Арктический морской лёд передвигается не так, как предсказывают модели, учитывающие только ветер. Новое исследование Калифорнийского университета в Риверсайде (UCR) показало, что столкновения между отдельными льдинами дают на удивление простую причину движения.
Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. Исследования возглавил Брайан Шэдди, бывший студент UCR, ныне работающий в Университете Южной Калифорнии, совместно с материаловедом Алексом Грини и доцентом кафедры машиностроения Бхаргавом Раллабанди.
Арктический морской лёд — это не сплошной панцирь, а множество отдельных плит - льдин, размером от нескольких метров до нескольких километров. Ветер гонит их по океану, заставляя дрейфовать и постепенно расходиться. Учёные знают, что ветер — главная сила, движущая арктический лёд. Но лёд ведёт себя совсем не так, как если бы причиной был один лишь ветер. Скорость движения льда меняется неожиданным образом, а распространяется он гораздо медленнее, чем объясняют простые модели.
Исследователи предлагали разные теории: необычные ветровые течения, океанские вихри, влияние трещин. Новое исследование даёт единое объяснение: льдины постоянно сталкиваются друг с другом.
«Если собрать много льдин в одном месте и добавить ветер, они сталкиваются и передают энергию соседям. Мы показали, что это единственная причина для объяснения направления и скорости дрейфа», — сказал Раллабанди.
Чтобы проверить идею, исследователи построили компьютерную симуляцию, рассматривая лёд отчасти как зерно, движущееся через силос, с той разницей, что эти «зёрна» плавают на воде и их толкают турбулентные атмосферные потоки. Модель учитывает сопротивление океана и столкновения между льдинами.
Команда сравнила прогнозы с измерениями движения морского льда в проливе Фрама — проходе между Гренландией и архипелагом Шпицберген, через который арктический лёд движется к Атлантическому океану. Используя данные о местных ветрах и ледовых условиях, а также лишь один дополнительный параметр, слабо влиявший на общие результаты, модель воспроизвела три ранее загадочных наблюдения: как быстро распространяется лёд, распределение скоростей льдин и то, как движение льда меняется на временных масштабах от нескольких часов до дней.
Причина столь сильного эффекта от столкновений в том, что арктический лёд может быть очень плотно «упакован». В ледовых полях льдины сталкиваются с соседями гораздо чаще, чем меняется ветер. Каждое столкновение рассеивает часть энергии, поддерживается ветром, и сокращает расстояние, которое льдина может пройти свободно до встречи со следующей.
Это открытие может помочь учёным предсказывать перенос морского льда по мере изменения арктических условий. Площадь океана, покрытого льдом, и размер отдельных льдин влияют на частоту столкновений, что, в свою очередь, влияет на скорость распространения льда.
Исследование не предсказывает, как именно будущее потепление изменит маршруты арктического льда. Однако, по словам Раллабанди, предложенная модель может помочь исследователям более детально проработать вопросы ледового и дрейфа и спрогнозировать точные маршруты отдельных льдин после выхода в тёплые воды Антлантики.
Это также может быть полезно для климатических моделей. Глобальные модели не могут отслеживать каждую из огромного числа относительно небольших льдин, покрывающих Арктику. Физическое описание их коллективного поведения может помочь представить процессы, происходящие вне прямого наблюдения.
Для Раллабанди ценность исследования отчасти в том, что оно демонстрирует, как простой процесс может объяснять сложное движение в реальном мире. Базовые физические принципы, использованные в работе, могут подобным образом влиять не только на движение морского льда. Любая система, включающая множество объектов, сталкивающихся под действием непредсказуемой среды, может вести себя аналогично. В статье указаны возможные практические области для применения новой теории: исследование лавин и оползней, материаловедение и производство чернил для 3D-печати.
На нашем сайте используются файлы Cookie и сервис Яндекс.Метрика для улучшения работы, персонализации, повышения удобства пользования сайтом и для оценки посещаемости сайта. Продолжая находиться на сайте, вы даёте согласие на работу с Cookie и на обработку персональных данных. Вы можете запретить сохранение Сookie в настройках своего браузера.