Αυτές οι διαπιστώσεις αναμένεται να συνδράμουν στην ακριβέστερη πρόβλεψη της μετακίνησης των πάγων στην Αρκτική, καθώς η άνοδος της θερμοκρασίας συνεχίζεται.
Η πορεία του θαλάσσιου πάγου στην Αρκτική δεν ακολουθεί πάντοτε τις κατευθύνσεις που επιβάλλει ο άνεμος.
Πρόσφατη επιστημονική έρευνα από το UC Riverside αποκαλύπτει ότι ένας απλός αλλά παραμελημένος παράγοντας εξηγεί αυτή την απόκλιση: οι συνεχείς προσκρούσεις ανάμεσα στα μεμονωμένα κομμάτια πάγου.
Η βελτίωση των προβλέψεων
Αυτές οι διαπιστώσεις αναμένεται να συνδράμουν στην ακριβέστερη πρόβλεψη της μετακίνησης των πάγων στην Αρκτική, καθώς η άνοδος της θερμοκρασίας συνεχίζεται.
Η σχετική μελέτη, η οποία φιλοξενήθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters, πραγματοποιήθηκε από τον Bryan Shaddy, πρώην φοιτητή του UC Riverside που πλέον βρίσκεται στο University of Southern California, σε συνεργασία με τον επιστήμονα υλικών Alex Greaney και τον αναπληρωτή καθηγητή μηχανολογίας Bhargav Rallabandi από το UCR.
Ο θαλάσσιος πάγος της Αρκτικής αποτελείται από κινούμενα κομμάτια πάγου
Αντί για μια συμπαγή και ενιαία επιφάνεια, το κάλυμμα πάγου της Αρκτικής απαρτίζεται από ανεξάρτητες πλάκες.
Το μέγεθος αυτών των τμημάτων κυμαίνεται από μερικά μέτρα έως αρκετά χιλιόμετρα.
Οι αέριες μάζες σπρώχνουν τα κομμάτια πάνω στον ωκεανό, παρασύροντάς τα σε μια αργή μετατόπιση.
Παρά το γεγονός ότι ο άνεμος συνιστά τη βασική κινητήρια δύναμη, οι παρατηρήσεις των ειδικών επιβεβαιώνουν από καιρό ότι δεν αρκεί για να ερμηνεύσει τη συνολική συμπεριφορά τους.
Συχνά, η ταχύτητα των πάγων διαφέρει από τις εκτιμήσεις των απλών αιολικών μοντέλων, ενώ παράλληλα η διασπορά τους στον ωκεανό γίνεται με πολύ πιο βραδύ ρυθμό.
Αν και κατά καιρούς επιστρατεύθηκαν θεωρίες για ασταθείς ανέμους, θαλάσσια ρεύματα και ρωγμές, η νέα μελέτη δείχνει ότι η απάντηση βρίσκεται στις αλλεπάλληλες συγκρούσεις μεταξύ των επιπλεόντων τμημάτων.
Όπως επισημαίνει ο Rallabandi, όταν συνωστίζεται μεγάλος αριθμός πάγων στην ίδια περιοχή υπό την επίδραση του ανέμου, η μεταξύ τους σύγκρουση μεταφέρει ενέργεια από το ένα κομμάτι στο άλλο. Αυτός ο μηχανισμός αποδείχθηκε το μοναδικό απαραίτητο στοιχείο για να δικαιολογηθούν οι αποκλίσεις των παρατηρήσεων.
Προσομοίωση ενός πληθωρικού πεδίου πάγου
Για την επαλήθευση της θεωρίας, κατασκευάστηκε ένα ψηφιακό μοντέλο που προσομοιώνει τη συμπεριφορά του πάγου με τρόπο ανάλογο με τη ροή κόκκων σε ένα σιλό, με τη διαφορά ότι εδώ οι κόκκοι επιπλέουν και κινούνται από ισχυρούς ανέμους.
Το μοντέλο υπολογίζει την αντίσταση του νερού αλλά και τις ασταμάτητες προσκρούσεις μεταξύ των κομματιών.
Τα δεδομένα της προσομοίωσης συγκρίθηκαν με πραγματικές μετρήσεις από το Fram Strait, το θαλάσσιο πέρασμα ανάμεσα στην Γροιλανδία και το αρχιπέλαγος Svalbard της Νορβηγίας, από όπου τεράστιες μάζες αρκτικού πάγου διοχετεύονται προς τον Ατλαντικό Ωκεανό.
