Článek
Matematici a výzkumníci klimatu z Utahu vytvářejí nové modely pro pochopení mořského ledu, který není tak pevný, jak si možná myslíte.
Ani zdaleka to není homogenní vrstva zmrzlé vody, která si jen tak pluje na hladině oceánu. Je to dynamická směs vody a ledu.
Mořský led spíše připomíná houbu s malými otvory naplněnými slanou vodou nebo inkluzemi solanky. Když oceánská voda pod ním interaguje s tímto ledem, může podle Goldena vytvořit tok, který umožní teplu rychlejší průchod ledem, stejně jako když zamícháte šálek kávy. Výzkumníci v antarktické studii použili pokročilé matematické nástroje, aby zjistili, jak moc tento tok zvyšuje pohyb tepla.
Nový výzkum generuje nové modely pro pochopení dvou kritických procesů v systému mořského ledu, které mají hluboký vliv na globální klima.
- Tok tepla mořským ledem, který tepelně propojuje oceán a atmosféru.
- A dynamika okrajové ledové zóny neboli MIZ, hadovitá oblast ledové pokrývky arktického moře, která odděluje hustý obalový led od otevřeného oceánu.
Podle Courta Stronga, profesora atmosférických věd, se za posledních čtyřicet let, od doby, kdy se satelitní snímky staly běžně dostupné, se šířka MIZ zvětšila o 40 % a jeho severní okraj se přesunul o 1600 kilometrů na sever.
Také se posunula směrem k pólu, zatímco velikost mořského ledu se zmenšila. Většina těchto změn se stala na podzim, přibližně v době, kdy mořský led dosahuje svého sezónního minima.
Vědci již léta zkoumají mořský led jako takzvanou „kašovitou vrstvu“. Když se kovová slitina taví nebo tuhne z kapaliny, prochází v obou případech porézním, nebo kašovitým stavem, kde vedle sebe existují kapalná a pevná fáze. Podobně probíhá mrznutí slané vody, jehož výsledkem je čistý ledový hostitel s kapalnými kapsami solanky, který je porézní nebo kašovitý zejména ve spodních několika centimetrech nejblíže teplejšímu oceánu, s vertikálními kanálky, kterým se v jazyce kašovité vrstvy říká „komíny“
Příběh dvou studií, jedné severní a druhé jižní
Tato studie, která přizpůsobuje model fázového přechodu běžně používaný pro slitiny a binární roztoky v laboratorním měřítku dynamice MIZ v měřítku Severního ledového oceánu, se objevuje ve vědeckých zprávách.
Druhá studie, publikovaná v Proceedings of the Royal Society A, založená na terénním výzkumu v Antarktidě, vyvinula model pro pochopení tepelné vodivosti mořského ledu. Obálka vydání obsahovala fotografii odhalující pravidelně rozmístěné kanály solanky na dně několika centimetrů antarktického mořského ledu.
Led pokrývající obě polární oblasti v posledních desetiletích prudce ustoupil díky globálnímu oteplování způsobenému člověkem. Jeho zmizení také řídí zpětnou smyčku, kde je otevřeným oceánem absorbováno více sluneční energie, místo aby se odráželo zpět do vesmíru od ledové pokrývky.
Podceněné množství tepla pod mořským ledem
Studie tepelné vodivosti také zjistila, že nový led, na rozdíl od ledu, který zůstává rok co rok zamrzlý, umožňuje větší průtok vody, a tím umožňuje větší přenos tepla.
Současné klimatické modely by mohly podceňovat množství tepla pohybujícího se mořským ledem, protože plně nezohledňují tento vodní tok.
Zlepšením těchto modelů mohou vědci lépe předvídat, jak rychle mořský led taje a jak to ovlivňuje globální klima.
Zatímco aspekty ledu zkoumané v těchto dvou studiích jsou zcela odlišné, matematické principy pro jejich modelování jsou podle Goldena stejné.
„Led není kontinuum.“ Je to hromada krů. Je to kompozitní materiál, stejně jako mořský led s malými inkluzemi solanky, ale toto je voda s inkluzemi ledu,“ řekl Golden, když popsal okrajovou ledovou zónu Arktidy.
Golden rád říká, že co se děje v Arktidě, nezůstane v Arktidě.
Změny v MIZ se jistě odehrávají i jinde ve světě ve formě narušených klimatických vzorců, takže je důležité pochopit, co dělá. Zóna je definována jako ta část povrchu oceánu, kde je 15 % až 80 % pokryté mořským ledem. Tam, kde je ledová pokrývka větší než 80 %, je považovaná za obalový led a méně než 15 % je považovaná za vnější okraje otevřeného oceánu.
Znepokojující pohled z vesmíru
MIZ je oblast kolem okraje mořského ledu, kde se led láme na menší kousky vlnami a taje. Změny v MIZ jsou důležité, protože ovlivňují to, jak teplo proudí mezi oceánem a atmosférou. Zahrnuje chování a pohyb života v Arktidě. Od mikroorganismů po lední medvědy a lidi."
S příchodem kvalitních satelitních dat na konci 70. let 20. století vědecký zájem o MIZ vzrostl, protože nyní jsou jeho změny snadno dokumentovatelné. Strong byl mezi těmi, kteří přišli na to, jak použít snímky pořízené z vesmíru k měření MIZ a zdokumentování alarmujících změn.
„Během posledních několika desetiletí jsme byli svědky rozšíření MIZ o dramatických 40 %,“ řekl Strong.
Strongův tým testoval, zda by dříve modelovaná fyzika kašovité vrstvy mohla být aplikovaná na rozsáhlé oblasti MIZ. Podle studie je odpověď ano, což potenciálně otevírá nový pohled na část Arktidy, která je v neustálém toku.
Stručně řečeno, studie navrhla nový způsob uvažování o MIZ jako o rozsáhlé oblasti fázového přechodu. Na tání se tradičně pohlíželo jako na něco, co se děje v malém měřítku, například na okrajích ledových ker. Ale když se podíváme na Arktidu jako celek, lze MIZ vnímat jako širokou přechodovou zónu mezi pevným, hustým ledovým ledem a otevřenou vodou. Tato myšlenka pomáhá vysvětlit, proč MIZ není jen ostrá hranice, ale spíše „kašovitá“ oblast, kde koexistuje led i voda.
„V klimatologii často používáme velmi složité modely. To může vést k obratným předpovědím, ale také může být obtížné porozumět tomu, co se v systému fyzicky děje,“ řekl Strong. „Cílem bylo vytvořit co nejjednodušší model, který dokáže zachytit změny, které vidíme v MIZ, a poté tento model prostudovat, abychom získali přehled o tom, jak systém funguje a proč se mění.“
Zdroj: EurekAlert, Proceedings of the Royal Society A s otevřeným přístupem, Nature s otevřeným přístupem
