Иллюстрация: Eric W. Hester et al. / Physical Review Fluids. Совсем недавно группа физиков экспериментально подтвердила драматическое влияние геометрических параметров айсбергов на интенсивность их таяния. Высокие и узкие айсберги с значительной подводной частью тают намного быстрее, чем широкие айсберги, которые преимущественно расположены над поверхностью воды. Данный фактор ранее не учитывался в геофизических моделях, что может привести к занижению прогнозируемой скорости таяния для некоторых айсбергов. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Fluids. Таяние ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды играет ключевую роль в формировании климата. Этот процесс обуславливает постоянный приток пресной воды в океан, что ведет к повышению уровня мирового океана и снижению его солености. Изменение солености, в свою очередь, влияет на циркуляцию океанических течений, вызывая нарушения температурного режима как на поверхности океана, так и на суше.
Фотографии, сделанные в ходе двух экспериментов, с длиной L = 10 сантиметров (слева) и L = 32,5 сантиметра (справа). Каждый кубик погружали в воду на 3 сантиметра, скорость течения воды 3,5 сантиметра в секунду. Фотографии делали каждые две минуты. Eric W. Hester et al. / Physical Review Fluids
Примерно 45% талой воды поступает в океан не непосредственно из ледников, а от таяния айсбергов, которые откололись от них. Поэтому скорость таяния айсбергов является определяющим фактором для количества пресной воды, поступающей в океан, и ее пространственного распределения.
Первыми скорость таяния рассчитали в 1973 году Вилфорд Викс и Виллиам Кэмпбелл. Они предложили транспортировать айсберги в засушливые районы, чтобы использовать как источники пресной воды. Оценка скорости таяния была сделана, чтобы определить, какая часть исходного айсберга останется после буксировки до места назначения. Их модель имела серьезный недостаток — предсказывала нулевую скорость таяния при нулевой относительной скорости айсберга. Позже ее дополнил Фитц Морис, исправив эту ошибку. Но и его модель содержала несколько серьезных упрощений, в том числе не учитывала влияние формы айсберга.
Эрик Хестер (Eric W. Hester) из Университета Сиднея вместе с коллегами из нескольких университетов Новой Зеландии, США, Англии и Франции проверили, как форма айсберга влияет на скорость его таяния. Работа состояла из экспериментальной проверки с использованием кусков льда и компьютерного моделирования.
Бруски льда частично погружали в поток воды, меняя два параметра — длину брусков и скорость течения. Под «длиной» имеется в виду размер стороны, расположенной параллельно направлению течения. Всего ученые проверили пять значений, от 10 до 33 сантиметров. Скорость потока в эксперименте принимала значения 0, 1,5 и 2,5 сантиметра в секунду. Ученые пробовали также менять ширину брусков, но это качественно не повлияло на результаты.
Перед заморозкой воду для брусков покрасили в синий, чтобы сделать изображения более наглядными. Каждый брусок взвесили, поместили на три сантиметра в воду на десять минут и фотографировали каждые две минуты. После кусочки льда взвесили еще раз, чтобы вычислить изменение массы (авторы не сообщают точных цифр изменения массы тестовых кусков льда).
Оказалось, что вне зависимости от длины сильнее всего растаяла фронтальная часть каждого бруска, в которую «врезался» поток теплой воды. Скорость таяния фронтальной поверхности при скорости потока 3,5 сантиметра в секунду составила в среднем для всех брусков 0,39 сантиметра в минуту, тогда как для боковых поверхностей это значение оказалось равным 0,21 сантиметра в минуту, а для задней стенки и основания — меньше 0,16. Это согласуется с теоретическими расчетами, показывающими, что поток, перпендикулярный поверхности льда, вызывает более быстрое таяние, чем поток, параллельный поверхности.
При этом скорости таяния, рассчитанные по существующим моделям, не превышают 0,12 сантиметра в минуту, и ни одна из них не учитывает разницу в скоростях таяния сторон брусков.
Аналогичный результат продемонстрировали компьютерные симуляции, выполненные с учетом различных параметров: температуры, солености, выталкивающих сил.
Компьютерная модель таяния ледяного кубика, погруженного в воду. Скорость течения 3,5 сантиметра в секунду. Модель слева учитывает температуру, соленость и выталкивающие силы, модель справа — только температуру. Eric W. Hester et al. / Physical Review Fluids
С помощью моделей ученые выяснили еще несколько деталей процесса. Например, скорость таяния фронтальной части росла с увеличением глубины погружения. Основание брусков сильнее всего таяло в центре, но в целом все равно заметно отставало от фронтальной части.
Можно ожидать, что те же принципы работают для настоящих айсбергов, то есть, их стороны тают с разной скоростью. Даже не очень сильное течение, направленное перпендикулярно поверхности льда, заставляет эту поверхность таять гораздо быстрее других частей айсберга. Ученые составили новую модель с учетом полученных экспериментальных данных.
Скорости плавления как функции отношения длины (приравнивается к ширине) к глубине погружения. Разными цветами обозначены графики для разных скоростей течения. Eric W. Hester et al. / Physical Review Fluids
Чем меньше отношение длины куска льда к глубине погружения, тем выше скорость таяния. Это значит, что быстрее всего тают узкие айсберги, сильно погруженные под воду. В нынешних геофизических моделях влияние соотношения сторон на скорость таяния не учитывается, поэтому они предсказывают заниженные по сравнению с реальными значения. Учет новых данных позволит сделать более точные прогнозы.
Автор: Екатерина Назарова
Источник: https://nplus1.ru/
