Чому водоймища, що тануть, виглядають по-різному

Команда фізиків із Нью-Йоркського університету вивчила процес танення льоду за різних температур. Вчені для експериментів створили надчистий «прозорий» лід, вільний від бульбашок та домішок, а потім спостерігали за таненням, коли лід опускали в резервуари з прісною водою у спеціально спроектованій «холодильній кімнаті».

Покадрова фотографія використовувалася для запису докладних змін форми льоду, а математичні моделі використовувалися для підтвердження основних процесів, які змінили форму льоду при взаємодії з навколишньою водою.

“Форми та малюнок льоду є чутливими індикаторами умов навколишнього середовища, що дозволяє нам “зчитувати” форму і робити висновки про такі фактори, як температура навколишнього середовища”, – повідомив фізик-експериментатор Лейф Рістроф.

Вчені експериментували в діапазоні температур від 0 до 10 градусів за Цельсієм, за яких зазвичай тане лід у природних водах. При низьких температурах (нижче 5 градусів за Цельсієм) шматочки льоду набували форми шипа, спрямованого вниз. За більш високих температур (вище 7 градусів за Цельсієм) форма шипа була такою ж, тільки цього разу вона була спрямована вгору.

При проміжних температурах лід ставав хвилястим і покривався брижами в міру танення. Це відповідає так званим візерункам гребінців, які іноді зустрічаються на льоду, що тане, в природі. Відмінності пов’язані зі змінами потоку води, контрольованим температурою, яка, у свою чергу, перебуває у постійному русі у міру того, як холодний лід проникає у воду.

У міру танення льоду, пояснюють дослідники, температура води навколо нього стає багатошаровою, а це означає змінну густину рідини. Оскільки важча рідина опускається, а легша піднімається під дією сили тяжіння, танення відбувається з різною швидкістю у різних місцях на льоду, викликаючи зміни форми.

Сплески вниз відповідають висхідним потокам води, а висхідні сплески відповідають низхідним потокам води. Хвилясті візерунки виникають, коли висхідні потоки і низхідні потоки взаємодіють один з одним.

«Результати нашого дослідження допомагають пояснити деякі характерні форми льоду, що спостерігаються в природі, зокрема так звану вершинну морфологію айсбергів, що складається з гострих шипів або шпилів, і так звані гребінці, що складаються з хвилястих візерунків ям», – заявив Ристроф.

За його словами, ширший контекст роботи пов’язаний із зміною клімату та збільшенням швидкості танення льоду на планеті. Кліматологам важливо знати докладну фізику та математику танення льоду, оскільки вони є ключовими компонентами більших кліматичних моделей.

За матеріалами Science Alert

Фото: Depositphotos