Die Polarmeere frieren nicht einfach so zu wie ein See auf dem Festland. Da Meerwasser mit bis zu 39 Promille relativ viel Salz enthält, gefriert es in einem komplizierten Vorgang, der erst die Voraussetzungen für die besonderen Eigenschaften von Meereis schafft.

Im Gegensatz zu Süßwasser beginnt Meerwasser - bedingt durch den Salzgehalt - erst bei minus 1,8 Grad Celsius zu gefrieren. Dabei bilden sich zunächst kleine Eiskristalle in Oberflächennähe. Eis hat eine geringere Dichte als Wasser, daher steigen die Kristalle auf und sammeln sich an der Oberfläche, wo sie verklumpen. Dieses Stadium der Eisbildung nennt man Körncheneis.

Ausguss der Laugenkanäle © Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung

Diese kleinen Eisklümpchen, die an der Oberfläche treiben, werden durch Wind und Wellengang gegeneinander geschoben und auf diese Weise verdichtet. Dabei bilden sich größere, dünne Eisflächen, die als Pfannkucheneis bezeichnet werden. Diese tellerartigen Eisplatten können Durchmesser bis zu mehreren Dezimetern haben. Im Laufe der Zeit verwachsen diese Platten miteinander und bilden dann Eisschollen, die auf bis zu einige Meter Durchmesser anwachsen können. Zusätzlich werden die Schollen bei Wind und Seegang übereinandergeschoben.

Während des Gefriervorgangs erstarren nur die Wassermoleküle zu Eis, das Salz reichert sich außen herum in der Flüssigkeit an. Auf diese Weise bilden sich beim Auskristallisieren des Süßwassers kleine Kanäle und Taschen, in denen sich das zurückbleibende Salzwasser, das immer weiter eingedickt wird, ansammelt. Daher werden diese Kanäle als Salzlaugenkanäle beziehungsweise Salzlaugentaschen bezeichnet. In diesen befindet sich eine konzentrierte Sole, die einen viel höheren Salzgehalt als normales Meerwasser hat. Im Lauf der Zeit bildet sich innerhalb des Eises ein weit verzweigtes System von winzigen Kanälen und Hohlräumen, das einer Vielzahl von Organismen als Lebensraum dient. Die Größe der Kanäle kann dabei von nicht einmal einem Millimeter bis zu einigen Zentimetern reichen. Damit ähnelt Meereis also weniger einem massiven Eisblock als vielmehr einem porösen Schwamm.

Hat die Eisschicht auf dem Meer erst einmal eine gewisse Dicke erreicht, verlangsamt sich der Gefriervorgang, denn die kalte Atmosphäre kann dem relativ warmen Wasser nicht mehr so gut Wärme entziehen. Da das Wasser nun durch die Eisdecke nicht mehr Wind und Wellen ausgesetzt ist, kann es einfach an der Unterseite anfrieren. Das Eis wächst nun langsam in Form von säulenförmigen Kristallen nach unten, es kommt zur Bildung von sogenanntem Säuleneis. Auch hierbei wird das salzhaltige Wasser verdrängt, da es schwerer ist, sinkt es nach unten ab. Nach und nach kommt es so zu einer Aussüßung des Eises, so dass der Gesamtsalzgehalt des Meereises allmählich immer geringer wird, die Salzkonzentration in den Laugenkanälen allerdings steigt.

Der Gefriervorgang des Meerwassers im Nordpolarmeer unterscheidet sich von dem im Südpolarmeer. Der Arktische Ozean ist weitgehend von den Landmassen Sibiriens, Kanadas und Grönlands umgeben. Daher ist hier das Wasser verhältnismäßig ruhig. Das Meereis kann sich im unbewegten Wasser bilden, indem sich eine dünne, durchgehende Neueisdecke bildet, die Nilas genannt wird. Diese Schicht wird mit sinkenden Temperaturen dicker, und da es über dem Arktischen Ozean weniger schneit als über dem Südpolarmeer, wird das Eis sehr kalt, weil die isolierende Schneeschicht fehlt. Daher kann das Eis im Laufe der Zeit immer mächtiger werden und mehr als die Hälfte des arktischen Packeises besteht aus mehrjährigem Eis.

Der Antarktische Ozean wird ständig von Stürmen gepeitscht, so dass hier die Eisbildung auf der rauhen See wie oben beschrieben über die Bildung von Körnchen- und Pfannkucheneis abläuft. Der Anteil an mehrjährigem Eis ist in der Antarktis viel geringer, lediglich in der Weddell See, die durch eine Halbinsel gegen den restlichen Ozean abgeschirmt ist, hält sich das Eis länger als ein Jahr.