Estimering af isens slid på fysiske strukturer i de kommende årtier eller endda århundreder

Forholdene i arktiske farvande er blandt de mest ekstreme i verden. Stærke vinde og strømme skubber kraftigt is over store afstande, hvilket resulterer i, at store kamme når op på titalls meters højde. På samme tid, global opvarmning og øget menneskelig tilstedeværelse har tilføjet nyt pres i disse nordlige miljøer. Men mekanismerne bag isens virkninger på fysiske strukturer - især på lang sigt - har været et åbent spørgsmål i en tid med kontinuerlige miljøændringer.

Forskere ved Aalto University har udviklet en ny metode til at vurdere, hvor evigt bevægelige, tunge isbelastninger påvirker strukturer som broer eller endda vindmøller på tværs af en lang række forhold.

"Rubbling er processen med, hvordan is - bevæget af vind og strømme - bryder mod marine strukturer, og hvordan det påvirker disse strukturer, "forklarer Jukka Tuhkuri, en førende isforsker og professor ved Aalto University. "Processen er ekstremt følsom over for indledende forhold, endda kaotisk, hvilket gør systematisk analyse på området utrolig udfordrende. "

At forudse et væld af scenarier og effekter på meget lang sigt, det Aalto-baserede team gør brug af numeriske eksperimenter-avancerede computersimuleringer, der trækker på viden opnået fra feltet-for at se virkningerne af ændringer på mikroniveau til kendte gnidningselementer.

"Med denne metode, vi kan virkelig se, hvad der sker, da vi har fuld kontrol over de involverede faktorer. Med ægte havis, vi har bare ikke den mulighed, "siger adjunkt Arttu Polojärvi.

De præcise simuleringer har gjort det muligt for forskere at lære om mekanikken bag processen på en måde, der aldrig før var mulig.

"Ved konstant at køre simuleringer, vi har lært, at istykkelsen er langt det vigtigste, når det kommer til, hvordan isbelastninger påvirker strukturer. Trykstyrken kommer i anden række, men vi kan næsten glemme alt andet, i modsætning til konventionel tankegang på området, "siger Tuhkuri.

Metoden hjælper også med at håndtere hovedudfordringen ved et klima i stadig forandring:at forudsige fremtidige forhold. Global opvarmning betyder, at arktisk is bliver tyndere, storme bliver mere alvorlige og mere is bevæger sig. På samme tid, de generelle forhold lempes i disse regioner; industri og turisme tager til, som indebærer risici for både mennesker og miljø.

"Vi kan ikke estimere fremtiden med de feltdata, der er tilgængelige i dag. Stærkt, tyk is bliver, hvor den er, men selv små storme kan bære tynd is, "siger Polojärvi." Vi skal være i stand til at estimere 100 eller endda 500 års isbelastning på permanente strukturer, så vi kan sikre, at de er sikre og holder, samtidig minimere de materialer, der bruges til at gøre dem så bæredygtige som muligt. "

Teamet præsenterer deres arbejde fredag ​​den 7. juni 2019 ved en ugelang samling af førende isforskere, IUTAM -symposiet om havisens fysik og mekanik, afholdt på Aalto University i Greater Helsinki, Finland.

Spørgsmål og svar

Sp .:Har numeriske eksperimenter været brugt før til at studere ismængder?

A:Denne forskning markerer første gang, at numeriske eksperimenter er blevet brugt til at udføre statistisk analyse af isbelastninger, giver skøn over fremtidig slid på fysiske strukturer på meget lang sigt. I fortiden, forskere har undersøgt isskrabning - det er sådan is, der skubbes af vind og strømme, bryder mod marine strukturer og hvordan det påvirker strukturerne - på forskellige måder:eksperimentelt i laboratorier, eksperimentelt ved at observere begivenheder i fuld skala, ved at udvikle teoretiske modeller, og ved hjælp af forskellige numeriske værktøjer.

Sp .:Kan metoden virkelig forudsige, hvordan is vil opføre sig, når klimaet varmes op - endda århundreder frem?

A:Ja, hvis kolleger i geofysik kan forudsige, hvordan is bliver tyndere og svagere med global opvarmning, vi kan forudsige, hvordan ismængderne ændrer sig. Det er fordi den nye model er baseret på fundamentale fysiske relationer og, dermed, vi kan ændre tykkelsen i modellen og se, hvad der sker. Andre modeller er muligvis ikke så detaljerede.

Sp .:Hvilke risici medfører isbelastninger for mennesker og miljøet?

A:Marine strukturer kan gå i stykker og forårsage ulykker. Hvis mennesker arbejder på en platform, der fejler, konsekvenserne kan være alvorlige. Strukturelle fejl kan også være meget dyre og føre til miljømæssige risici på grund af potentielle lækager i brændstoftanke og brændstofrør, etc.