Arktikas jūras ledus ne vienmēr pārvietojas tā, kā to paredzētu vēja virziens un stiprums. Jauns Kalifornijas Universitātes Riversaidas (UCR) vadīts pētījums liecina, ka šo atšķirību var izskaidrot salīdzinoši vienkāršs, taču iepriekš nepietiekami novērtēts process — atsevišķu ledus gabalu atkārtotas sadursmes.

Pētījuma rezultāti nākotnē varētu palīdzēt precīzāk prognozēt jūras ledus pārvietošanos Arktikā, reģionam turpinot sasilt. Darbs publicēts žurnālā Physical Review Letters. To vadīja Braiens Šadijs, bijušais UCR students, kurš tagad strādā Dienvidkalifornijas Universitātē, kopā ar UCR materiālzinātnieku Aleksu Grīniju un mehānikas inženierijas asociēto profesoru Bhargavu Rallabandi.

Kāpēc vēja modeļi nespēj izskaidrot visu

Arktikas jūras ledus nav viena nepārtraukta sega. To veido atsevišķas plāksnes jeb floes — no dažiem metriem līdz vairākiem kilometriem plati ledus gabali. Vējš tos stumj pāri okeānam, liekot dreifēt un pakāpeniski attālināties citam no cita.

Tomēr novērojumi jau ilgstoši liecina, ka vējš viens pats neizskaidro ledus kustību. Ledus mēdz pārvietoties ar ātrumu, ko vienkārši vēja modeļi neparedz, turklāt tas izplešas pāri okeānam daudz lēnāk, nekā šādi modeļi prognozē. Iepriekš pētnieki apsvēra vairākus iespējamos skaidrojumus, tostarp neparastu vēja uzvedību, okeāna virpuļus un plaisas ledū.

Jaunais pētījums norāda, ka daudzus no šiem modeļiem mulsinošajiem novērojumiem var izskaidrot ar sadursmēm starp blakus esošajiem ledus gabaliem. “Ja vienā vietā kopā atrodas daudz ledus gabalu un pūš vējš, tie saduras un nodod enerģiju kaimiņiem,” sacīja Rallabandi. “Mēs parādījām, ka šī ir vienīgā sastāvdaļa, kas nepieciešama, lai izskaidrotu šos novērojumus.”

Datorsimulācija atveidoja ledus kustību

Lai pārbaudītu šo ideju, pētnieki izveidoja datormodeli, kurā peldošais ledus tiek aplūkots līdzīgi graudiem, kas pārvietojas tvertnē. Atšķirībā no graudiem ledus gabali peld uz ūdens un tos ietekmē turbulents vējš. Simulācijā tika ņemta vērā gan okeāna radītā pretestība, gan atkārtotas sadursmes starp floēm.

Pēc tam modeli salīdzināja ar reāliem mērījumiem Frama šaurumā — jūrasceļā starp Grenlandi un Norvēģijai piederošo Svalbāras arhipelāgu. Caur šo reģionu liels daudzums Arktikas jūras ledus pārvietojas Atlantijas okeāna virzienā.

Izmantojot izmērītos vietējos vēja un ledus apstākļus, kā arī tikai vienu papildu parametru, kas būtiski neietekmēja kopējo rezultātu, modelis veiksmīgi atveidoja trīs iepriekš grūti izskaidrojamas parādības. Tas precīzi parādīja, cik ātri jūras ledus izplešas, kāds ir atsevišķu floju kustības ātrumu diapazons un kā ledus kustība mainās laika posmos no dažām stundām līdz vairākām dienām.

Sadursmēm ir liela nozīme tāpēc, ka Arktikas jūras ledus var kļūt ļoti blīvi saspiests. Blīvos ledus laukos atsevišķi gabali saduras ar tuvumā esošajiem daudz biežāk, nekā mainās pats vējš. Katra sadursme noņem daļu vēja pievadītās enerģijas un samazina attālumu, ko ledus gabals var veikt, pirms tas atkal atsitas pret citu gabalu. Šī atkārtotā grūstīšanās palīdz izskaidrot, kāpēc ledus, vējam pastiprinoties vai turpinoties, nevis vienkārši paātrinās un izplešas.

Iespējamā nozīme klimata modeļiem

Pētījuma atziņas nākotnē varētu uzlabot jūras ledus transporta prognozes, Arktikas apstākļiem mainoties. Sadursmju biežumu ietekmē gan ar ledu klātā okeāna platība, gan atsevišķo floju izmērs, savukārt sadursmes nosaka, cik ātri ledus lauks var izplesties. Tādējādi jaunais ietvars savieno nelielas lokālas mijiedarbības ar kustību daudz lielākā mērogā.

Pētījums pats par sevi nenosaka, kur nākotnē, turpinoties sasilšanai, nonāks Arktikas jūras ledus. Tomēr Rallabandi norādīja, ka modelis varētu palīdzēt izpētīt, vai mainīgi ledus apstākļi ļaus floēm vieglāk izklīst un nonākt siltākos ūdeņos, kur tie varētu izkust ātrāk.

Šāds modelis varētu būt noderīgs arī klimata modelēšanā. Globālie klimata modeļi nespēj izsekot katram no milzīgā skaita salīdzinoši mazo ledus gabalu, kas klāj Arktiku, tāpēc zinātniekiem jāatrod veidi, kā aprakstīt to kopējo uzvedību. Fizikā balstīts floju mijiedarbības modelis varētu palīdzēt ņemt vērā procesus, kas atsevišķi ir pārāk mazi, lai tos izsekotu.

Pētnieki uzskata, ka līdzīgi principi varētu darboties arī ārpus Arktikas — lavīnās, nogruvumos, materiālzinātnē un daļiņām bagātās tintēs, ko izmanto 3D drukāšanā. “Modelis nav ierobežots tikai ar ledu,” sacīja Rallabandi. “Tam nepieciešams tikai nepastāvīgs spēka avots un objekti, kuru kustību ietekmē sadursmes.”