Onderzoekers van de Aalto University hebben sterk bewijs gevonden dat warm ijs, dat wil zeggen, ijs dat qua temperatuur zeer dicht bij nul graden Celsius ligt, kan anders breken dan de soorten ijs die doorgaans in laboratoria of in de natuur worden bestudeerd. Een nieuwe studie gepubliceerd in De cryosfeer neemt het fenomeen onder de loep, studeerde aan 's werelds grootste overdekte ijstank op de campus van Aalto.

Begrijpen hoe ijsbreuken cruciaal zijn voor veilige havens en bruggen in koele klimaten, evenals transport door historisch ijszware regio's. Aangezien de opwarming van de aarde veranderingen met zich meebrengt in eens voorspelbare seizoensomstandigheden, de regels die ten grondslag liggen aan infrastructuurtechniek worden over de grenzen en continenten getest.

"We moeten warm ijs bestuderen, want het is wat we in de natuur zien; er is een opwarming van de aarde gaande. De mechanische eigenschappen van ijs en hoe het reageert op kracht kunnen fundamenteel anders zijn als het warm is in plaats van koud, zoals we het traditioneel bestuderen, " zegt Iman El Gharamti, hoofdauteur van de paper en promovendus aan de Aalto University.

Om te bestuderen hoe warm ijs reageert op herhaalde krachtronden - in het veld bekend als cyclische mechanische belasting, die omstandigheden in de natuur simuleert - het team maakte gebruik van de ijstank van Aalto University. 40 meter breed en 40 meter lang, het 2,8 meter diepe bassin wordt beschouwd als het grootste in zijn soort ter wereld.

Typisch, ijsbreuken worden op kleine schaal bestudeerd, vaak slechts 10 tot 20 centimeter lang, bij temperaturen van -10 graden Celsius of kouder. In dit onderzoek, het team gebruikte meer dan een meter dikke ijskappen met zoet water van 3 bij 6 meter. Ze regelden ook nauwkeurig de temperatuur van de omgevingslucht, en het ijs was in bevroren termen, warm op een zwoele -0.3 graden Celsius.

Met een hydraulisch laadapparaat voerde het team meerdere laad- en losrondes uit op het ijs. Huidige kennis in het veld suggereert dat ijs visco-elastisch herstel zal vertonen - los van de onmiddellijke elastische respons, het is een tijdgebonden, vertraagde elastische respons - tussen belastingen, tenminste totdat het apparaat wordt verteld om voldoende kracht uit te oefenen om het ijs volledig te splijten.

Onder de gestelde voorwaarden, echter, het ijs gedroeg zich op een onverwachte manier:het vertoonde enig elastisch herstel maar helemaal geen significant visco-elastisch herstel. In feite, het ijs was permanent vervormd.

"Wat we typisch zien tussen mechanische belastingen is dat het ijs zich herstelt - het springt terug naar de normale formatie totdat we opzettelijk zoveel kracht uitoefenen dat het permanent barst. In ons onderzoek, het ijs werd steeds meer vervormd na elke belasting en we ontdekten geen significant vertraagd elastisch herstel, " legt El Gharamti uit.

De belangrijkste factor lijkt de temperatuur van het ijs te zijn. Dit onderzoek is het eerste dat aantoont dat warm ijs zich op een fundamenteel andere manier kan gedragen dan het koude ijs dat normaal wordt bestudeerd.

"Het feit dat het ijs geen vertraagde elastische respons vertoonde, past niet in ons conventionele begrip van hoe ijs omgaat met herhaalde krachtronden. We denken dat dit komt door hoe het korrelige niveau van ijs zich gedraagt ​​​​als het warm is, maar we moeten nog meer onderzoek doen om erachter te komen wat er aan de hand is, " zegt Jukka Tuhkuri, hoogleraar vaste mechanica aan de Aalto University.

Aangezien er steeds warmere omstandigheden worden verwacht in voorheen ijskoude regio's zoals de Grote Meren of de Oostzee - een van 's werelds drukste zeegebieden - zegt Tuhkuri dat het cruciaal is om de werking van warm ijs te begrijpen.

"Een langdurige meting van de ijsbelasting op een ijsbreker in de Oostzee heeft eerder aangetoond:verrassend genoeg, dat de grootste ijsbelasting plaatsvond in het voorjaar, als het weer warmer wordt. Als onze schepen en infrastructuur zoals bruggen en windturbines zijn ontworpen voor redelijk voorspelbare seizoenen, we moeten weten wat er gebeurt als de opwarming van de aarde nieuwe omstandigheden met zich meebrengt. Het lijkt erop dat de oude regels geen stand kunnen houden, ' zegt Tukhuri.

De bevindingen worden gepubliceerd in De cryosfeer .