«Здесь мы столкнулись с фундаментальной загадкой, - говорит Голден. «Каким образом образуются пруды? Когда они формируются, насколько они глубоки, и их площадь абсолютно важна для того, как лед будет таять».
Golden изучает динамику морского льда, который представляет собой сложную систему твердых и жидких тел различной солености и химического состава. Талые пруды находятся в центре его исследований, потому что они сильно влияют на альбедо или отражательную способность морского льда, один из наиболее важных параметров в моделировании климата. Они также могут позволить большему количеству света проникать сквозь лед, позволяя водорослям размножаться в морской воде под ними.
В 2014 году Голден вместе с первым автором исследования Крисом Полашенски из Исследовательской и инженерной лаборатории инженерного корпуса армии США по холодным регионам и его коллегами отправились на борту катера береговой охраны США Healy в Чукотское море, между Аляской и Сибирью. для исследования массового цветения водорослей подо льдом, которое впервые наблюдалось в 2011 году. В рамках своего исследования им нужно было измерить проницаемость льда. Проницаемость - это мера того, насколько хорошо взаимосвязанные пустоты и каналы в материале позволяют жидкости течь через них.
Их первая попытка заключалась в том, чтобы просверлить отверстие во льду ниже «уровня надводного борта» или уровня грунтовых вод, чтобы посмотреть, как быстро вода заполнит отверстие обратно.
«Он наполнился до уровня надводного борта примерно за полторы секунды», - говорит Голден, указывая на то, что лед слишком проницаем для проведения измерений. Затем команда попыталась добавить воды в отверстие, чтобы увидеть, как быстро уровень воды восстановится до уровня надводного борта. Они запланировали несколько попыток и заметили, что во второй попытке уровень воды падал гораздо медленнее, чем в первой попытке.
"А потом в третий раз было волшебство", - говорит Голден. Бригада залила воду в яму, и уровень ничуть не снизился. «Мы образовали талый пруд!» он говорит. Заинтригованные, команда проверила различные уровни солености воды в скважинах и использовала красители, чтобы проследить движение воды через лед. (Команда использовала красный и зеленый пищевой краситель с кухни Хили, говорит Голден). Все их эксперименты указывали на четкий механизм образования талых прудов.
«Температура замерзания свежей талой воды из снега равна нулю по Цельсию», - говорит Голден. «Но сам лед, может быть, -1 или -1,5. Температура замерзания морской воды -1,8. Так что, по сути, вы получаете настой пресной воды, и там достаточно холода, чтобы закупорить поры. проницаемость льда за счет этого процесса замерзания пресноводных пробок в пористую микроструктуру.«С пониженной проницаемостью талая вода может образовать лужу на поверхности льда.
Другие, в том числе Полашенски, предполагали, что такой процесс мог быть причиной образования талого пруда, говорит Голден, но что его команда оказалась в нужном месте в нужное время с нужным оборудованием, чтобы собрать историю воедино в поле. Надеюсь, говорит он, понимание условий, которые приводят к образованию талых водоемов, поможет ученым предсказать, где и когда могут образоваться водоемы, поскольку температура в Арктике продолжает расти.