Арктический морской лёд не сплошной: он состоит из отдельных льдин размером от нескольких метров до нескольких километров. Ветер толкает их, и они дрейфуют, постепенно расходясь. Но скорость льдин меняется непредсказуемо, а расходятся они заметно медленнее, чем следует из простых моделей. Раньше это объясняли необычными ветрами, океанскими вихрями или трещинами во льду. Новая работа предлагает одну общую причину: льдины постоянно сталкиваются.
Исследование провели инженеры Калифорнийского университета в Риверсайде (США), результаты опубликованы в Physical Review Letters. Учёные построили компьютерную модель, где лёд ведёт себя как зерно в силосной башне. Разница в том, что эти «зёрна» плавают по воде и их подгоняет порывистый ветер. Модель учитывает сопротивление океана и удары льдин друг о друга.
Расчёты сравнили с измерениями в проливе Фрама между Гренландией и Шпицбергеном: через него арктический лёд уходит в Атлантику. Модели дали данные о ветре и состоянии льда и всего один дополнительный параметр, почти не влиявший на итог. Она воспроизвела три наблюдения, которые прежде не удавалось объяснить: скорость, с которой расходится лёд, разброс скоростей отдельных льдин и то, как меняется движение на отрезках от нескольких часов до суток.
Всё дело в плотности. В сплошном ледовом поле льдины сталкиваются друг с другом чаще, чем меняется ветер. Каждый удар забирает часть энергии ветра и укорачивает путь, который льдина проходит до встречи с соседкой. «Мы показали, что больше ничего не нужно, чтобы объяснить эти наблюдения», — говорит доцент кафедры машиностроения Бхаргав Раллабанди.
Пока это модельное исследование. Сколько воды покрыто льдом и насколько крупны льдины, определяет частоту столкновений, а от неё зависит, как быстро лёд расходится. Отсюда можно перейти к вопросу, будут ли льдины чаще добираться до тёплых вод, где тают быстрее. Описание коллективного поведения льдин пригодится и климатическим моделям: проследить за каждой льдиной они не могут.
«Мы показали, что больше ничего не нужно, чтобы объяснить эти наблюдения»
Та же физика работает везде, где множество предметов сталкивается под действием хаотичной силы. Авторы называют снежные лавины, оползни, сыпучие материалы и чернила с частицами для 3D-печати.