Εισάγοντας τις τοπικές αιολικές και παγετωνικές συνθήκες και μία μόνο πρόσθετη δευτερεύουσα μεταβλητή, το μοντέλο ερμήνευσε πλήρως τρία φαινόμενα που μέχρι πρότινος προβλημάτιζαν την επιστημονική κοινότητα: τον ρυθμό εξάπλωσης του πάγου, το εύρος των ταχυτήτων μετακίνησης και τις μεταβολές της κίνησης σε κλίμακα ωρών έως και ημερών.
Γιατί οι συγκρούσεις έχουν τόσο μεγάλη σημασία
Η επίδραση των συγκρούσεων είναι καταλυτική λόγω της πυκνής διάταξης του αρκτικού πάγου.
Στις περιοχές υψηλής συγκέντρωσης, οι προσκρούσεις ανάμεσα σε γειτονικά κομμάτια είναι ασύγκριτα πιο συχνές από τις αλλαγές στην ένταση του ανέμου.
Κάθε πρόσκρουση απορροφά ένα μέρος της αιολικής ενέργειας, περιορίζοντας την απόσταση που μπορεί να διανύσει ένα κομμάτι πριν χτυπήσει το επόμενο.
Αυτό το φαινόμενο εξηγεί γιατί ο πάγος δεν επιταχύνει αδιάκοπα ούτε απλώνεται ανεξέλεγκτα λόγω του ανέμου.
Τα νέα στοιχεία αναμένεται να αναβαθμίσουν την ακρίβεια των προβλέψεων για τη μεταφορά του πάγου στις μεταβαλλόμενες συνθήκες της Αρκτικής, καθώς τόσο η έκταση της κάλυψης όσο και το μέγεθος των κομματιών καθορίζουν τη συχνότητα των συγκρούσεων και, κατά συνέπεια, την ταχύτητα εξάπλωσης του παγοπεδίου.
Η νέα προσέγγιση συνδέει επιτυχώς τις μικροσκοπικές, τοπικές αλληλεπιδράσεις με τις κινήσεις που εκδηλώνονται σε ευρύτερη γεωγραφική κλίμακα.
Ένα πιθανό εργαλείο για κλιματικά μοντέλα
Αν και η έρευνα δεν προσδιορίζει με ακρίβεια πώς η παγκόσμια θέρμανση θα επηρεάσει την τελική κατάληξη των πάγων, ο Rallabandi σημειώνει ότι το μοντέλο προσφέρει τη δυνατότητα να εξεταστεί αν οι νέες συνθήκες θα διευκολύνουν τη μεταφορά των πάγων σε θερμότερα ύδατα, επιταχύνοντας το λιώσιμό τους.
Επιπλέον, τα ευρήματα μπορούν να αξιοποιηθούν στη συνολική κλιματική μοντελοποίηση.
Καθώς τα παγκόσμια μοντέλα αδυνατούν να καταγράψουν ξεχωριστά κάθε μικρό κομμάτι πάγου στην Αρκτική, είναι αναγκαία η αποτύπωση της συνολικής συμπεριφοράς τους.
Ένα μοντέλο που βασίζεται στους νόμους της φυσικής για τις αλληλεπιδράσεις των πάγων μπορεί να ενσωματώσει διεργασίες που μέχρι σήμερα ήταν αδύνατον να παρακολουθηθούν μεμονωμένα.
Σύμφωνα με τον Rallabandi, το πιο αξιοσημείωτο συμπέρασμα είναι ότι ένας σχετικά απλός φυσικός μηχανισμός αρκεί για να εξηγήσει εξαιρετικά σύνθετες κινήσεις στον πραγματικό κόσμο.
Φυσική που εκτείνεται πέρα από τον θαλάσσιο πάγο
Οι ίδιοι φυσικοί νόμοι βρίσκουν εφαρμογή και σε πεδία πολύ διαφορετικά από την Αρκτική.
Κάθε σύστημα που περιλαμβάνει πληθώρα αντικειμένων τα οποία συγκρούονται ενώ δέχονται την ώθηση μιας αστάθμητης δύναμης εμφανίζει ανάλογη συμπεριφορά.
