Изолирующее одеяло Земли выходит из строя: теплопроводность морского льда выше, чем считалось

В условиях климатического кризиса, нависшего над планетой, ученые все чаще посвящают свои исследования этой теме. На этот раз они выдвигают новые идеи о том, как тепло передается через морской лед, что является важнейшим фактором регулирования полярного климата Земли, пишет PHYS.org.

По словам ведущего автора исследования, старшего преподавателя прикладной математики в Университете Маккуори, доктора Ноа Кайцмана, в своей работе они с коллегами обнаружили ключевой пробел в современном моделировании климата. Команда также считает, что их новая прикладная математическая теория позволит улучшить наше понимание того, как морской лед влияет на климатическую систему Земли. Они также считает, что это позволит повысить точность климатических прогнозов в будущем.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Известно, что морской лед покрывает около 15% поверхности Мирового океана в самое холодное время года, когда он находится на своем пике. По сути, морской лед является своеобразным изолирующим одеялом на океане, разделяющим его и земную атмосферу. Он также отвечает за передачу тепла между океаном и атмосферой, отражая солнечный свет и сдерживая теплообмен.

Предыдущие исследования уже показали, что по мере повышения температуры поверхности Мирового океана наше понимание поведения морского льда будет становиться все более важным для дальнейшего прогнозирования изменения климата. Именно поэтому в своей работе ученые сфокусировались на теплопроводности морского льда — критическом параметре, используемом во многих моделях глобального климата Земли.

По словам доктора Кайцмана, основное упущение в том, что движение жидкого рассола внутри морского льда не учитывается в предыдущих моделях, однако оно может потенциально увеличить перенос тепла морским льдом. Авторы исследования также считают, что уникальная структура морского льда, а также его чувствительная зависимость от температуры и солености означают, что его свойства, в частности теплопроводность, сложно измерить и предсказать.

Морской лед делает интересным его сложная структура, поскольку он состоит из льда, пузырьков воздуха и включений рассола. Атмосфера над океаном становится очень холодной и может достигать температуры -30 градусов по Цельсию, в то время как воды океана сохраняют температуру в -2 градуса по Цельсию. Это создает большую разницу температур, а вода замерзает сверху вниз.

Поскольку процесс замерзания воды происходит быстро, она выталкивает соль, создавая ледяную матрицу из чисто замерзшей воды, захватывающей пузырьки воздуха и карманы рассола, окруженные почти чистым льдом. Эти плотные включения рассола тяжелее пресной океанской воды, что приводит к конвективному течению внутри льда, создавая большие "трубы", из которых вытекает жидкая соль.

По словам Кайцмана, их с коллегами исследование основано на предыдущих работах ученых, предполагающих, что течение жидкости внутри морского льда может повысить его теплопроводность. Теперь ученые наконец-то нашли математическое доказательство этой теории.

Авторы исследования отмечают, что их математика определенно показывает, что такое улучшение следует ожидать, как только начнется конвективное течение внутри морского льда. Модель команды также предполагает способ связать тепловые свойства морского льда с его температурой и содержанием рассола — это позволяет сравнить теоретические результаты с измерениями исследователей.

В частности, ученым удалось создать инструмент, который затем можно будет использовать в крупномасштабных климатических моделях. Предполагается, что новый инструмент позволит значительно улучшить эффективность климатических прогнозов ученых.