Als de lente in het noordpoolgebied komt, het uiteenvallen van de koude winterijskappen begint aan de oppervlakte met de vorming van smeltvijvers. Deze poelen van gesmolten sneeuw en ijs verdonkeren het oppervlak van het ijs, het verhogen van de hoeveelheid zonne-energie die de ijskap absorbeert en het versnellen van smelten. Een team, waaronder de wiskundige Kenneth Golden van de Universiteit van Utah, heeft bepaald hoe deze smeltvijvers ontstaan, het oplossen van een paradoxaal mysterie van hoe een plas water eigenlijk bovenop zeer poreus ijs zit. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Journal of Geophysical Research - Oceanen .

"Hier krijgen we deze fundamentele puzzel voorgeschoteld, " zegt Golden. "Hoe vorm je in hemelsnaam vijvers? Wanneer ze zich vormen, hoe diep ze zijn, en hun oppervlakte is absoluut cruciaal voor hoe het ijs zal smelten."

Golden bestudeert de dynamiek van zee-ijs, dat is een samengesteld systeem van vaste stoffen en vloeistoffen met verschillende saliniteit en chemie. Smeltvijvers zijn een focus van zijn onderzoek omdat ze een dramatische invloed hebben op het albedo, of reflectie, van het zee-ijs, een van de belangrijkste parameters in klimaatmodellering. Ze kunnen ook meer licht door het ijs laten doordringen, waardoor algen zich kunnen vermenigvuldigen in het zeewater eronder.

In 2014, Gouden, samen met studie eerste auteur Chris Polashenski van het US Army Corps of Engineers Cold Regions Research and Engineering Laboratory en collega's reisden aan boord van de U.S. Coast Guard cutter Healy naar de Chukchi Zee, tussen Alaska en Siberië, om enorme algenbloei onder het ijs te onderzoeken, die voor het eerst was waargenomen in 2011. Als onderdeel van hun onderzoek moesten ze de doorlaatbaarheid van het ijs meten. Permeabiliteit is een maat voor hoe goed onderling verbonden holtes en kanalen in een materiaal vloeistof doorlaten.

Hun eerste poging bestond uit het boren van een gat in het ijs beneden het 'vrijboordniveau', " of watertafel, om te zien hoe snel het water het gat weer vulde.

"Het liep in ongeveer anderhalve seconde vol tot het vrijboordniveau, "Goud zegt, wat aangeeft dat het ijs te doorlatend was om een ​​meting uit te voeren. Volgende, het team probeerde water aan het gat toe te voegen om te zien hoe snel het waterpeil weer in evenwicht kwam met het vrijboordniveau. Ze planden verschillende pogingen, en merkte dat bij de tweede poging, het waterpeil zakte veel langzamer dan bij de eerste poging.

"En toen was de derde keer de charme, "zegt Golden. Het team heeft water in het gat gegoten en het niveau zakte helemaal niet. "We hebben een smeltvijver gevormd!", zegt hij.

Gefascineerd, het team testte verschillende niveaus van waterzoutgehalte in boorgaten en gebruikte kleurstoffen om de voortgang van het water door het ijs te volgen. (Het team gebruikte rode en groene kleurstof uit de Healy's keuken, Goud zegt). Al hun experimenten wezen op een duidelijk mechanisme voor de vorming van smeltvijvers.

"Het vriespunt van het verse smeltwater van sneeuw is nul Celsius, " zegt Golden. "Maar het ijs zelf is misschien -1 of -1,5. Het vriespunt van zeewater is -1,8. Dus eigenlijk, je krijgt deze infusie van zoet water en er is genoeg kou om de poriën te verstoppen. Je verlaagt de doorlaatbaarheid van het ijs door dit proces van het bevriezen van zoetwaterpluggen in de poreuze microstructuur." Met verminderde doorlaatbaarheid, het smeltwater kan een plas vormen bovenop het ijs.

anderen, waaronder Polashenski, had gespeculeerd dat een dergelijk proces achter de vorming van smeltvijvers zou kunnen zitten, Gouden zegt, maar dat zijn team op het juiste moment op de juiste plaats was met de juiste apparatuur om het verhaal in het veld samen te stellen. Hopelijk, hij zegt, het begrijpen van de omstandigheden die leiden tot de vorming van smeltvijvers kan wetenschappers helpen te voorspellen waar en wanneer vijvers kunnen ontstaan ​​als de Arctische temperaturen blijven stijgen.