Ο θαλάσσιος πάγος της Αρκτικής δεν κινείται πάντα με τον τρόπο που θα προέβλεπε μόνος του ο άνεμος. Νέα έρευνα με επικεφαλής το UC Riverside υποδηλώνει ότι μια απλή αλλά παραβλεπόμενη διαδικασία μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση της διαφοράς: μεμονωμένα κομμάτια πάγου συγκρούονται επανειλημμένα μεταξύ τους.
H βελτίωση των προβλέψεων
Τα ευρήματα θα μπορούσαν τελικά να βοηθήσουν τους επιστήμονες να βελτιώσουν τις προβλέψεις για το πώς κινείται ο θαλάσσιος πάγος στην Αρκτική καθώς η περιοχή συνεχίζει να θερμαίνεται.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters, διεξήχθη από τον Bryan Shaddy, πρώην προπτυχιακό φοιτητή του UC Riverside και τώρα στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας, μαζί με τον επιστήμονα υλικών του UCR, Alex Greaney, και τον Bhargav Rallabandi, αναπληρωτή καθηγητή μηχανολογίας στο UCR.
Ο θαλάσσιος πάγος της Αρκτικής αποτελείται από κινούμενα κομμάτια πάγου
Αντί να σχηματίζει ένα αδιάσπαστο φύλλο, ο θαλάσσιος πάγος της Αρκτικής χωρίζεται σε ξεχωριστές πλάκες γνωστές ως κομμάτια πάγου. Αυτά τα κομμάτια μπορούν να κυμαίνονται από λίγα μέτρα σε πλάτος έως αρκετά χιλιόμετρα. Ο άνεμος ωθεί τα κομμάτια πάγου πάνω από τον ωκεανό, προκαλώντας την παρασυρσή τους και την αργή απομάκρυνσή τους. Αν και ο άνεμος είναι μια από τις κύριες δυνάμεις που ελέγχουν την κίνηση του θαλάσσιου πάγου, οι παρατηρήσεις έχουν δείξει εδώ και καιρό ότι δεν μπορεί να εξηγήσει τα πάντα.
Ο πάγος συχνά ταξιδεύει με ταχύτητες που δεν προβλέπουν απλά μοντέλα που βασίζονται στον άνεμο. Επίσης, εξαπλώνεται στον ωκεανό πολύ πιο αργά από ό,τι υποδηλώνουν αυτά τα μοντέλα. Οι επιστήμονες έχουν προτείνει αρκετές πιθανές εξηγήσεις, όπως η ασυνήθιστη συμπεριφορά του ανέμου, οι ωκεάνιες δίνες και οι ρωγμές στον πάγο. Η νέα έρευνα υποδηλώνει ότι πολλά από αυτά τα αινιγματικά μοτίβα μπορούν αντ' αυτού να εξηγηθούν από μια βασική διαδικασία: τις συγκρούσεις μεταξύ γειτονικών στροβίλων πάγου.
«Εάν συγκεντρώσετε πολλούς στροβίλους πάγου μαζί στο ίδιο σημείο με λίγο άνεμο, αυτοί συγκρούονται μεταξύ τους και μεταφέρουν ενέργεια στους γείτονες», είπε ο Rallabandi. «Δείξαμε ότι αυτό είναι το μόνο συστατικό που χρειάζεστε για να εξηγήσετε αυτές τις παρατηρήσεις».
Προσομοίωση ενός πληθωρισμένου πεδίου πάγου
Για να δοκιμάσουν αυτήν την ιδέα, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα υπολογιστικό μοντέλο που αντιμετωπίζει τον πλωτό πάγο κάπως σαν κόκκους που κινούνται μέσα σε ένα σιλό. Η κύρια διαφορά είναι ότι αυτοί οι κόκκοι επιπλέουν στο νερό και ωθούνται από ταραχώδεις ανέμους. Η προσομοίωση περιλαμβάνει την αντίσταση από τον ωκεανό καθώς και επαναλαμβανόμενες συγκρούσεις μεταξύ των στροβίλων πάγου.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνέκριναν το μοντέλο με πραγματικές μετρήσεις από το Στενό Φραμ, ένα πέρασμα μεταξύ της Γροιλανδίας και του νορβηγικού αρχιπελάγους Σβάλμπαρντ. Μεγάλες ποσότητες θαλάσσιου πάγου της Αρκτικής κινούνται μέσα από αυτήν την περιοχή καθ' οδόν προς τον Ατλαντικό Ωκεανό.
