Det är sällsynt i dessa dagar att upptäcka ett fenomen som är helt nytt för vetenskapen, ett fenomen som utökar världens katalog av objekt på märkliga och förunderliga sätt. Men precis som det under de senaste åren har hänt med okontaktade stammar, osynliga grottor och havsdjur, introducerades nyligen antarktiska brinicles för fåtöljäventyrare, till stor del tack vare ett anmärkningsvärt filmklipp från BBC.
De är bisarra, utomvärldsliga strukturer, spindlande tentakler som sträcker sig ner från den flytande havsisen till de iskalla antarktiska vattnen.
Typiskt sett passar en ny observation in inom ramen för en tidigare etablerad teori, som sedan kan tillämpas och justeras för att korrekt karakterisera upptäckten. Men eftersom briniklar är relativt nya för den vetenskapliga världen finns det ingen teoretisk ram att utgå från. Så vilken modell tillämpas bäst på brinicles? Vilket är det mest användbara sättet att analogisera dessa ovanliga isiga strukturer?
En ny studie som leds av Julyan Cartwright, forskare vid universitetet i Granada, försöker sätta upp en flaggstång och hävda att briniklerna är en manifestation av principen om ”kemiska trädgårdar”.
Kemiska trädgårdar är en viktig del av kemilektionerna på högstadiet – ett snabbt, visuellt imponerande experiment som har åtminstone en chans att behålla tonåringens uppmärksamhet. När ett metallsalt (använd kopparsulfat för blåa trädgårdar, nickelsulfat för gröna) förs in i en vattenlösning av natriumsilikat löser sig metallerna först, men konfigureras snabbt till fasta silikatmineralskal. Inuti är lösningen salt, utanför är den mer ren, och den osmotiska obalansen gör att vatten strömmar inåt genom små luckor i mineralens struktur. Flödet ökar den inre volymen, vilket i slutändan punkterar skalet och gör att den saltrika lösningen kan flöda vidare ut i vattnet. Vid den kemiska fronten upprepas cykeln ”skalbildning-osmotisk återbalans-kristallsprängning”, vilket leder till en framryckande, dendritisk fast struktur.
Briniklar kan förstås på ett konceptuellt liknande sätt. När vintern sänker sig över södra oceanen börjar isen att bildas. Men is är en fast matris av vattenmolekyler, och de salter som finns i havsvattnet tillåts inte, utan koncentreras i tunna filmer som bildar salta, viskösa pooler. Oförsiktiga vattenmolekyler kan klämma sig igenom isskalet från det underliggande havsvattnet in i saltvattnet, uppmuntrade av den osmotiska differensen. När den expanderande saltvattenpoolen tränger igenom isen faller den nedåt i havsvattnet. Efter att ha underkylts på grund av sin höga salthalt (tack vare samma princip som styr vår saltning av isiga vägar) fryser den salthaltiga vätskan snabbt det havsvatten som den kommer i kontakt med. Ett rör av is växer nedåt, drivet av saltskillnaden och de skillnader i fryspunkt som följer.
Dr Andrew Thurber är en av de få forskare som har sett briniceltillväxten med egna ögon. Som postdoktor med stöd från National Science Foundations Office of Polar Programs undersöker han hur predation från djur påverkar mikrobiella samhällen och näringscykler i haven runt Antarktis. När Thurber dyker under havsisen på jakt efter prover beskriver han en fantastisk scen som avbryts av nedåt krypande brinicles. ”De ser ut som uppochnedvända kaktusar som är blåsta av glas”, säger han, ”som något från Dr. Suess fantasi. De är otroligt ömtåliga och kan gå sönder vid minsta beröring.”
Men för närliggande havsvarelser döljer de ömtåliga isskikten ett dödligt vapen: den iskalla saltlösningen kan döda djur som fastnar på fel plats vid fel tidpunkt. ”I områden där det tidigare fanns saltlake eller under mycket aktiva isar bildas små bassänger av saltlake som vi kallar för svarta dödspooler”, rapporterar Thurber. ”De kan vara helt klara, men har skeletten av många havsdjur som slumpmässigt har vandrat in i dem.”
Den vetenskapliga studien av brinicles befinner sig i ett tidigt skede, men dessa mystiska isfingrar är ett anmärkningsvärt tillägg till naturens repertoar.