Neal Iverson ha iniziato con due lezioni di fisica del ghiaccio quando gli è stato chiesto di descrivere un articolo di ricerca sul flusso di ghiaccio dei ghiacciai appena pubblicato dalla rivista Scienza.
In primo luogo, ha affermato l’illustre professore emerito del Dipartimento Terra, Atmosfera e Clima dell’Iowa State University, ci sono diversi tipi di ghiaccio all’interno dei ghiacciai. Parti dei ghiacciai sono alla temperatura di fusione sotto pressione e sono morbide e acquose.
Quel ghiaccio temperato è come un cubetto di ghiaccio lasciato sul bancone della cucina, con l’acqua di fusione che si accumula tra il ghiaccio e il piano di lavoro, ha detto. Il ghiaccio temperato è stato difficile da studiare e caratterizzare.
In secondo luogo, in altre parti dei ghiacciai il ghiaccio è freddo e duro, come un cubetto di ghiaccio ancora nel congelatore. Questo è il tipo di ghiaccio che è stato tipicamente studiato e utilizzato come base per modelli e previsioni del flusso dei ghiacciai.
Il nuovo documento di ricerca, “Flusso lineare-viscoso del ghiaccio temperato”, si occupa del primo, ha affermato Iverson, coautore dell’articolo e supervisore del progetto.
L’articolo descrive gli esperimenti di laboratorio e i dati risultanti che suggeriscono un valore standard all’interno del “fondamento empirico della modellazione del flusso dei ghiacciai” – un’equazione nota come legge del flusso di Glen, dal nome del defunto John W. Glen, un fisico del ghiaccio britannico – che dovrebbe essere cambiato per ghiaccio temperato.
Il nuovo valore, se utilizzato nella legge di flusso, “tenderà a prevedere aumenti della velocità del flusso che sono molto più piccoli in risposta all’aumento delle sollecitazioni causate dal ritiro della calotta glaciale mentre il clima si riscalda”, ha affermato Iverson. Ciò significherebbe che i modelli mostrerebbero un minore flusso di ghiacciai negli oceani e proietterebbero un minore innalzamento del livello del mare.
Un’acuta necessità di tenere conto del ghiaccio caldo del ghiacciaio
Apri la cella frigorifera nel laboratorio del campus di Iverson e ti ritroverai davanti a un dispositivo di taglio ad anello alto 9 piedi che simula le forze e il movimento glaciale dal 2009. È stato costruito con una sovvenzione di 530.000 dollari dalla National Science Foundation. Lo studio attuale è stato sostenuto anche da sovvenzioni NSF.
Al centro del dispositivo c’è un anello di ghiaccio largo circa 3 piedi e spesso 7 pollici. Sotto l’anello c’è una pressa idraulica che può esercitare fino a 100 tonnellate di forza sul ghiaccio e simulare il peso di un ghiacciaio spesso 800 piedi. L’anello di ghiaccio è circondato da una vasca di fluido circolante che regola la temperatura del ghiaccio con una precisione al centesimo di grado. I motori elettrici collegati a una piastra con pinze sopra l’anello di ghiaccio possono ruotare il ghiaccio a velocità comprese tra 1 e 10.000 piedi all’anno.
Per questo progetto, i ricercatori hanno modificato il dispositivo aggiungendo un’altra pinza sul fondo dell’anello di ghiaccio in modo che la rotazione della pinza superiore trancia il ghiaccio sottostante.
Collin Schohn, un ex studente di master presso l’Iowa State che ora è geologo del BBJ Group con sede a Chicago ed è il primo autore dell’ultimo documento di ricerca del gruppo, ha eseguito una serie di sei esperimenti utilizzando il dispositivo modificato, ciascuno dei quali è durato circa sei anni. settimane. Gli esperimenti includevano misurazioni del contenuto di acqua liquida del ghiaccio, qualcosa che non veniva fatto in questo tipo di esperimenti dagli anni ’70.
“Questi esperimenti prevedevano la deformazione del ghiaccio alle temperature di fusione e a varie sollecitazioni”, ha detto Schohn.
Iverson ha paragonato gli esperimenti all’afferrare un bagel dalla parte superiore e inferiore, quindi ruotare le due metà per spalmare la crema di formaggio al centro.
