冰晶结构的排他性
水结冰时，分子会形成规则的六方晶格结构（类似蜂窝状）。这种晶格只能容纳水分子（H₂O），而溶解在水中的盐离子（如Na⁺、Cl⁻）因体积和电荷不匹配，无法融入冰晶格架中，因此被排斥在外。

盐分的“浓缩效应”

• 当海水表层温度降至冰点（约-1.9℃）时，纯水分子优先结晶，盐离子则被挤压到未冻结的液态水中。
• 导致剩余海水的盐度升高（如从35‰升至70‰以上），冰点进一步降低（冰点下降效应），形成高浓度盐水（卤水）。

• 初始阶段：新形成的海冰（如油脂冰或薄冰）因卤水未完全排出，仍含一定盐分（盐度约10~20‰）。
• 成熟阶段：
  • 卤水渗出：冰层增厚时，卤水在重力与温度梯度作用下，通过冰内孔隙（如蜂窝状结构）逐渐向下渗出。
  • 淡水冰形成：经历数月后，表层海冰盐度可降至2~5‰，接近淡水（0‰）；底层冰因接触海水，盐度略高（约5~10‰）。
  • 极端情况：南极多年老冰的盐度可低至0.1‰，几乎为淡水。

温度与时间

• 低温加速卤水渗出（卤水冰点低，低温时流动性增强）。
• 长时间静置使盐分充分排出。

冰结构类型

• 柱状冰（缓慢冻结）：卤水通道更畅通，盐分易排出。
• 粒状冰（快速冻结）：卤水囊被封闭，盐分滞留较多。

卤水囊与生态

• 残留的卤水囊形成高盐微环境，成为嗜冷微生物（如藻类、细菌）的生存空间。

• 冰山源自陆地冰川（由积雪压实形成），本身就是淡水冰，入海后漂浮，与海冰形成机制完全不同。

海水结冰时因结晶选择性排斥盐离子，并通过卤水渗出逐步淡化，最终形成可用作淡水资源的海冰（需脱盐处理）。这一过程体现了固液相变中的溶质分异规律，也是地球水循环中盐分平衡的重要环节。