Sciencemag.cz
Doporučujeme
Tým matematiků a fyziků zjistil, jak jsou útvary z ledu utvářeny vnějšími silami, například teplotou vody. Led podle okolností může mít jak různý tvar, tak i „vzorkování“, tj. speciální podobu povrchu.
„Naše práce pomáhá pochopit, jak tání ledu vyvolává neobvyklé vzorce proudění, které následně ovlivňují další tání,“ uvádí spoluautorka příslušné studie Alexandra Zidovska z New York University. Tání ledu ve vodě vědci sledovali prostřednictvím řady experimentů. Ty byly provedeny s ultračistým ledem bez bublinek a nečistot, navíc v prostředí s přesně řízenou teplotou. Vědci sledovali teplotní rozmezí 0–10 °C, tedy takové teploty, za nichž led ve vodě normálně v přírodě taje, ale i v tomto rozmezí se podařilo určit řadu rozdílů.
Při teplotách pod 5 °C získávají kusy ledu tvar špičky směřující dolů – podobně jako vypadají rampouchy, ale tvar vodního ledu je v tomto případě dokonale hladký (bez zvlnění). Při teplotách nad přibližně 7 °C se vytvoří stejný základní tvar, ale obráceně – hrot míří vzhůru. V intervalu mezi těmito teplotami má led na svém povrchu roztavené vlnky. Podobné vzory se v přírodě vyskytují na ledovcích a jiných ledových plochách.
Jak uvádí průvodní tisková zpráva, tání vyvolává gradienty teploty vody v blízkosti ledu, což způsobuje, že kapalina na různých místech má různou hustotu. To vytváří toky způsobené gravitací – těžší kapalina klesá a lehčí stoupá – a takové toky podél povrchu vedou k různé rychlosti tání na různých místech, a tím i ke změnám tvaru. U vody se tyto procesy liší od tání v jiných kapalinách tím, že má velmi nezvyklou závislost hustoty na teplotě s maximem hustoty kolem 4 °C.
Právě tato vlastnost je podle nové studie zodpovědná za vznik velmi rozdílných proudů v závislosti na přesné hodnotě teploty vody. Špičky při nízkých teplotách mají být spojeny s vzestupnými proudy vody, zatímco špičky při vyšších teplotách mají na svědomí proudy sestupné. Hřebenovité obrazce vznikají proto, že vzestupné proudy velmi blízko povrchu interagují se sestupnými proudy ve větší vzdálenosti a výsledkem je vznik vírů, které vyřezávají do ledu důlky.
Závary studie mají vysvětlovat i v přírodě pozorovanou morfologii ledovců (poznámka: asi jen částečně, nejsou jen vodní ledovce), s jejich jehlicemi a hřebeny/vlnovkami střídajících se vrcholků a jamek. V širších souvislostech pak matematika a fyzika tání ledu na malých měřítkách ovlivňuje i fungování/tání ledu ve větším měřítku, to dále zase souvisí např. i s modelováním klimatu atp.
Scott Weady et al, Anomalous Convective Flows Carve Pinnacles and Scallops in Melting Ice, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.044502
Zdroj: New York University / Phys.org
