Arktiske smeltedamme dannes, når smeltevand tilstopper isporerne

Når foråret kommer til Arktis, opbruddet af de kolde vinteriskapper starter ved overfladen med dannelsen af ​​smeltedamme. Disse pøler af smeltet sne og is gør isens overflade mørkere, øge mængden af ​​solenergi, indlandsisen absorberer og accelerere afsmeltningen. Et hold, inklusive University of Utahs matematiker Kenneth Golden, har bestemt, hvordan disse smeltedamme dannes, løse et paradoksalt mysterium om, hvordan en pøl af vand faktisk sidder på toppen af ​​meget porøs is. Deres resultater er offentliggjort i Journal of Geophysical Research - Oceans .

"Her bliver vi præsenteret for dette grundlæggende puslespil, " siger Golden. "Hvordan i alverden danner man damme? Når de dannes, hvor dybe de er, og deres arealudstrækning er helt afgørende for, hvordan isen kommer til at smelte."

Golden studerer havisens dynamik, som er et sammensat system af faste stoffer og væsker med varierende saltholdighed og kemi. Smeltedamme er et fokus for hans forskning, fordi de dramatisk påvirker albedoen, eller refleksionsevne, af havisen, en af ​​de vigtigste parametre i klimamodellering. De kan også tillade mere lys at trænge gennem isen, tillader alger at formere sig i havvandet nedenunder.

I 2014 Gylden, sammen med undersøgelsens første forfatter Chris Polashenski fra U.S. Army Corps of Engineers Cold Regions Research and Engineering Laboratory og kolleger rejste ombord på den amerikanske kystvagtkutter Healy til Chukchihavet, mellem Alaska og Sibirien, at undersøge massive algeopblomstringer under isen, som først var blevet observeret i 2011. Som en del af deres undersøgelse skulle de måle isens permeabilitet. Permeabilitet er et mål for, hvor godt indbyrdes forbundne hulrum og kanaler i et materiale tillader væske at strømme igennem.

Deres første forsøg involverede at bore et hul i isen nede under "fribordsniveauet, " eller vandspejlet, for at se, hvor hurtigt vandet fyldte hullet ind igen.

"Det fyldte op til fribordsniveau på cirka halvandet sekund, "Golden siger, hvilket indikerer, at isen var for permeabel til at foretage en måling. Næste, holdet forsøgte at tilføje vand til hullet for at se, hvor hurtigt vandstanden kom i balance igen til fribordsniveauet. De planlagde flere forsøg, og bemærkede, at i andet forsøg, vandstanden faldt meget langsommere end i første forsøg.

"Og så var det tredje gang charmen, " siger Golden. Holdet hældte vand i hullet, og niveauet faldt slet ikke. "Vi dannede en smeltedam!" siger han.

fascineret, holdet testede forskellige niveauer af vandsaltholdighed i boringer og brugte farvestoffer til at spore vandets fremgang gennem isen. (Holdet brugte rød og grøn madfarve fra Healys køkken, Golden siger). Alle deres eksperimenter pegede på en klar mekanisme til dannelse af smeltedam.

"Frysepunktet for det friske smeltevand fra sne er nul Celsius, " siger Golden. "Men selve isen er måske -1 eller -1,5. Frysepunktet for havvand er -1,8. Så dybest set, du får denne infusion af frisk vand, og der er nok kulde der til at tilstoppe porerne. Du sænker isens permeabilitet ved denne proces med at fryse ferskvandspropper ind i den porøse mikrostruktur." Med nedsat permeabilitet, smeltevandet kan danne et bassin på toppen af ​​isen.

andre, inklusive Polashenski, havde spekuleret i, at en sådan proces kunne ligge bag dannelsen af ​​smeltedam, Golden siger, men at hans team var på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt med det rigtige udstyr til at sætte historien sammen i marken. Forhåbentlig, han siger, at forstå de forhold, der fører til dannelse af smeltedemmer, kan hjælpe forskerne med at forudsige, hvor og hvornår damme kan dannes, når de arktiske temperaturer fortsætter med at stige.