Οι ερευνητές επισημαίνουν πιθανές εφαρμογές σε φαινόμενα όπως οι χιονοστιβάδες, οι κατολισθήσεις, η επιστήμη των υλικών, αλλά και στα ειδικά μελάνια με σωματίδια που χρησιμοποιούνται στην τρισδιάστατη εκτύπωση.
www.bankingnews.gr
Πρόσφατη επιστημονική έρευνα από το UC Riverside αποκαλύπτει ότι ένας απλός αλλά παραμελημένος παράγοντας εξηγεί αυτή την απόκλιση: οι συνεχείς προσκρούσεις ανάμεσα στα μεμονωμένα κομμάτια πάγου.
Η βελτίωση των προβλέψεων
Αυτές οι διαπιστώσεις αναμένεται να συνδράμουν στην ακριβέστερη πρόβλεψη της μετακίνησης των πάγων στην Αρκτική, καθώς η άνοδος της θερμοκρασίας συνεχίζεται.
Η σχετική μελέτη, η οποία φιλοξενήθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters, πραγματοποιήθηκε από τον Bryan Shaddy, πρώην φοιτητή του UC Riverside που πλέον βρίσκεται στο University of Southern California, σε συνεργασία με τον επιστήμονα υλικών Alex Greaney και τον αναπληρωτή καθηγητή μηχανολογίας Bhargav Rallabandi από το UCR.
Ο θαλάσσιος πάγος της Αρκτικής αποτελείται από κινούμενα κομμάτια πάγου
Αντί για μια συμπαγή και ενιαία επιφάνεια, το κάλυμμα πάγου της Αρκτικής απαρτίζεται από ανεξάρτητες πλάκες.
Το μέγεθος αυτών των τμημάτων κυμαίνεται από μερικά μέτρα έως αρκετά χιλιόμετρα.
Οι αέριες μάζες σπρώχνουν τα κομμάτια πάνω στον ωκεανό, παρασύροντάς τα σε μια αργή μετατόπιση.
Παρά το γεγονός ότι ο άνεμος συνιστά τη βασική κινητήρια δύναμη, οι παρατηρήσεις των ειδικών επιβεβαιώνουν από καιρό ότι δεν αρκεί για να ερμηνεύσει τη συνολική συμπεριφορά τους.
Συχνά, η ταχύτητα των πάγων διαφέρει από τις εκτιμήσεις των απλών αιολικών μοντέλων, ενώ παράλληλα η διασπορά τους στον ωκεανό γίνεται με πολύ πιο βραδύ ρυθμό.
Αν και κατά καιρούς επιστρατεύθηκαν θεωρίες για ασταθείς ανέμους, θαλάσσια ρεύματα και ρωγμές, η νέα μελέτη δείχνει ότι η απάντηση βρίσκεται στις αλλεπάλληλες συγκρούσεις μεταξύ των επιπλεόντων τμημάτων.
Όπως επισημαίνει ο Rallabandi, όταν συνωστίζεται μεγάλος αριθμός πάγων στην ίδια περιοχή υπό την επίδραση του ανέμου, η μεταξύ τους σύγκρουση μεταφέρει ενέργεια από το ένα κομμάτι στο άλλο. Αυτός ο μηχανισμός αποδείχθηκε το μοναδικό απαραίτητο στοιχείο για να δικαιολογηθούν οι αποκλίσεις των παρατηρήσεων.
Προσομοίωση ενός πληθωρικού πεδίου πάγου
Για την επαλήθευση της θεωρίας, κατασκευάστηκε ένα ψηφιακό μοντέλο που προσομοιώνει τη συμπεριφορά του πάγου με τρόπο ανάλογο με τη ροή κόκκων σε ένα σιλό, με τη διαφορά ότι εδώ οι κόκκοι επιπλέουν και κινούνται από ισχυρούς ανέμους.
Το μοντέλο υπολογίζει την αντίσταση του νερού αλλά και τις ασταμάτητες προσκρούσεις μεταξύ των κομματιών.
Τα δεδομένα της προσομοίωσης συγκρίθηκαν με πραγματικές μετρήσεις από το Fram Strait, το θαλάσσιο πέρασμα ανάμεσα στην Γροιλανδία και το αρχιπέλαγος Svalbard της Νορβηγίας, από όπου τεράστιες μάζες αρκτικού πάγου διοχετεύονται προς τον Ατλαντικό Ωκεανό.
