Учёные объяснили очевидное, но ранее необъяснимое: почему хаотичное движение арктических льдов не всегда подчиняется ветру

Фото: Вадим Балакин / GeoPhoto

Арктический морской лёд – это не сплошной панцирь, а множество отдельных льдин, от нескольких метров до нескольких километров в поперечнике, ветер гонит их по океану, заставляя дрейфовать и рассеиваться. И в реальности льдины ведут себя не так, как предсказывают простые математические модели: они двигаются с неожиданно разной скоростью и распространяется гораздо медленнее, чем должны бы под действием одного только ветра. Учёные предлагали различные возможные объяснения этого явления: необычные ветры, океанские вихри, трещины в льдинах. Но новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, даёт один ответ: просто льдины постоянно сталкиваются друг с другом, теряя энергию ветра и меняя направление движения. Об этом сообщила пресс-служба Калифорнийского университета в Риверсайде (США).

Фото: Вадим Балакин / GeoPhoto

Компьютерная модель, реальные измерения и сравнение с песком и зерном

Для понимания хода мысли учёных помогает сравнение движения льжов с песком и зерном: в песочных часах песчинки высыпаются через узкое отверстие и трутся друг о друга, сталкиваясь и передавая энергию соседям, – в итоге движутся медленнее, чем если бы падали поодиночке. То же самое происходит со льдинами.

Исследователи построили компьютерную модель, в которой лёд вёл себя подобно песку в песочных часах и зерну в силосной башне – с той разницей, что частицы-льдины плавают по поверхности воды и их толкает турбулентный ветер. Модель учитывала сопротивление океана и столкновения между льдинами. Затем результаты компьютерного моделирования сравнили с реальными измерениями в проливе Фрама – проходе между Гренландией и Шпицбергеном, через который арктический лёд уходит в Атлантику. Используя только данные о ветре и состоянии льда, модель воспроизвела три ранее необъяснимых наблюдения: как быстро рассеивается лёд, как распределяются скорости льдин и как движение меняется на временных отрезках от часов до суток. Оказалось, причина необъяснимых явлений заключается в том, что арктические льды могут быть очень плотными, а в концентрированных ледовых полях льдины сталкиваются чаще, чем меняется ветер. Каждое столкновение рассеивает часть энергии, полученной от ветра, и сокращает путь, который льдина может пройти свободно, прежде чем встретит соседнюю. 

Почему это открытие полезно

Понимание поведения льдов может помочь прогнозировать его движения по мере потепления Арктики: не предсказывая напрямую, как изменятся маршруты, но влияя на дальнейшие исследования – например, того, могут ли льдины при смене условий рассеиваться быстрее, достигать более тёплых вод, где скорее растают.

К тому же найденная учёными закономерность применима и за пределами Арктики. Любая система, где множество объектов сталкивается под действием непредсказуемой силы, может вести себя похожим образом. В природе это, к примеру, снежные лавины и оползни, в материаловедении – сыпучие материалы, в прикладных областях – чернила с частицами для 3D-печати и т.д. По словам исследователей, модель не ограничена льдом, – ей нужна лишь сила, которая действует хаотично, и объекты, которые сталкиваются друг с другом.