100-årig fysikmodel replikerer moderne arktisk issmeltning

Arktis smelter hurtigere, end vi troede det ville. Faktisk, Arktisk isudbredelse er rekordlav. Når det sker - når et naturligt system opfører sig anderledes, end forskere forventer - er det tid til at tage et nyt kig på, hvordan vi forstår systemet. Matematiker Ken Golden fra University of Utah og atmosfærisk videnskabsmand Court Strong studerer de mønstre, der dannes af damme af smeltende vand oven på isen. Dammene er mørke, mens isen er lys, hvilket betyder, at jo større damme, jo mørkere overflade og jo mere solenergi den absorberer.

Så, det er mere end lidt vigtigt at vide, hvordan isens reflektionsevne, også kaldet albedo , er under forandring. Det er en nøglekomponent i at forstå balancen mellem solenergi, der kommer ind og energi, der reflekteres ud af Arktis. Tidligere arbejde viste, at tilstedeværelse eller fravær af smeltedamme i globale klimamodeller kan have en dramatisk effekt på langtidsforudsigelser af det arktiske havisvolumen.

For at modellere smeltedammens vækst, Gylden, Strong og deres kolleger tilpassede en næsten 100 år gammel fysikmodel, kaldet Ising-modellen, der forklarer, hvordan et materiale kan opnå eller miste magnetisme ved at redegøre for, hvordan atomer interagerer med hinanden og et påført magnetfelt. I deres model, de erstattede egenskaben ved et atoms magnetiske spin (enten op eller ned) med egenskaben af ​​frossen (hvid) eller smeltet (blå) havis.

"Modellen fanger den væsentlige mekanisme for mønsterdannelse af arktiske smeltedamme, " skriver forskerne, og gentager vigtige egenskaber ved variationen i dammens størrelse og geometri. Dette arbejde er det første, der redegør for den grundlæggende fysik af smeltedamme og producerer realistiske mønstre, der nøjagtigt demonstrerer, hvordan smeltevand er fordelt over havisens overflade. Smeltevandsmønstrenes geometri bestemmer både havisens albedo og mængden af ​​lys, der trænger ind i isen, hvilket i høj grad påvirker økologien i det øvre hav.

Desværre, en model som denne kan ikke forhindre isen i at smelte. Men det kan hjælpe os med at lave bedre skøn over, hvor hurtigt arktisk is eller permafrost forsvinder - og bedre klimamodeller hjælper os med at forberede den varmere fremtid fremover.