Bilim insanları, Arktik deniz buzunun neden bu kadar garip hareket ettiğini yeni keşfetti

Arktik deniz buzunun hareketi her zaman yalnızca rüzgarın öngördüğü gibi olmaz. UC Riverside liderliğindeki yeni bir araştırma, bu farkı açıklamaya yardımcı olabilecek basit ama gözden kaçan bir süreci öne sürüyor: buz parçaları tekrar tekrar birbirleriyle çarpışıyor.

Bu bulgular, bölgenin ısınmaya devam etmesiyle birlikte bilim insanlarının Arktik’teki deniz buzunun nasıl hareket edeceğine dair tahminlerini iyileştirmelerine yardımcı olabilir.

Physical Review Letters’da yayınlanan çalışma , daha önce UC Riverside’da lisans öğrencisi olan ve şu anda Güney Kaliforniya Üniversitesi’nde görev yapan Bryan Shaddy, UCR malzeme bilimcisi Alex Greaney ve UCR’de makine mühendisliği doçenti Bhargav Rallabandi liderliğinde gerçekleştirildi.

Arktik deniz buzları, hareket eden buz kütlelerinden oluşur.

Arktik deniz buzu, tek bir kesintisiz tabaka halinde değil, buz parçaları olarak bilinen ayrı levhalar halinde bulunur. Bu parçalar birkaç metreden birkaç kilometreye kadar değişen genişlikte olabilir.

Rüzgar, buz parçalarını okyanus üzerinde iterek sürüklenmelerine ve yavaşça birbirinden uzaklaşmalarına neden olur. Rüzgar, deniz buzunun hareketini kontrol eden ana kuvvetlerden biri olmasına rağmen, gözlemler uzun zamandır her şeyi açıklayamadığını göstermiştir.

Buz kütleleri genellikle basit rüzgar tabanlı modellerin öngöremediği hızlarda hareket eder. Ayrıca okyanus üzerinde bu modellerin tahmin ettiğinden çok daha yavaş yayılır.

Bilim insanları, alışılmadık rüzgar davranışı, okyanus girdapları ve buzda oluşan çatlaklar da dahil olmak üzere çeşitli olası açıklamalar öne sürdüler. Yeni araştırma, bu kafa karıştıran desenlerin çoğunun bunun yerine tek bir temel süreçle açıklanabileceğini öne sürüyor: komşu buz parçaları arasındaki çarpışmalar.

Rallabandi, “Eğer çok sayıda buz kütlesi aynı yerde bir araya gelirse ve biraz rüzgar eserse, birbirlerine çarparak komşularına enerji aktarırlar,” dedi. “Bu gözlemleri açıklamak için gereken tek unsurun bu olduğunu gösterdik.”

Kalabalık Bir Buz Sahasının Simülasyonu

Bu fikri test etmek için araştırmacılar, yüzen buzu bir siloda hareket eden taneler gibi ele alan bir bilgisayar modeli oluşturdular. Temel fark, bu tanelerin su üzerinde yüzüyor olması ve türbülanslı rüzgarlar tarafından itiliyor olmasıdır.

Simülasyon, okyanusun sürtünme kuvvetinin yanı sıra buz parçaları arasındaki tekrarlanan çarpışmaları da içermektedir.

Araştırmacılar daha sonra modeli, Grönland ile Norveç’in Svalbard takımadaları arasındaki bir geçit olan Fram Boğazı’ndan alınan gerçek ölçümlerle karşılaştırdılar. Büyük miktarda Arktik deniz buzu, Atlantik Okyanusu’na doğru ilerlerken bu bölgeden geçmektedir.

Model, ölçülen yerel rüzgar ve buz koşullarının yanı sıra, genel sonucu çok az etkileyen yalnızca bir ek parametre kullanarak, daha önce açıklanması zor olan üç gözlemi başarıyla yeniden üretti.

Bu durum, deniz buzunun ne kadar hızlı yayıldığı, tek tek buz parçalarının hareket ettiği hız aralığı ve buz hareketinin saatlerden günlere kadar değişen süreler boyunca nasıl değiştiğiyle örtüşüyordu.

Çarpışmalar Neden Bu Kadar Önemli?

Çarpışmaların güçlü bir etkisi vardır çünkü Arktik deniz buzları çok sıkı bir şekilde bir araya gelebilir.

Yoğun buz alanlarında, tek tek buz parçaları, rüzgarın kendisinin değişmesinden çok daha sık bir şekilde yakındaki parçalara çarpar. Her çarpışma, rüzgar tarafından sağlanan enerjinin bir kısmını ortadan kaldırır ve bir buz parçasının başka bir buz parçasına çarpmadan önce kat edebileceği mesafeyi azaltır.

Bu tekrarlanan itiş kakış, deniz buzunun rüzgara tepki olarak basitçe hızlanıp yayılmaya devam etmemesinin nedenini açıklamaya yardımcı olur.

Bu bulgular, Arktik koşulları geliştikçe deniz buzunun taşınmasına ilişkin tahminleri nihayetinde iyileştirebilir. Buzla kaplı okyanus alanı miktarı ve tek tek buz parçalarının boyutu, çarpışmaların ne sıklıkla meydana geldiğini etkiler. Bu çarpışmalar da buz alanının ne kadar hızlı yayılabileceğini etkiler.

Yeni çerçeve, bu küçük, yerel etkileşimleri çok daha geniş alanlarda meydana gelen hareketlerle ilişkilendiriyor.

İklim Modelleri İçin Olası Bir Araç

Bu çalışma, gelecekteki ısınmanın Arktik deniz buzunun nihai olarak nereye gideceğini tam olarak nasıl değiştireceğini belirlemiyor.

Ancak Rallabandi, modelin bilim insanlarının değişen buz koşullarının buz parçalarının daha kolay dağılmasına ve daha sıcak sulara girerek daha hızlı erimesine olanak sağlayıp sağlamayacağı gibi soruları araştırmalarına yardımcı olabileceğini söyledi.

Bu çalışma iklim modellemesi için de faydalı olabilir.

Küresel iklim modelleri, Arktik’i kaplayan çok sayıda nispeten küçük buz kütlesinin her birini takip edemez. Bunun yerine, bilim insanlarının bu kütlelerin birleşik davranışlarını temsil etmenin yollarına ihtiyaçları vardır. Buz kütlelerinin nasıl etkileşimde bulunduğuna dair fizik tabanlı bir model, aksi takdirde tek tek takip edilemeyecek kadar küçük olan süreçleri yakalamaya yardımcı olabilir.

Rallabandi’ye göre, çalışmanın en önemli yönlerinden biri, nispeten basit bir fiziksel sürecin gerçek dünyada görülen karmaşık hareketleri açıklayabilmesidir.

Deniz Buzunun Ötesine Uzanan Fizik

Aynı prensipler, Kuzey Kutbu’nun çok ötesindeki sistemler için de geçerli olabilir.

Öngörülemeyen bir kuvvet tarafından itilirken çarpışan birçok nesneyi içeren herhangi bir durum benzer şekilde davranabilir. Araştırmacılar, çığlar, toprak kaymaları, malzeme bilimi ve 3D baskıda kullanılan parçacık dolgulu mürekkepler gibi olası uygulamalara işaret ediyor.

Rallabandi, “Bu model sadece buzla sınırlı değil,” dedi. “Sadece gürültülü bir kuvvet kaynağına ve çarpışmaları deneyimleyecek hareket eden şeylere ihtiyaç duyuyor.”