Tijdens de 73e jaarlijkse bijeenkomst van de afdeling Fluid Dynamics van de American Physical Society, onderzoekers deelden nieuwe inzichten in smeltende ijsbergen en ijsvorming in meren.

Eric Hester heeft de afgelopen drie jaar op ijsbergen gejaagd. Een afgestudeerde wiskundestudent aan de Universiteit van Sydney in Australië, Hester en onderzoekers van het Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts bestuderen hoe de vorm van een ijsberg vorm geeft aan de manier waarop hij smelt.

"IJs vervormt als het smelt, " zei fysiek oceanograaf Claudia Cenedese, die met Hester aan het project heeft gewerkt. "Het maakt deze hele rare vormen, vooral aan de onderkant zoals de manier waarop de wind een berg vormt op een langere tijdschaal."

Tijdens de 73e jaarlijkse bijeenkomst van de afdeling Fluid Dynamics van de American Physical Society, Hester presenteerde resultaten van de experimenten van zijn groep om te begrijpen hoe smelten de gezichtsveranderende grens van een krimpende ijsberg verandert - en hoe die veranderingen op hun beurt het smelten beïnvloeden.

De dynamiek van het smelten van ijsbergen ontbreekt in de meeste klimaatmodellen, zei Cendese. Het opnemen ervan zou kunnen helpen bij het voorspellen:ijsbergen pompen zoet water van ijskappen in oceanen, het stimuleren van gemeenschappen van levende organismen. IJsbergen zijn de dominante bron van zoet water in de fjorden van Groenland en dragen in belangrijke mate bij aan zoetwaterverlies op Antarctica. IJsbergen spelen een cruciale rol in het klimaat, Cenedese zei, en mag niet worden verwaarloosd in modellen. De fysica van smeltend ijs is goed begrepen, en sommige modellen simuleren het nauwkeurig, ze zei. Anderen niet. "Maar wat je in die simulaties niet kunt doen, is de vorm van het ijs veranderen."

IJsbergen vormen met een breed scala aan vormen en maten, Hester zei, en verschillende thermodynamische processen beïnvloeden verschillende oppervlakken. De basis, ondergedompeld in water, smelt niet op dezelfde manier als de zijkant. "En elk gezicht smelt niet gelijkmatig, ", voegde Cenedese eraan toe.

Hester voerde zijn experimenten uit door een geverfd blok ijs onder te dompelen in een goot met een gecontroleerde stroom van water langs, en het zien smelten. Hij en zijn collega's ontdekten dat de zijde die naar een stroom is gericht sneller smelt dan zijden die parallel aan de stroming lopen. Door experimentele en numerieke benaderingen te combineren, Hester en zijn medewerkers brachten de relatieve invloeden in kaart van factoren zoals relatieve watersnelheid en aspectverhouding, of de verhouding tussen hoogte en breedte aan een zijde. Niet verrassend, ze ontdekten dat de bodem de laagste smeltsnelheid had.

Cenedese zei dat het project van Hester medewerkers uit verschillende disciplines en landen samenbrengt, en dat voor zo'n interdisciplinair project een diverse samenwerking nodig was. "In afzondering werken is in dit geval niet zo productief."

Andere studies die op de conferentie werden besproken, waren gericht op ijsvorming, in plaats van te smelten. Tijdens een sessie over met deeltjes beladen stromen, ingenieur Jiarong Hong van het St. Anthony Falls Laboratory aan de Universiteit van Minnesota, in Minneapolis, bespraken resultaten van experimenten die laten zien hoe turbulentie zowel de snelheid als de verspreiding van sneeuw beïnvloedt als deze valt en neerdaalt. De bevindingen kunnen wetenschappers ook helpen de neerslag beter te begrijpen, zei Hong.

Een ander project, gepresenteerd door natuurkundige Chao Sun van de Tsinghua University in China en zijn groep tijdens een sessie over door convectie en drijfvermogen aangedreven stromingen, gericht op ijsvorming in meren.

Werken aan een subsidie ​​van de Natural Science Foundation of China met Ziqi Wang van Tsinghua University, Enrico Calzavarini van de Universiteit van Lille in Frankrijk, en Federico Toschi van de Technische Universiteit Eindhoven in Nederland, Sun liet zien hoe de vorming van ijs op een meer nauw verbonden is met de vloeistofdynamica van het water eronder.

Een meer kan waterlagen van verschillende dichtheden en temperaturen bevatten. "De afwijkingen in de waterdichtheid kunnen een uitgebreide vloeistofdynamica veroorzaken onder een bewegend ijsfront en kunnen het systeemgedrag drastisch veranderen, "zei Sun. "Dit is vaak genegeerd in eerdere studies."

Sun's groep combineerde fysieke experimenten, numerieke simulaties, en theoretische modellen om het verband tussen het ijs en (turbulente) convectieve stromingen te onderzoeken. Ze identificeerden vier verschillende regimes van verschillende stromingsdynamiek, die elk op hun eigen manier in wisselwerking staan ​​met andere lagen en het ijs. Zelfs met die complexiteit, Hoewel, de groep ontwikkelde een nauwkeurig theoretisch model dat in toekomstige studies zou kunnen worden gebruikt.

"Het maakte een eerlijke voorspelling van de dikte van de ijslaag en van de ijstijd, " zei Zon.

Omdat de vorming en het smelten van ijs zo'n cruciale rol speelt in het klimaat, hij zei, een beter begrip van de vloeistofdynamica achter het proces zou onderzoekers kunnen helpen om de markers van een opwarmende wereld nauwkeurig te identificeren en te bestuderen. "De tijd dat ijs zich vormt en smelt, bijvoorbeeld, zou mogelijk een indicator kunnen zijn voor klimaatverandering."