Merejää

Merejää on merevee külmumisel moodustuv jää. See moodustub, kasvab ja sulab meredes ja ookeanides.
Merejää erineb füüsikaliste omaduste poolest mageveekogu pinnal moodustuvast jääst. See erineb kõikidest teistest jäävormidest (liustikud jt) oma soolase tekkimiskeskkonna poolest.
Merejää põhivormid on kinnisjää ja ajujää.
Arktika meredes võib merejää (üheaastase) paksus olla kuni 2 m, Eesti merevetes kuni 1 m.
Vee jäätunud oleku tihedus on väiksem vedela oleku tihedusest, sellepärast püsib jää veepinnal. Merejää katab umbkaudu 7% Maa pindalast, 12% kogu maakera ookeanidest. Peamised paiknemisalad on Arktika ja Antarktika. Merevesi hakkab oma soolasuse tõttu jäätuma keskmiselt −1,8 kraadi juures. Merejää ei ole pidev ühtlane mass, vaid pigem keeruka pinna ja omavaheliste ühendustega, mis võivad suuresti varieeruda väga väikesel alal. Merejää on üldiselt kaetud lumega, mis töötab isolaatorina, vähendades suvel sulamist...
Kategoriseerimine.
Merejääd kategoriseeritakse paksuse ja vanuse järgi. Enamik teadlasi eristavad merejääd just selle vanuse põhjal – kas see on üheaastane või mitmeaastane.
Üheaastane.
Üheaastane jää on tavaliselt paksem kui 30 cm, kuid pole veel üle elanud suvesulamist. Uueks merejääks nimetatakse jääd, mille paksus on vähem kui 10 cm. Paksenedes muutub see nooreks jääks, mille paksus on 10–30 cm. Noor jää jaotatakse kahte alamkategooriasse: halljää (10–15 cm) ja hall-valgejää (15–30 cm).
Mitmeaastane.
Mitmeaastasel jääl on kindlad tunnused, mis eristavad teda üheaastasest jääst. Esiteks on jääs rohkem õhuauke, mis on tingitud suvel toimunud sulamisest. Samuti on jää tihkem, mis muudab jäälõhkujate töö palju keerulisemaks. Erinevus on ka jää elektromagnetilistes omadustes, mis võimaldab teadlastel satelliitide abil eristada erineva vanusega jäävorme. Suurem osa mitmeaastasest jääst paikneb Arktika piirkonnas. Mitmeaastane jää on mitu suvel toimunud sulamist vastu pidanud ning tema paksus varieerub 2–4 meetri vahel..
Merejää teke.
Ookeanivee külmudes tekivad väikesed nõelataolised jääkristallid. Need on tavaliselt 3- või 4-millimeetrise läbimõõduga. Kuna soolalahus ei külmu, paiskavad jääkristallid enamiku soolast endast välja ning seetõttu koosneb merejää peaaegu täielikult puhtast veest. Tekivad üksikud jääpangad, mis koonduvad ja sulanduvad kokku, moodustades suured jäämere alad. Olenevalt kliimatingimustest moodustuvad erinevad jääpangad.
Rahulik kliima.
Rahuliku kliimaga vetes moodustavad merejääkristallid õhukesed, siledad jääpangad. Nende pankade kokkusulandumisel tekib uus jäämoodustis – nilas. Alguses on nilas väga õhuke ja tumedat värvi, paksenedes muutub värvus heledamaks. Tuulte ja lainete mõjul liiguvad nilase jääpangad teineteise peale, paksendades jääkihti. Lõpuks pakseneb jää sellisesse staadiumi, kus see on küllalt stabiilses olekus ning ei lagune kergelt laiali, põhi on jäänud üldiselt siledaks. Seda nimetatakse tahkunud jääks. Jääkristallid on nüüd pikad ja vertikaalsed, sest need kasvavad palju aeglasemalt kui esimese staadiumi jääkristallid. Ainult tänu sellele jääkihile on võimalik merejääl edasi oma paksust suurendada.
Karmim kliima.
Karmima kliimaga vetes moodustavad jääkristallid ümmargused lörtsitaolised ringid, mida nimetatakse ketasjääks. Silmatorkav füüsiline omadus on ketaste üleskeeratud ääred, mida põhjustab nende omavaheline kokkupõrkamine. Kui merelained on piisavalt tugevad, liiguvad kettad üksteise peale. Kui jää on küllalt paks, hakkavad pinnale tekkima vallid, mis omakorda suurendavad üldist paksust. Eriti Arktikas, kus vallid võivad tõusta kuni 20 m kõrguseks. Lõpuks ketasjääpangad ühinevad, moodustades tahkunud jäämassi. Erinevalt rahuliku kliimaga moodustunud tahkunud jääst on selle põhi krobeline..
Termodünaamika.
Jää kasvamist ja sulamist mõjutab termodünaamika. Kui temperatuur langeb −1,8 kraadini, hakkab jää tekkima, ning kui temperatuur tõuseb üle selle, siis sulama. Tegelikult mõjutab sulamist ja jäätumist tugevalt ka soojusülekanne vees.
Jääkihi kasv.
Külm tuul langetab vee temperatuuri jäätumispunktini, mille tulemusel hakkab tekkima merejää. Kui ookeani temperatuur on langemas, muutub pealmise veekihi tihedus suuremaks ning see vajub alla ja soojem vesi liigub pealiskihile. Nõnda peab külmumistemperatuur jõudma sügavamale kui ainult pealmise kihini, et oleks võimalik jää teke. Mida paksemaks muutub jääkiht, seda aeglasemalt see kasvab, sest jää ise töötab isolatsioonikihina, seetõttu võtab külmumistemperatuuri jõudmine veel sügavamatesse kihtidesse rohkem aega.
