Каждый школьник знает, что летом лед тает, а зимой замерзает. Но оказывается, что этот процесс не так прост в Арктике, где один тип структуры морского льда, называемый торосом, летом может становиться прочнее из-за таяния.
Подумайте об этом как о льде Лазаря: вместо того, чтобы растаять в жару арктического лета, некоторые ледяные торосы на самом деле оживают, как Лазарь из Библии, и становятся сильнее в конце лета.
Ученые прогнозируют, что к 2050 году корабли смогут плавать прямо над Северным полюсом. Северный морской путь, протянувшийся от Северной Атлантики вдоль северного побережья арктической части России до Азии, сокращает расстояние судоходства между Европой и Азией на целых 40% по сравнению с путешествием по Суэцкому каналу. В то время как из-за низких цен на нефть движение по этому маршруту сократилось до 18 судов в 2015 году, в 2013 году по этому маршруту прошло 71 судно с более чем 1,3 миллиона тонн груза.
Несмотря на разницу в цифрах, тенденция очевидна. Военно-морским инженерам нужна самая полная информация, которую они могут получить, для проектирования кораблей и океанских сооружений для будущего, которое может включать в себя путешествия через полярные моря. И вот здесь на помощь приходит исследование Алексея Шестова, постдока Норвежского университета науки и технологий в рамках Программы устойчивых арктических морских и прибрежных технологий, или SAMCoT.
Айсберги редки, торосы обычны
Шестов изучает ледяные торосы, большие морщины на морском льду, которые образуются при столкновении льдин. Торосы льда представляют особый интерес как для судов, так и для морских сооружений, таких как нефтяные платформы, потому что они встречаются гораздо чаще, чем айсберги.
«Когда вы говорите об айсбергах (вероятность столкновения) - это 100-летнее событие», что означает, что вероятность того, что оно произойдет в любой год, составляет всего 1 процент, - говорит Шестов. Напротив, ледяные торосы необходимо учитывать при проектировании кораблей и морских сооружений, «потому что вы ожидаете сталкиваться с ледяными торосами каждый день».
Шестова особенно интересует понимание сложных процессов замерзания, происходящих внутри торосов. То, как ледяная гряда смерзается с течением времени, частично определяет, насколько большой и прочной она может стать.
Шестов получил необычную возможность посмотреть, что происходит с торосами летом прошлого года, когда он провел часть мая и большую часть июня на борту полярного исследовательского судна «Ланс». «Ланс» провел шесть месяцев в арктических водах к северу от Шпицбергена в рамках многонационального исследовательского проекта, координируемого Норвежским полярным институтом, по изучению молодого или однолетнего морского льда.
Соленость имеет ключевое значение
Если бы вы могли разрезать ледяной гребень пополам, вы бы увидели гребень над водой, который исследователи называют парусом, и выступ под водой, который исследователи называют килем. Плоский морской лед вокруг самого хребта называется ровным льдом. Сердцевина хребта состоит из перемешанных глыб морского льда, которые столкнулись друг с другом, а затем замерзли.
Глыбы льда, образующие центр хребта, имеют отверстия между собой, которые, что неудивительно, заполнены морской водой. Морская вода, будучи соленой, замерзает при более низкой температуре, чем пресная вода, поэтому она может оставаться жидкой, даже будучи погребенной внутри ядра ледяной гряды.
Зимой ледяные торосы сильно промерзают и могут расти, поскольку атмосферное охлаждение приводит к образованию все большего количества льда вокруг торосов, сказал Шестов. С наступлением весны с более высокими температурами ледяные торосы тают как сверху, так и снизу. Но вот где сюрприз.
По мере того как ледяная гряда тает сверху, вокруг паруса гряды образуются лужи относительно пресной воды, и эта талая вода может просачиваться в сердцевину гряды, в результате чего соленая морская вода оказывается в ловушке между ними. перемешанные блоки внутри хребта становятся менее солеными.
«Это стекание пресной воды способствует укреплению хребта, потому что, когда она заменяет соленую воду, она может извлечь холод из льда в хребте и замерзнуть», - говорит Шестов. "Таким образом, ледяная гряда летом фактически уплотняется. Она все еще тает, но внутри гряды замерзает."
Это означает, что ледяные торосы могут быть прочнее, чем могут показаться, учитывая их размер, из-за взаимодействия между льдом и пресной водой.
Оттаивание из первых рук
Хотя у Шестова есть опыт работы физиком и математиком, его связь с SAMCoT и работа в UNIS, Университетском центре на Шпицбергене, побуждают его проводить все больше и больше времени в полевых условиях, измеряя торосы морского льда. и разработка физических моделей того, как они растут и оттаивают.
Иногда эта работа принимает неожиданный оборот, как это было в последние несколько дней круиза N-ICE в июне прошлого года. В этот момент «Лэнс» был пришвартован к тонкой льдине диаметром в несколько километров, где Шестов и ряд других ученых проводили измерения.
Все знали, что льдина растает. Это было одной из причин, по которой они бросили якорь на льдине, чтобы можно было измерить, что происходит с температурой и соленостью, когда льдина тает. Но когда льдина наконец раскололась, это произошло чрезвычайно быстро.
"Внезапно на корабле появились трещины. Мы находились прямо у кромки льда и подвергались воздействию динамики открытого моря. Все, что потребовалось, это небольшое волнение", - написал Матс Гранског, главный научный сотрудник круиза. запись в блоге проекта. «За считанные минуты наша льдина распалась на более мелкие льдины, размером не более нескольких десятков метров».
Сохраняйте спокойствие и продолжайте снимать
Шестов с восхищением наблюдал, как льдина раскололась, а большая часть его снаряжения осталась на льду, где он первоначально планировал продолжить свою работу. Однако, как только лед начал таять, он знал, что лед треснет относительно быстро.
Я был удивлен, что некоторые из моих коллег действительно собирались снова работать после того, как мы увидели, как часть льдины раскололась. Они думали, что все, что нам нужно сделать, это отрегулировать якорь и идти дальше, но когда льдина начала ломаться, это был четкий сигнал о том, что пришла волна и пора торопиться.
Потребовалось не менее двух часов, чтобы вытащить все научное оборудование изо льда, что экипажу удалось сделать, ничего не потеряв. Шестов снял опыт на видео. «Я просто стараюсь сохранять спокойствие и делать необходимую работу», - сказал он.
Вы можете посмотреть видео, которое он снял о ледоходе: