Ученые выяснили, почему переворачиваются айсберги

Автор: Pixabay/CC0 Public Domain

Повышение температуры мирового океана угрожает ускорить таяние и разрушение ледников, что потенциально увеличит количество айсбергов и необходимость лучше понимать их движение и воздействие. В ходе серии экспериментов команда ученых определила некоторые факторы, вызывающие опрокидывание айсбергов, что дает представление о том, как изменение климата может повлиять на земные воды.

«Наше исследование вносит фундаментальный вклад в знания о физике льда, что является жизненно важным фактором здоровья нашей планеты и необходимо для улучшения климатического моделирования и прогнозирования погоды», — объясняет Лейф Ристроф, доцент Курантовского института математических наук Нью-Йоркского университета и старший автор статьи, опубликованной в журнале Physical Review Fluids.

«Эти результаты показывают, как таяние и опрокидывание айсбергов сложным образом взаимосвязаны. Эта информация крайне важна, поскольку таяние льда можно считать "канарейкой в угольной шахте": самым ранним предупреждением о том, когда Земля нагревается или выходит из обычного баланса».

Исследователи, в число которых также вошли Бобэ Джонсон, Цихань Чжан и Элисон Ким из NYU, а также Скотт Уиди из Института Флэтайрон, провели серию экспериментов в Лаборатории прикладной математики университета, воспроизводящих плавающие айсберги.

Для этого они подготовили ледяные блоки в форме длинных цилиндров — устранив пузырьки, которые усложнили бы условия — и поместили их в резервуар с пресной водой комнатной температуры, которая в предыдущих исследованиях доказала свою эффективность для оценки таяния льда. Затем ученые использовали камеры для фиксации скорости и движения таяния и опрокидывания модели айсберга.

«Мы обнаружили, что таяние постепенно изменяет форму льда, который затем резко поворачивается или опрокидывается, прежде чем занять новую ориентацию», — поясняет Ристроф. — «Этот процесс повторяется снова и снова. Обычно мы наблюдаем около 10-15 случаев опрокидывания в течение 30 минут, которые требуются льду для полного таяния».

В ходе этого процесса форма льда значительно меняется, образуя грани и углы, в конечном итоге приобретая сходство с пятиугольником — неожиданный результат.

«Это стало полной неожиданностью, поэтому мы работали над объяснением наблюдений, разрабатывая математическую модель, которая могла бы учесть, как таяние изменяет форму льда и как развивающаяся новая форма может вызывать опрокидывание льда», — говорит Ристроф.

Математическая модель, разработанная на основе экспериментальных данных, включала эффекты сил веса и плавучести на лед, а также гидродинамические силы, обусловленные его движением в воде, и прояснила различные факторы, вызывающие изменение формы и опрокидывание.

«Мы узнали, что таяние в основном происходит вдоль смоченной поверхности льда ниже ватерлинии, в то время как "верхушка" над водой почти не затрагивается, что в конечном итоге делает лед верхне-heavy, так что он теряет гравитационную устойчивость в воде и переворачивается», — рассказывает Ристроф.

«Удивительно, но он имеет тенденцию поворачиваться на особый угол, соответствующий одной пятой полного оборота — и это связано с тем, почему форма в конечном итоге имеет пять сторон».

Больше информации: Bobae Johnson et al, Shape evolution and capsize dynamics of melting ice, Physical Review Fluids (2025). DOI: 10.1103/rc7r-h66q

Источник: New York University

Интересный факт: Айсберги, которые образуются в результате откалывания от ледников, могут достигать колоссальных размеров. Крупнейший из когда-либо зарегистрированных айсбергов, B-15, откололся от шельфового ледника Росса в Антарктиде в 2000 году. Его площадь составляла около 11 000 квадратных километров, что больше территории таких стран, как Ямайка или Кипр.