你有沒有想過，為什么冬天的時候，你家的水管可能會凍住，但是海洋卻不會變成一個巨大的冰球呢？這是因為海水和淡水有一個很大的區別，那就是海水里有鹽。鹽不僅可以讓海水變得咸咸的，還可以讓海水變得難以結冰。
要理解這個現象，我們首先要知道水和冰之間是怎么轉換的。水和冰都是由水分子組成的，但是它們的分子排列方式不同。水分子在液態時，可以自由地移動和旋轉，就像一群活潑的孩子在玩耍一樣。而水分子在固態時，會按照一定的規律排列成六邊形的晶格結構，就像一群乖巧的孩子在排隊一樣。
當溫度降低時，水分子的運動速度會減慢，它們之間的吸引力會增強，使得它們更容易聚集在一起，形成冰核。冰核就是由少量水分子組成的微小的冰晶，它們是冰形成的起點。當溫度繼續降低時，更多的水分子會圍繞著冰核排列成晶格結構，使得冰核逐漸變大，最終形成可見的冰塊。
然而，并不是所有的水分子都能輕易地變成冰核。因為在水和冰之間，還存在著一個能量障礙。這個能量障礙就是由于水和冰之間有一個表面張力，也就是說，在水和冰之間有一個界面能。界面能就是指維持界面存在所需要消耗的能量。當水變成冰時，雖然整體的能量會降低，但是同時也會產生新的界面能，這就相當于需要克服一個能量山坡。
所以，要想讓水變成冰，不僅需要低溫，還需要有足夠大的冰核。只有當冰核達到了一個臨界尺寸時，才能有效地促進水分子圍繞著它排列成晶格結構，并且克服界面能所帶來的阻力。這個臨界尺寸與溫度有關，溫度越低，臨界尺寸越小。
那么海水為什么不容易結冰呢？原因就在于海水中含有大量的鹽分。海水中大約有35%的鹽類，主要以離子形式存在。這些離子在海水中不停地做無規則運動，并且與周圍的水分子發生相互作用。這些離子運動和作用會干擾水分子形成冰核和晶格結構的過程，并且降低了海水中水分子之間的吸引力。因此，在海水中形成足夠大的臨界冰核就更加困難了。
你可以想象一下，在淡水中形成冰核就像在平地上建造一座雪人，在海水中形成冰核就像在沙灘上建造一座雪人。在平地上建造雪人比較容易，只要把雪球滾大就行了。而在沙灘上建造雪人就比較困難了，因為沙粒會干擾雪球粘合，并且使雪球變得松散和不穩定。
所以，在同樣低溫下，咸水比淡水更難結冰。而海水中含有很多鹽分，因此即使在零攝氏度以下時海水也不會結冰。只有當溫度降到-1.8攝氏度左右時，海水才會開始結冰，并且只有表層部分才會形成薄薄的一層。
海水結冰有什么好處？
雖然海水不容易結冰，但是在極地的冬天，還是會有一些海水結成薄薄的冰層。這些冰層雖然看起來很脆弱，但是它們對于海洋生態系統和全球氣候有著重要的作用。
首先，海冰可以保護海洋生物免受寒冷和風暴的侵襲。海冰下面有很多微小的生物，比如浮游生物、藻類和細菌，它們是海洋食物鏈的基礎。這些生物可以利用海冰中的縫隙和氣泡來生存和繁殖。海冰還可以為一些大型的生物提供棲息地，比如北極熊、海豹和企鵝，它們可以在海冰上休息、覓食和繁衍后代。
其次，海冰可以影響海洋的溫度和鹽度。當海水結冰時，會排出大量的鹽分，使得周圍的水變得更咸。而咸度越高，水的密度就越大，所以這些咸水會下沉到深處，形成深層水流。這些深層水流會在全球范圍內運動，形成所謂的“大洋輸送帶”，它可以把熱量和營養物質從一個地方運送到另一個地方，對于維持全球氣候和海洋生態平衡有著重要作用。
最后，海冰可以反射太陽光，降低地球表面的溫度。海冰是白色的，它可以反射掉大部分的太陽光，減少太陽能量的吸收。這樣就可以降低地球表面的溫度，減緩全球變暖的速度。如果沒有海冰，那么大部分的太陽光就會被深色的海水吸收，使得海水溫度升高，進而加速海冰的融化，形成一個惡性循環。
海水結冰會面臨什么挑戰？
雖然海水結冰有很多好處，但是在全球變暖的影響下，海冰的面積和厚度都在不斷減少。這對于海洋生態系統和全球氣候都會帶來很大的影響。
首先，海冰的減少會威脅到海洋生物的生存。海冰是許多海洋生物的重要棲息地，如果海冰消失了，它們就會失去保護和食物來源。比如北極熊，它們主要依靠在海冰上捕捉海豹為生，如果海冰消失了，它們就會饑餓和流離失所。而且，海冰的減少還會影響海洋食物鏈的平衡，導致一些物種數量增加，一些物種數量減少，甚至滅絕。
其次，海冰的減少會加速全球變暖的進程。海冰是地球表面的一個重要反射體，它可以反射掉大部分的太陽光，降低地球表面的溫度。如果海冰消失了，那么大部分的太陽光就會被深色的海水吸收，使得海水溫度升高，進而加速海冰的融化，形成一個惡性循環。而且，海水溫度升高還會導致海水膨脹和冰川融化，使得海平面上升，威脅到沿海地區的人類居住和經濟活動。
最后，海冰的減少會影響大洋輸送帶的運行。大洋輸送帶是由深層水流和表層水流組成的一個全球范圍內的水流系統，它可以把熱量和營養物質從一個地方運送到另一個地方，對于維持全球氣候和海洋生態平衡有著重要作用。如果海冰減少了，那么就會減少深層水流的形成和驅動力，使得大洋輸送帶變慢或停止。這樣就會打亂全球氣候和生態系統的平衡，導致一些地區變得更熱或更冷，一些地區變得更干旱或更濕潤。
綜上所述，我們可以看到，海水為什么不容易結冰，以及海水結冰有什么好處和挑戰。我們應該珍惜和保護這些白色的寶藏，因為它們不僅美麗而且重要。
轉載自頭條號：小鐘講數學學習。（侵刪）
