Coliziunile dintre banchize, explicația mișcării imprevizibile a gheții arctice
Gheața marină din Arctica nu se deplasează și nu se împrăștie doar sub acțiunea vântului. Un studiu recent arată că ciocnirile dintre bucățile individuale de gheață oferă o explicație surprinzător de simplă pentru aceste mișcări, ceea ce le-ar putea permite oamenilor de știință să prezică mai bine unde se va deplasa gheața marină pe măsură ce Arctica se încălzește.
Cercetarea, publicată în Physical Review Letters, a fost condusă de Bryan Shaddy, fost student la Universitatea din California, Riverside, acum la University of Southern California, alături de Alex Greaney, specialist în știința materialelor la UCR, și Bhargav Rallabandi, profesor asociat de inginerie mecanică la UCR.
Gheața marină arctică nu este un strat unic și continuu. Ea constă din plăci individuale, numite banchize, cu dimensiuni de la câțiva metri până la câțiva kilometri. Vânturile împing aceste plăci peste ocean, provocând deplasarea și separarea lor treptată.
Vântul este un factor major în mișcarea gheții, însă gheața nu se comportă așa cum ar sugera doar acțiunea vântului. Viteza cu care se mișcă variază în moduri neașteptate, iar împrăștierea ei este mult mai lentă decât prezic modelele simple bazate pe vânt.
Cercetătorii au propus de-a lungul timpului mai multe explicații pentru aceste discrepanțe, inclusiv tipare neobișnuite de vânt, vârtejuri oceanice și fracturi în gheață. Noul studiu oferă o explicație unificatoare: banchizele se ciocnesc constant între ele.
„Dacă ai multe banchize împreună în același loc, cu puțin vânt, ele se ciocnesc și transferă energie vecinilor”, a declarat Rallabandi. „Am arătat că acesta este singurul ingredient necesar pentru a explica aceste observații.”
Pentru a testa ideea, cercetătorii au construit o simulare computerizată care trata gheața oarecum ca pe niște grăunțe care se mișcă printr-un siloz, doar că aceste grăunțe plutesc pe apă și sunt împinse de vânturi turbulente. Modelul ia în calcul atât rezistența din partea oceanului, cât și ciocnirile dintre banchize.
Echipa a comparat apoi predicțiile cu măsurători ale gheții marine din Strâmtoarea Fram, un pasaj dintre Groenlanda și arhipelagul norvegian Svalbard, prin care gheața arctică călătorește spre Oceanul Atlantic. Folosind condițiile locale măsurate ale vântului și gheții, plus un singur parametru suplimentar cu influență redusă asupra rezultatelor generale, modelul a reprodus trei observații care fuseseră anterior inexplicabile: cât de repede se împrăștie gheața, distribuția vitezelor banchizelor și modul în care mișcarea gheții variază pe intervale de la ore la zile.
Motivul pentru care ciocnirile au un efect atât de mare este că gheața arctică poate fi foarte densă. În câmpurile de gheață concentrate, banchizele se lovesc de vecinele lor mult mai frecvent decât se schimbă vântul. Fiecare ciocnire disipă o parte din energia furnizată de vânt și scurtează distanța pe care o banchiză o poate parcurge liber înainte de a întâlni o altă bucată de gheață.
Această observație ar putea ajuta în cele din urmă oamenii de știință să prezică transportul gheții marine pe măsură ce condițiile arctice se schimbă. Suprafața oceanului acoperită de gheață și dimensiunea banchizelor individuale afectează frecvența ciocnirilor, care la rândul ei influențează cât de repede se împrăștie gheața. Studiul oferă un cadru fizic pentru a conecta aceste interacțiuni la scară mică cu mișcarea pe distanțe mult mai mari.
Lucrarea nu prezice exact cum va modifica încălzirea viitoare destinațiile gheții arctice. Totuși, Rallabandi a afirmat că acest cadru ar putea ajuta cercetătorii să investigheze întrebări precum dacă schimbarea condițiilor gheții permite banchizelor să se împrăștie mai ușor și să ajungă în ape mai calde, unde s-ar putea topi mai repede. Acest lucru ar putea face lucrarea utilă și pentru modelarea climatică.
Modelele globale nu pot urmări individual numărul enorm de banchize relativ mici care acoperă Arctica. O descriere bazată pe fizică a comportamentului lor colectiv ar putea ajuta la reprezentarea proceselor care au loc în afara câmpului vizual imediat.
Pentru Rallabandi, valoarea studiului constă parțial în demonstrarea modului în care un proces simplu poate explica o mișcare complexă din lumea reală. Fizica de bază folosită în această cercetare s-ar putea extinde și dincolo de gheața marină. Orice sistem care implică multe obiecte care se ciocnesc în timp ce sunt împinse de un mediu imprevizibil s-ar putea comporta similar. Lucrarea indică aplicații posibile, inclusiv avalanșe, alunecări de teren, știința materialelor și cerneluri umplute cu particule folosite în imprimarea 3D.
„Modelul nu este restricționat la gheață”, a spus Rallabandi. „Are nevoie doar de o sursă zgomotoasă de forță și ca obiectele care se mișcă să experimenteze ciocniri.”
