Bryde isen ved smeltning og frysning

På det 73. årlige møde i American Physical Society's Division of Fluid Dynamics, forskere delte ny indsigt i smeltende isbjerge og dannelse af søis.

Eric Hester har brugt de sidste tre år på at jagte isbjerge. En matematik kandidatstuderende ved University of Sydney i Australien, Hester og forskere ved Woods Hole Oceanographic Institution i Massachusetts studerer, hvordan formen på et isbjerg former den måde, det smelter på.

"Is deformeres, når den smelter, "sagde den fysiske oceanograf Claudia Cenedese, der har arbejdet med Hester på projektet. "Det får disse meget mærkelige former, især i bunden, ligesom måden vinden former et bjerg på en længere tidsskala. "

På det 73. årlige møde i American Physical Society's Division of Fluid Dynamics, Hester præsenterede resultater fra hans gruppes eksperimenter med det formål at forstå, hvordan smeltning ændrer grænsen for et krympende isbjerge-og hvordan disse ændringer igen påvirker smeltningen.

Isbjergsmeltets dynamik mangler i de fleste klimamodeller, Sagde Cendese. At inkludere dem kan hjælpe med forudsigelse:isbjerge pumper ferskvand fra iskapper til oceaner, at styrke samfund af levende organismer. Isbjerge er den dominerende kilde til ferskvand i Grønlands fjorde - og bidrager betydeligt til ferskvandstab i Antarktis. Isbjerge spiller en kritisk rolle i klimaet, Cenedese sagde, og bør ikke negligeres i modeller. Fysikken ved smeltning af is er godt forstået, og nogle modeller simulerer det præcist, hun sagde. Andre gør ikke. "Men hvad du ikke kan gøre i disse simuleringer er at ændre isens form."

Isbjerge dannes med en bred vifte af former og størrelser, Hester sagde, og forskellige termodynamiske processer påvirker forskellige overflader. Basen, nedsænket i vand, smelter ikke på samme måde som siden. "Og hvert ansigt smelter ikke ensartet, "tilføjede Cenedese.

Hester gennemførte sine eksperimenter ved at nedsænke en farvet isblok i en røg med en kontrolleret vandstrøm forbi, og se det smelte. Han og hans kolleger fandt ud af, at den side, der vender mod en strøm, smelter hurtigere end sider, der løber parallelt med flow. Ved at kombinere eksperimentelle og numeriske metoder, Hester og hans samarbejdspartnere kortlagde den relative påvirkning af faktorer som relativ vandhastighed og billedformat, eller andelen af ​​højde til bredde på en side. Ikke overraskende, de fandt ud af, at bunden havde den langsomste smeltehastighed.

Cenedese sagde, at Hesters projekt samler samarbejdspartnere fra en række discipliner og lande, og at et mangfoldigt samarbejde var nødvendigt for sådan et tværfagligt projekt. "At arbejde isoleret er ikke så produktivt i dette tilfælde."

Andre undersøgelser diskuteret på konferencen fokuserede på isdannelse, frem for at smelte. Under en session om partikelbelastede strømme, ingeniør Jiarong Hong fra St. Anthony Falls Laboratory ved University of Minnesota, i Minneapolis, diskuteret resultater fra forsøg, der viser, hvordan turbulens påvirker både sneens hastighed og fordeling, når den falder og sætter sig. Resultaterne kan også hjælpe forskere med bedre at forstå nedbør, Sagde Hong.

Endnu et projekt, præsenteret af fysiker Chao Sun fra Tsinghua University i Kina og hans gruppe under en session om konvektion og opdrift-drevne strømme, fokuseret på isdannelse i søer.

Arbejder på et tilskud fra Natural Science Foundation of China med Ziqi Wang fra Tsinghua University, Enrico Calzavarini fra universitetet i Lille i Frankrig, og Federico Toschi fra Eindhoven University of Technology i Holland, Solen viste, hvordan dannelsen af ​​is på en sø er tæt knyttet til væskedynamikken i vandet under.

En sø kan have lag af vand med forskellige tætheder og temperaturer. "Anomalierne i vandtætheden kan forårsage udførlige væskedynamikker under en isfront i bevægelse og kan drastisk ændre systemadfærd, "sagde Sun." Dette er ofte blevet ignoreret i tidligere undersøgelser. "

Solens gruppe kombinerede fysiske eksperimenter, numeriske simuleringer, og teoretiske modeller for at undersøge forbindelsen mellem isen og (turbulente) konvektive strømme. De identificerede fire forskellige regimer med forskellig strømningsdynamik, som hver især interagerer med andre lag og isen på sine egne måder. Selv med den kompleksitet, selvom, gruppen udviklede en nøjagtig teoretisk model, der kunne bruges i fremtidige undersøgelser.

"Det gav en rimelig forudsigelse af islagets tykkelse og istid, "sagde Sun.

Da dannelse og smeltning af is spiller en så afgørende rolle i klimaet, han sagde, en bedre forståelse af væskedynamikken bag processen kunne hjælpe forskere med at identificere og studere præcist markørerne for en opvarmende verden. "Tiden for is til at danne og smelte, for eksempel, potentielt kunne give en indikator for klimaændringer. "