Πώς προκύπτουν τα σχήματα του λιωμένου πάγου

Έρευνα φυσικών και μαθηματικών του New York University είχε ως αντικείμενο το πώς λιώνει ο πάγος. Για την ακρίβεια, ποιοι παράγοντες προκαλούν τα σχήματα, κατά το λιώσιμο. Γιατί; Είχαν καλούς λόγους.

Οι αποκολλήσεις και το λιώσιμο των παγόβουνων της Ανταρκτικής, εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής, ανησυχούν ιδιαίτερα τους επιστήμονες (και τη NASA) που έχουν προειδοποιήσει πως η συνέπεια είναι η αύξηση στη στάθμη της θάλασσας. Και ο εξαφανισμός παράκτιων περιοχών.

Το πιο πρόσφατο σχετικό μαντάτο αφορά το λιώσιμο στρώματος πάγου στη Γροιλανδία -εξαιτίας της υπερθέρμανσης του πλανήτη-, με πρόσφατη μελέτη να ενημερώνει ότι το λιώσιμο πάγων της συγκεκριμένης περιοχής, κατά τα τελευταία 20 χρόνια είναι αρκετό για να προκαλέσει πλημμύρες σε όλες τις ΗΠΑ -και όχι μόνο.

Με όλα αυτά θα λέγατε πως οποιαδήποτε μελέτη, σχετική με τους πάγους θα είχε ενδιαφέρον.

Oμάδα μαθηματικών και φυσικών του New York University αποφάσισαν να δώσουν μια απάντηση στην κοινή τους απορία. Αφορούσε το πώς λιώνει ο πάγος. Δηλαδή, ποιοι παράγοντες προκαλούν τα σχήματα, κατά το λιώσιμο.

Ο εκ των συγγραφέων της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters και αναπληρωτής καθηγητής μαθηματικών, Leif Ristroph εξήγησε πως “τα σχήματα και τα σχέδια του πάγου είναι ευαίσθητοι δείκτες των περιβαλλοντικών συνθηκών στις οποίες έλιωσε. Μας επιτρέπουν να 'διαβάζουμε' το σχήμα, προκειμένου να συμπεράνουμε παράγοντες, όπως η θερμοκρασία του νερού του περιβάλλοντος”.

Η -επίσης εκ των συγγραφέων της έρευνας- αναπληρώτρια καθηγήτρια φυσικής, Alexandra Zidovska πρόσθεσε ότι “η εργασία μας βοηθά να κατανοήσουμε πώς το λιώσιμο προκαλεί ασυνήθιστα μοτίβα ροής, τα οποία με τη σειρά τους επηρεάζουν το λιώσιμο -μία από τις πολλές πολυπλοκότητες που επηρεάζουν τους πάγους στον πλανήτη μας”. 

Η μελέτη έγινε στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του NYU και το Κέντρο Ερευνών Μαλακής Ύλης. Εκεί η ομάδα των επιστημόνων έκανε σειρά πειραμάτων, ώστε να μελετήσει το λιώσιμο του πάγου και πώς επηρεάζει τη διαδικασία η θερμοκρασία του νερού -ως προς τα σχήματα και τα σχέδια που προκύπτουν. Δημιούργησαν εξαιρετικά καθαρό πάγο, που δεν είχε ακαθαρσίες, τον βύθισαν σε δεξαμενή με νερό τη θερμοκρασία του οποίου άλλαζαν.

“Εστιάσαμε στις χαμηλές θερμοκρασίες -από 0 έως 10 βαθμούς Κελσίου-, στις οποίες λιώνουν συνήθως οι πάγοι στα φυσικά νερά. Είδαμε να σχηματίζεται μια εκπληκτική ποικιλία σχημάτων”. Όπως; “Σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες -κάτω από περίπου 5 βαθμούς C-, τα κομμάτια παίρνουν το σχήμα ακίδας που δείχνει προς τα κάτω. Είναι αρόμοια με ένα παγάκι, αλλά τέλεια λεία.

Στις θερμοκρασίες πάνω από περίπου 7 βαθμούς C, σχηματίζεται το ίδιο βασικό σχήμα, αλλά ανάποδα -η ακίδα δείχνει προς τα πάνω.

“Αυτό συμβαίνει γιατί μεταξύ των θερμοκρασιών, ο πάγος έχει κυματιστά σχέδια που λιώνουν στην επιφάνειά του. Παρόμοια σχέδια, που ονομάζονται "χτένια", βρίσκονται σε παγόβουνα και άλλες επιφάνειες πάγου στη φύση. Αυτές οι διαφορές σχήματος, οφείλονται σε αλλαγές στη ροή του νερού, οι οποίες καθορίζονται από τις θερμοκρασίες τους".

Οι καθ' ύλην αρμόδιοι, πρόσθεσαν ότι το λιώσιμο προκαλεί κλίσεις στη θερμοκρασία του νερού κοντά στον πάγο, γεγονός που κάνει το υγρό σε διαφορετικά σημεία να έχει διαφορετικές πυκνότητες. Αυτό δημιουργεί ροές λόγω της βαρύτητας -το βαρύτερο υγρό βυθίζεται και το ελαφρύτερο ρευστό αυξάνεται. Τέτοιες ροές κατά μήκους της επιφάνειας, οδηγούν σε διαφορετικούς ρυθμούς τήξης σε διάφορα σημεία και επομένως αλλαγές στο σχήμα.

Το περίεργο κομμάτι της φυσικής είναι ότι το νερό, σε υγρή μορφή, έχει μια εξαιρετικά ασυνήθιστη εξάρτηση πυκνότητας από τη θερμοκρασία -ιδιαίτερα τη μέγιστη πυκνότητα στους περίπου 4 βαθμούς Κελσίου. Αυτή η 'ανωμαλία πυκνότητας' κάνει το νερό μοναδικό σε σύγκριση με άλλα υγρά.

Πού ήθελαν όμως, να καταλήξουν οι ερευνητές; “Τα ευρήματα, μας βοηθούν στην εξήγηση ορισμένων χαρακτηριστικών σχημάτων πάγου που παρατηρούνται στη φύση. Συγκεκριμένα της μορφολογίας στην κορυφή των παγόβουνων που αποτελείται από αιχμηρές ακίδες και τα λεγόμενα χτένια είναι από κυματιστά μοτίβα λάκκων.

Το μεγαλύτερο πλαίσιο για αυτό το έργο σχετίζεται με το μεταβαλλόμενο κλίμα της Γης και τον αυξημένο ρυθμό τήξης των πάγων στον πλανήτη μας και για αυτό είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε καλύτερα και λεπτομερώς τη φυσική και τα μαθηματικά της τήξης”.

Ακολουθήστε το News247.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις