Столкновения отдельных льдин помогают объяснить, почему арктический морской лёд движется не так, как предсказывают модели, учитывающие только ветер. К такому выводу пришли исследователи Калифорнийского университета в Риверсайде. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters и могут повысить точность прогнозов перемещения льда в условиях потепления Арктики.
Арктический лёд представляет собой не сплошной покров, а множество отдельных фрагментов — льдин размером от нескольких метров до нескольких километров. Ветер перемещает их по океану и постепенно раздвигает, однако наблюдения показывают, что скорость движения и темпы распространения льда часто не совпадают с расчётами простых моделей. Ранее среди возможных причин называли особенности ветра, океанские вихри и трещины в ледяном покрове.
Авторы исследования предположили, что ключевую роль могут играть повторяющиеся удары соседних льдин друг о друга. «Если в одном месте собирается много льдин и дует ветер, они сталкиваются и передают энергию соседям», — сказал доцент кафедры машиностроения Калифорнийского университета в Риверсайде Бхаргав Раллабанди. По его словам, проведённая работа показала, что для объяснения наблюдаемых особенностей достаточно учитывать именно этот процесс.
Для проверки гипотезы учёные разработали компьютерную модель, в которой движение льдин сравнивается с перемещением зёрен в силосе. Отличие состоит в том, что ледяные фрагменты находятся на воде и испытывают воздействие турбулентного ветра. В расчёты включили сопротивление океана и многочисленные столкновения между льдинами, а затем сопоставили результаты с измерениями во Фрамском проливе между Гренландией и норвежским архипелагом Шпицбергеном, через который лёд направляется в Атлантический океан.
Модель использовала реальные данные о местном ветре и состоянии льда, а также один дополнительный параметр, почти не повлиявший на общий результат. Она воспроизвела три ранее труднообъяснимых явления: скорость распространения ледяного покрова, диапазон скоростей отдельных льдин и изменения характера движения на интервалах от нескольких часов до нескольких дней. В плотных ледяных полях столкновения происходят чаще, чем меняется ветер, поэтому каждое из них отнимает часть переданной ветром энергии и сокращает путь льдины до следующего удара.
Исследователи считают, что такой подход может пригодиться климатическим моделям, которые не способны отслеживать каждую из многочисленных небольших льдин Арктики. Частота столкновений зависит от площади океана, занятой льдом, и размеров самих фрагментов, а эти взаимодействия влияют на скорость распространения ледяного поля. Как сообщает ScienceDaily, аналогичные принципы могут применяться не только к морскому льду, но и к лавинам, оползням, материаламедению и наполненным частицами чернилам для 3D-печати. «Модель не ограничивается льдом. Ей нужны лишь непредсказуемый источник силы и движущиеся объекты, которые сталкиваются», — отметил Раллабанди.