С начала 20 века почти все ледники Земли отступают или тают. Ледники покрывают 10 процентов суши планеты и содержат 75 процентов нашей пресной воды. Более того, на воду от таяния ледников приходится почти две трети наблюдаемого повышения уровня мирового океана. Несмотря на вырисовывающиеся экологические последствия, движение ледников остается плохо изученным из-за отсутствия исследований того, как большие ледяные массы оттесняются и текут, соприкасаясь с коренной породой.
Шероховатость коренной породы, температура поверхности раздела льда и дна и наличие заполненных водой полостей влияют на трение и на то, как лед будет течь. Изучение этих факторов сопряжено с уникальными трудностями: дистанционное радиолокационное зондирование с помощью спутников и самолетов может отслеживать движение ледников, но оно не может заглянуть сквозь тысячи футов льда, чтобы точно измерить свойства льда и горных пород.
В новой статье в The Journal of Chemical Physics от AIP Publishing физик-теоретик Бо Перссон из Юлихского исследовательского центра в Германии описывает новую модель трения льда, которая дает ключевое представление о течениях ледников.
Перссон обратился к предыдущим исследованиям резиновых поверхностей, которые либо находятся в стационарном контакте, либо скользят друг относительно друга. Для ледников он исследовал такие факторы, как шероховатость коренных пород и льда, а также эффект повторного гелеобразования - таяние и замерзание, вызванное локальными колебаниями давления.«Давление колеблется из-за шероховатости поверхности коренных пород», - пояснил он. «Если у вас есть большая «выпуклость» на коренной породе, давление льда на выступ будет выше на той стороне, где лед движется против выступа», что снижает температуру таяния льда.
«Самый важный вклад моей теории заключается в том, что она точно описывает образование полостей во время скольжения и показывает, что кавитация действительно возникает при скорости скольжения, типичной для текущих ледников», - сказал Перссон. Для большинства толстых ледников, таких как полярные ледяные шапки, температура между льдом и коренной породой близка к температуре плавления льда из-за геотермального нагрева и трения. В результате полости почти всегда заполняются водой под давлением.
Присутствие этой воды на границе раздела льда и коренной породы имеет два эффекта, объяснил Перссон: она несет часть веса вышележащего льда и дополнительно смазывает коренную породу. «Оба эффекта уменьшат трение льда», - сказал он, что заставляет ледники течь быстрее.«Трение между ледником и коренной породой имеет решающее значение для течения ледников и для прогнозирования повышения уровня моря из-за таяния полярных ледяных шапок», - сказал Перссон.
«Нам, занимающимся моделированием ледяных щитов, необходимо лучше определять основание ледяных щитов в наших моделях, что требует численных методов, которые еще не распространены для нас», - сказала гляциолог Анжелике Гумберт из Института Альфреда Вегенера в Бремерхафене, Германия. который занимается моделированием ледяных щитов и дистанционным зондированием ледяных щитов и ледников с помощью спутников. «Это еще более сложно, когда симуляции все еще должны быть достаточно быстрыми, чтобы запускать симуляции до 2100 или 2300 года. Работа Бо напоминает нам о ключевой роли, которую играет шероховатость коренных пород, которую очень сложно наблюдать с требуемой точностью. бортовые радиолокационные съемки."