Termodünaamika ja merejää paksenemise suhet võib väljendada terminiga jäätumispäevade hulk ("Freezing Degree Days" ehk FDD). See väärtus näitab, kui madal on temperatuur ja kui kaua on see olnud alla külmumispunkti.
Näide: Soolase merevee jäätumistemperatuur on −1,8 kraadi. Kui päevane keskmine temperatuur oli −5,8 kraadi, siis FDD näit oleks −4 kraadi.
(−1,8) − (−5,8) = 4 kraadi alla külmumispunkti,
4 kraadi alla külmumispunkti ÷ 1 päev = 4 kumulatiivne FDD
Teadlased kasutavad jää paksuse termodünaamilise kasvu arvutamiseks FDD andmete põhjal järgmist valemit:
Paksus (cm) = 1,33 × FDD (°C)0,58.
Jää paksuse suurenemine võrdub umbkaudu FDD väärtuse ruutjuurega. Sellised valemid on arvutatud vaid vaatlusest tulnud informatsiooni alusel, see on väga lihtsustatud viis hinnata jää kasvamise protsessi. Samuti peab arvestama, et antud valem on mõeldud jää kasvamise hindamiseks rahuliku kliimaga alal ning kõrvale on jäetud jääd katva lume mõju.
Jää sulamine.
Merejää sulab suveperioodil, kui päikesekiirguse intensiivsus on kasvanud. Soojuse neeldumine oleneb jää pinnase albeedost. Jää peegeldab umbkaudu poole päikesekiirgusest tagasi, selle tulemusel soojeneb see palju aeglasemalt kui seda ümbritsev vesi. Lumikattega jää peegeldab veel rohkem päikesekiirgust tagasi atmosfääri ning see sulab veel aeglasemalt. Lume sulades tekivad jääkeha pinnale sulalombid. Kuna vee albeedo on palju väiksem, hakkab see koguma endasse rohkem soojust ning ümbritseva jää sulamist kiirendama, oma pindala samal ajal kasvatades. Sulamiseks vajalik soojus ei pea ainult päikesekiirguselt tulema. Kui jäämassi all oleva vee temperatuur on kõrgem jäätumispunktist, hakkab jää põhi sulama, ümbritsev vesi sulatab jäämassi ääri..
Ringlus.
Merejää kasv algab sügisel, kui Maale jõudev päikesekiirgus väheneb ja õhutemperatuur langeb jäätumispunktini. Jääkihi kasvamine jätkub terve talve. Kevadel, kui päike tõuseb taevas kõrgemale, hakkab temperatuur taas tõusma ning algab jää sulamine. Kui jää pole kasvuperioodil küllalt paksuks muutunud, sulab ta täielikult. Juhul kui piisav paksus on saavutatud ja jää ei sula täielikult, hakkab see järgmisel sügisel taas kasvama. Protsess kestab, kuni saavutatakse termodünaamiline tasakaal. Sellisel juhul on jäämass niivõrd paksuks kujunenud, et ta ei lase enam soojusülekandel enda all olevat vett külmumistemperatuurini viia. Arktikas on selleks tasemeks ligikaudu 3 meetrit ning Antarktikas 1–2 meetri vahel..
Liikumine.
Kuigi ookeani veed on soolased, on Arktika kohal olev merejää nii mage, et seda on võimalik juua. Merejää on vähese soolsusega, sest selle tekkimisel lükkavad jääkristallid soola enda avade vahelt välja. Jää liikumisel mööda Atlandi ookeani lõunasse hakkab see sulama ning tekitab ookeani pinnale magedaveelise lisakihi. See on väiksema tihedusega kui soolane vesi ning jääb seetõttu pinnale. Selline lisakiht vett pärsib tavalist veevahetusprotsessi, mis muudab sooja vee liikumise põhjalaiustele raskemaks..
Soojusvahetus.
Talveperioodil on Arktika atmosfäär väga külm, ookeanivesi aga palju soojem. Merejääkiht lahutab neid kaht keskkonda, takistades vee soojusel atmosfääri liikumast. Selle tulemusel hoiab merejää Arktika kliimat külmana. Soojusvahetus on aga aktiivne kohtades, kus jää on õhuke või esinevad praod. Peaaegu pool tervest soojusvahetusest Atlandi ookeanis toimub tänu õhukesele jääle ning pragudele. Kui neid kohti on jääs aga liiast, siis soojeneb Arktika õhk liiga palju, mis omakorda hakkab mõjutama globaalset atmosfääri ning kliima tsirkulatsiooni.
Globaalne soojenemine.
Merejää aitab hoida polaarset kliimat jahedana. Globaalse soojenemise tõttu on igal aastal merejää kogupind vähenemas. See paneb ohtu paljud loomaliigid, eriti jääkarud, ja ökosüsteemi. Jää vähenedes kiireneb globaalse temperatuuri tõus veelgi.
Vaatlused.
Merejää muutusi ajas on parim jälgida, võrreldes sulamise hulka erinevatel aegadel. Jääproovide alusel on teada, et jää taganemine algas 20. sajandi algusaastatel, kuid eriti kiire ning laia ulatusega sulamine on alanud viimase 50 aasta jooksul. Satelliitidega hakati jääd jälgima alates 1979. aastast ning see on üks peamiseid ja kõige kindlamaid viise mõõta merejää sulamist. 2007. aastal oli polaarregioonide jääkate vaid 50% sellest, mis eksisteeris 1950.–1970. aastatel, kattes vaid 29% Põhja-Jäämerest.
Kõige madalamad jääkihi tulemused on aastast 2013, kui merejää kattis vaid 24% Põhja-Jäämerest. Ennustuste kohaselt võib aastaks 2020 suveperioodil merejää täielikult sulada.