Команда физиков из Нью-Йоркского университета изучила процесс таяния льда при разных температурах. Ученые для экспериментов создали сверхчистый «прозрачный» лед, свободный от пузырьков и примесей, а затем наблюдали за таянием, когда лед опускали в резервуары с пресной водой в специально спроектированной «холодильной комнате».
Покадровая фотография использовалась для записи подробных изменений формы льда, а математические модели использовались для подтверждения основных процессов, которые изменили форму льда при его взаимодействии с окружающей водой.
«Формы и рисунок льда являются чувствительными индикаторами условий окружающей среды, что позволяет нам «считывать» форму и делать выводы о таких факторах, как температура окружающей среды», — сообщил физик-экспериментатор Лейф Ристроф.
Ученые экспериментировали в диапазоне температур от 0 до 10 градусов по Цельсию, при которых обычно тает лед в природных водах. При очень низких температурах (ниже 5 градусов по Цельсию) кусочки льда приобретали форму шипа, направленного вниз. При более высоких температурах (выше 7 градусов по Цельсию) форма шипа была такой же, только на этот раз она была направлена вверх.
При промежуточных температурах лед становился волнистым и покрывался рябью по мере таяния. Это соответствует так называемым узорам гребешков, которые иногда встречаются на тающем льду в природе. Различия связаны с изменениями потока воды, контролируемым температурой, которая, в свою очередь, находится в постоянном движении по мере того, как холодный лед просачивается в воду.
Фото: New York University
По мере таяния льда, объясняют исследователи, температура воды вокруг него становится многослойной, а это означает переменную плотность жидкости. Поскольку более тяжелая жидкость опускается, а более легкая поднимается под действием силы тяжести, таяние происходит с разной скоростью в разных местах на льду, вызывая изменения формы.
Всплески вниз соответствуют восходящим потокам воды, а восходящие всплески соответствуют нисходящим потокам воды. Волнообразные узоры возникают, когда восходящие потоки и нисходящие потоки взаимодействуют друг с другом.
«Результаты нашего исследования помогают объяснить некоторые характерные формы льда, наблюдаемые в природе, в частности, так называемую вершинную морфологию айсбергов, состоящую из острых шипов или шпилей, и так называемые гребешки, состоящие из волнистых узоров ям», — заявил Ристроф.
По его словам, более широкий контекст работы связан с изменением климата и увеличением скорости таяния льда на планете. Климатологам важно знать подробную физику и математику таяния льда, поскольку они являются ключевыми компонентами более крупных климатических моделей.
По материалам Science Alert
Фото: Depositphotos
Читайте также:
От чего зависит форма снежинки?