Χρησιμοποιώντας μετρημένες τοπικές συνθήκες ανέμου και πάγου, μαζί με μία μόνο επιπλέον παράμετρο που είχε μικρή επίδραση στο συνολικό αποτέλεσμα, το μοντέλο αναπαρήγαγε με επιτυχία τρεις παρατηρήσεις που προηγουμένως ήταν δύσκολο να εξηγηθούν. Συνδύασε την ταχύτητα με την οποία εξαπλώνεται ο θαλάσσιος πάγος, το εύρος των ταχυτήτων με τις οποίες κινούνται οι μεμονωμένοι πάγοι και τον τρόπο με τον οποίο αλλάζει η κίνηση του πάγου σε περιόδους που κυμαίνονται από ώρες έως ημέρες.
Γιατί οι συγκρούσεις έχουν τόσο μεγάλη σημασία
Οι συγκρούσεις έχουν ισχυρή επίδραση επειδή ο θαλάσσιος πάγος της Αρκτικής μπορεί να συμπιεστεί σφιχτά. Σε πυκνά παγοπεδία, οι μεμονωμένοι πάγοι χτυπούν κοντινά κομμάτια πολύ πιο συχνά από ό,τι αλλάζει ο ίδιος ο άνεμος. Κάθε σύγκρουση αφαιρεί μέρος της ενέργειας που παρέχεται από τον άνεμο και μειώνει την απόσταση που μπορεί να διανύσει ένας πάγος πριν χτυπήσει ένα άλλο κομμάτι πάγου.
Αυτό το επαναλαμβανόμενο σπρώξιμο βοηθά να εξηγηθεί γιατί ο θαλάσσιος πάγος δεν συνεχίζει απλώς να επιταχύνει και να εξαπλώνεται ως απόκριση στον άνεμο. Τα ευρήματα μπορεί τελικά να βελτιώσουν τις προβλέψεις για τη μεταφορά θαλάσσιου πάγου καθώς εξελίσσονται οι συνθήκες στην Αρκτική. Τόσο η ποσότητα του ωκεανού που καλύπτεται από πάγο όσο και το μέγεθος των μεμονωμένων πάγων επηρεάζουν τη συχνότητα των συγκρούσεων. Αυτές οι συγκρούσεις, με τη σειρά τους, επηρεάζουν την ταχύτητα με την οποία μπορεί να εξαπλωθεί το πεδίο πάγου.
Το νέο πλαίσιο συνδέει αυτές τις μικρές, τοπικές αλληλεπιδράσεις με την κίνηση που συμβαίνει σε πολύ μεγαλύτερες περιοχές.
Ένα πιθανό εργαλείο για κλιματικά μοντέλα
Η μελέτη δεν καθορίζει ακριβώς πώς θα αλλάξει η μελλοντική θέρμανση όπου τελικά καταλήγει ο θαλάσσιος πάγος της Αρκτικής. Ωστόσο, ο Rallabandi είπε ότι το μοντέλο θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να διερευνήσουν ερωτήματα όπως το εάν οι μεταβαλλόμενες συνθήκες πάγου θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους πάγους να εξαπλωθούν πιο εύκολα και να εισέλθουν σε θερμότερα νερά, όπου θα μπορούσαν να λιώσουν πιο γρήγορα.
Η εργασία θα μπορούσε επίσης να αποδειχθεί χρήσιμη για τη μοντελοποίηση του κλίματος
Τα παγκόσμια κλιματικά μοντέλα δεν μπορούν να παρακολουθήσουν κάθε έναν από τον τεράστιο αριθμό σχετικά μικρών πάγων που καλύπτουν την Αρκτική. Αντίθετα, οι επιστήμονες χρειάζονται τρόπους για να αναπαραστήσουν τη συνδυασμένη συμπεριφορά τους. Ένα μοντέλο βασισμένο στη φυσική για το πώς αλληλεπιδρούν οι πάγοι θα μπορούσε να βοηθήσει στην καταγραφή διαδικασιών που διαφορετικά είναι πολύ μικρές για να παρακολουθηθούν μεμονωμένα.
Για τον Rallabandi, μία από τις πιο σημαντικές πτυχές της μελέτης είναι ότι μια σχετικά απλή φυσική διαδικασία μπορεί να εξηγήσει την περίπλοκη κίνηση που παρατηρείται στον πραγματικό κόσμο.
Φυσική που εκτείνεται πέρα από τον θαλάσσιο πάγο
Οι ίδιες αρχές μπορεί να ισχύουν για συστήματα πολύ πέρα από την Αρκτική. Οποιαδήποτε κατάσταση που περιλαμβάνει πολλά αντικείμενα που συγκρούονται ενώ ωθούνται από μια απρόβλεπτη δύναμη θα μπορούσε να συμπεριφερθεί με παρόμοιο τρόπο. Οι ερευνητές επισημαίνουν πιθανές εφαρμογές σε χιονοστιβάδες, κατολισθήσεις, επιστήμη υλικών και μελάνια γεμάτα με σωματίδια που χρησιμοποιούνται στην τρισδιάστατη εκτύπωση.
www.worldenergynews.gr