I dati sperimentali hanno mostrato che il ghiaccio si deformava a una velocità linearmente proporzionale allo stress, ha detto Iverson. Il pensiero tradizionale vorrebbe che i ricercatori si aspettassero che il ghiaccio si ammorbidisse con l’aumento dello stress, quindi gli incrementi dello stress causerebbero incrementi sempre più grandi della velocità.
Perché tutto questo è importante?
Il ghiaccio è temperato vicino al fondo e ai bordi delle parti delle calotte glaciali che scorrono più velocemente e nei ghiacciai montani a flusso veloce, entrambi i quali disperdono ghiaccio negli oceani e influenzano il livello del mare. “La necessità di modellare e prevedere accuratamente il flusso del ghiaccio caldo del ghiacciaio è, quindi, acuta”, hanno scritto gli autori.
Ripristino N a 1.0
La legge di flusso di Glen è scritta come: ε̇=AτN.
L’equazione mette in relazione lo stress sul ghiaccio, τalla sua velocità di deformazione, ε̇Dove UN è una costante per una particolare temperatura del ghiaccio. I risultati dei nuovi esperimenti mostrano che il valore dell’esponente dello stress, Nè 1,0 anziché il valore solitamente assegnato pari a 3 o 4.
Gli autori hanno scritto: “Per generazioni, sulla base degli esperimenti originali di Glen e di molti esperimenti successivi, principalmente su ghiaccio freddo (-2 gradi C e più freddo), il valore dell’esponente dello stress N nei modelli è stato considerato pari a 3,0.” (Hanno scritto anche che altri studi sul “ghiaccio freddo delle calotte glaciali” hanno posto N ancora più in alto, a 4.0.)
Gli autori hanno scritto: “Per geNerazioni, basate sugli esperimenti originali di Glen e su molti esperimenti successivi, per lo più su ghiaccio freddo (-2 gradi C e più freddo), il valore dell’esponente dello stress N nei modelli è stato considerato pari a 3,0.” (Hanno scritto anche che altri studi sul “ghiaccio freddo delle calotte glaciali” hanno posto N ancora più in alto, a 4.0.)
Ciò è dovuto, in parte, “perché gli esperimenti con il ghiaccio alla temperatura di fusione sotto pressione sono una sfida”, ha affermato Lucas Zoet, coautore dell’articolo, ex ricercatore associato presso l’Iowa State e professore associato di geoscienza Dean L. Morgridge presso l’Università di Washington. l’Università del Wisconsin-Madison. Zoet, co-supervisore del progetto, ha costruito una versione leggermente più piccola del dispositivo di taglio ad anello con pareti trasparenti per il suo laboratorio.
Ma i dati degli esperimenti di deformazione di taglio su larga scala nel laboratorio di Iverson hanno sollevato dubbi sul valore assegnato per N. Il ghiaccio temperato è lineare-viscoso (N = 1,0) “oltre gli intervalli comuni di contenuto di acqua liquida e di stress previsti vicino ai letti dei ghiacciai e ai margini dei flussi di ghiaccio”, hanno scritto gli autori.
Hanno proposto che la causa sia lo scioglimento e il ricongelamento lungo i confini dei singoli granelli di ghiaccio su scala millimetro per centimetro, che dovrebbe avvenire a velocità linearmente proporzionali allo stress.
Questi nuovi dati consentono ai modellisti “di basare i loro modelli di calotta glaciale sulle relazioni fisiche dimostrate in laboratorio”, ha affermato Zoet. “Migliorare tale comprensione migliora l’accuratezza delle previsioni.”
Ci è voluta una certa perseveranza per ottenere i dati a supporto del nuovo valore di N.
“Abbiamo lavorato su questo progetto per anni”, ha detto Schohn. “È stato davvero difficile farlo funzionare.”
Alla fine, ha detto Iverson, “considerando tutti i fallimenti e lo sviluppo, si è trattato di un processo di circa 10 anni”.
Un processo lungo, hanno detto i ricercatori, essenziale per modelli più accurati del ghiaccio dei ghiacciai temperati e previsioni migliori del flusso dei ghiacciai e dell’innalzamento del livello del mare.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
