Het komt tegenwoordig zelden voor dat een voor de wetenschap compleet nieuw fenomeen wordt ontdekt, een fenomeen dat de wereldcatalogus van objecten op vreemde en wonderbaarlijke manieren uitbreidt. Maar net zoals dat de afgelopen jaren is gebeurd met ongecontacteerde stammen, ongeziene grotten en zeedieren, zijn de Antarctische pekels onlangs geïntroduceerd aan avonturiers in de leunstoel, grotendeels dankzij een opmerkelijk filmpje van de BBC.
Het zijn bizarre, buitenaardse structuren, spichtige tentakels die vanaf het drijvende zee-ijs naar beneden reiken in de ijskoude Antarctische wateren.
Typisch past een nieuwe waarneming binnen een eerder vastgestelde theorie, die vervolgens kan worden toegepast en bijgesteld om de ontdekking nauwkeurig te karakteriseren. Maar omdat pegels relatief nieuw zijn in de wetenschappelijke wereld, is er geen theoretisch kader om mee te beginnen. Dus welk model kan het beste worden toegepast op nanodeeltjes? Wat is de meest bruikbare manier om deze ongewone ijzige structuren te analiseren?
Een nieuwe studie onder leiding van Julyan Cartwright, een wetenschapper aan de Universiteit van Granada, probeert een vlaggenmast te planten en brinicles te claimen als een manifestatie van het “chemische tuin” principe.
Chemische tuinen zijn een hoofdbestanddeel van middelbare school scheikundelessen – een snel, visueel indrukwekkend experiment dat op zijn minst een vechtende kans heeft om de aandacht van een tiener vast te houden. Wanneer een metaalzout (gebruik kopersulfaat voor blauwe tuinen, nikkelsulfaat voor groene) in een waterige oplossing van natriumsilicaat wordt gebracht, lossen de metalen aanvankelijk op, maar worden snel geconfigureerd in vaste silicaat minerale omhulsels. Binnenin is de oplossing zout, buiten is ze zuiverder, en het osmotisch onevenwicht zorgt ervoor dat water door kleine spleten in de structuur van het mineraal naar binnen stroomt. De flux vergroot het inwendige volume, waardoor uiteindelijk de schelp doorboord wordt en de zoutrijke oplossing verder het water in kan stromen. Aan het chemische front herhaalt zich de cyclus “omhulselvorming-osmotische herbalancering-kristaluitbarsting”, die leidt tot een oprukkende, dendritische vaste structuur.
Brinicles kunnen op een conceptueel vergelijkbare manier worden begrepen. Wanneer de winter de Zuidelijke Oceaan bereikt, begint zich ijs te vormen. Maar ijs is een vaste matrix van watermoleculen, en de zouten in zeewater zijn niet toegestaan; in plaats daarvan zijn ze geconcentreerd in dunne films die zilte, stroperige poelen vormen. Onverschrokken watermoleculen kunnen zich door de ijsplaat van het onderliggende zeewater in de pekel persen, aangemoedigd door het osmotische differentieel. Wanneer de uitdijende pekelplas door het ijs heen duwt, valt het naar beneden in het zeewater; omdat het door zijn hoge zoutgehalte onderkoeld is (dankzij hetzelfde principe dat ons gebruik van zout op ijzige wegen beheerst), bevriest de pekelvloeistof het zeewater dat ermee in aanraking komt. Een buis van ijs groeit naar beneden, gedreven door het zoutverschil en de vriespuntverschillen die daarop volgen.
Dr. Andrew Thurber is een van de weinige wetenschappers die de groei van de pekel uit de eerste hand heeft gezien. Als postdoctoraal onderzoeker, gesteund door de National Science Foundation’s Office of Polar Programs, onderzoekt hij de invloed van predatie op microbiële gemeenschappen en voedingsstoffencycli in de oceanen rond Antarctica. Terwijl hij onder het zee-ijs duikt om monsters te nemen, beschrijft Thurber een fantastisch tafereel dat wordt onderbroken door naar beneden kruipende pekels. “Ze zien eruit als omgekeerde cactussen die uit glas zijn geblazen,” zegt hij, “als iets uit de verbeelding van Dr. Suess. Ze zijn ongelooflijk kwetsbaar en kunnen bij de minste aanraking breken.”
Maar voor zeedieren in de buurt verbergen de fragiele ijsschedes een dodelijk wapen: de ijskoude pekel kan dieren doden die op het verkeerde moment op de verkeerde plaats zijn. “In gebieden waar vroeger pekel lag of onder zeer actieve pekels, vormen zich kleine poelen pekel die we zwarte poelen des doods noemen,” meldt Thurber. “Ze kunnen vrij helder zijn, maar hebben de skeletten van veel zeedieren die er lukraak in zijn afgedwaald.”
De wetenschappelijke studie van pekelpekels staat nog in de kinderschoenen, maar deze mysterieuze ijzige vingers zijn een opmerkelijke toevoeging aan het repertoire van de natuur.