Εισάγοντας τις τοπικές αιολικές και παγετωνικές συνθήκες και μία μόνο πρόσθετη δευτερεύουσα μεταβλητή, το μοντέλο ερμήνευσε πλήρως τρία φαινόμενα που μέχρι πρότινος προβλημάτιζαν την επιστημονική κοινότητα: τον ρυθμό εξάπλωσης του πάγου, το εύρος των ταχυτήτων μετακίνησης και τις μεταβολές της κίνησης σε κλίμακα ωρών έως και ημερών.
Γιατί οι συγκρούσεις έχουν τόσο μεγάλη σημασία
Η επίδραση των συγκρούσεων είναι καταλυτική λόγω της πυκνής διάταξης του αρκτικού πάγου.
Στις περιοχές υψηλής συγκέντρωσης, οι προσκρούσεις ανάμεσα σε γειτονικά κομμάτια είναι ασύγκριτα πιο συχνές από τις αλλαγές στην ένταση του ανέμου.
Κάθε πρόσκρουση απορροφά ένα μέρος της αιολικής ενέργειας, περιορίζοντας την απόσταση που μπορεί να διανύσει ένα κομμάτι πριν χτυπήσει το επόμενο.
Αυτό το φαινόμενο εξηγεί γιατί ο πάγος δεν επιταχύνει αδιάκοπα ούτε απλώνεται ανεξέλεγκτα λόγω του ανέμου.
Τα νέα στοιχεία αναμένεται να αναβαθμίσουν την ακρίβεια των προβλέψεων για τη μεταφορά του πάγου στις μεταβαλλόμενες συνθήκες της Αρκτικής, καθώς τόσο η έκταση της κάλυψης όσο και το μέγεθος των κομματιών καθορίζουν τη συχνότητα των συγκρούσεων και, κατά συνέπεια, την ταχύτητα εξάπλωσης του παγοπεδίου.
Η νέα προσέγγιση συνδέει επιτυχώς τις μικροσκοπικές, τοπικές αλληλεπιδράσεις με τις κινήσεις που εκδηλώνονται σε ευρύτερη γεωγραφική κλίμακα.
Ένα πιθανό εργαλείο για κλιματικά μοντέλα
Αν και η έρευνα δεν προσδιορίζει με ακρίβεια πώς η παγκόσμια θέρμανση θα επηρεάσει την τελική κατάληξη των πάγων, ο Rallabandi σημειώνει ότι το μοντέλο προσφέρει τη δυνατότητα να εξεταστεί αν οι νέες συνθήκες θα διευκολύνουν τη μεταφορά των πάγων σε θερμότερα ύδατα, επιταχύνοντας το λιώσιμό τους.
Επιπλέον, τα ευρήματα μπορούν να αξιοποιηθούν στη συνολική κλιματική μοντελοποίηση.
Καθώς τα παγκόσμια μοντέλα αδυνατούν να καταγράψουν ξεχωριστά κάθε μικρό κομμάτι πάγου στην Αρκτική, είναι αναγκαία η αποτύπωση της συνολικής συμπεριφοράς τους.
Ένα μοντέλο που βασίζεται στους νόμους της φυσικής για τις αλληλεπιδράσεις των πάγων μπορεί να ενσωματώσει διεργασίες που μέχρι σήμερα ήταν αδύνατον να παρακολουθηθούν μεμονωμένα.
Σύμφωνα με τον Rallabandi, το πιο αξιοσημείωτο συμπέρασμα είναι ότι ένας σχετικά απλός φυσικός μηχανισμός αρκεί για να εξηγήσει εξαιρετικά σύνθετες κινήσεις στον πραγματικό κόσμο.
Φυσική που εκτείνεται πέρα από τον θαλάσσιο πάγο
Οι ίδιοι φυσικοί νόμοι βρίσκουν εφαρμογή και σε πεδία πολύ διαφορετικά από την Αρκτική.
Κάθε σύστημα που περιλαμβάνει πληθώρα αντικειμένων τα οποία συγκρούονται ενώ δέχονται την ώθηση μιας αστάθμητης δύναμης εμφανίζει ανάλογη συμπεριφορά.
Οι ερευνητές επισημαίνουν πιθανές εφαρμογές σε φαινόμενα όπως οι χιονοστιβάδες, οι κατολισθήσεις, η επιστήμη των υλικών, αλλά και στα ειδικά μελάνια με σωματίδια που χρησιμοποιούνται στην τρισδιάστατη εκτύπωση.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών