Морской лед влияет на теплообмен между атмосферой и океаном в полярных районах. Его теплопроводность — важный фактор для климатических моделей, но расчет ее затруднен из-за микроструктуры льда и его чувствительности к температуре и солености. Ученые использовали математические методы для расчета теплопроводности льда. В будущем это позволит улучшить климатические модели и найти применение в других сферах.
В последние годы морской лед привлекает пристальное внимание климатологов. Потепление планеты, особенно выраженное в полярных районах, поставило систему «атмосфера — океанская вода — морской лед» на первое место в научных исследованиях. Понимание её работы критически важно для человечества.
Морской лед – это изолирующее покрытие океана, отделяющее его от атмосферы. Оно отражает солнечный свет и регулирует теплообмен между воздухом и водой. Морской лед участвует в обратной связи: чем больше его площадь, тем больше солнечного излучения отражается, и тем ниже температура воздуха. В последние десятилетия площадь морского льда заметно уменьшилась, что привело к усилению парникового эффекта со всеми вытекающими последствиями.
В холодные периоды ледяная корка покрывает около 15 процентов океанской поверхности. Такой тонкий слой на границе атмосферы и океана влияет на теплообмен между ними. опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society A.
Крайцман считает, что структура морского льда, особенно высокая его чувствительность к температуре и солености, затрудняет измерение и моделирование свойств, включая теплопроводность. По ее словам, при температуре воздуха в океане ниже минус 30 градусов Цельсия температура воды остается минус два градуса. Это создает большую разницу температур: вода замерзает сверху вниз, процесс быстрый. Соль вытесняется, остаются матрица чистого водного льда с включениями пузырьков воздуха и карманами очень соленого раствора — рассола.
Крупные поры, возникающие внутри льда за счет конвекции рассола плотнее пресной океанской воды, способны усиливать теплоперенос при повышении температуры. Джо Тродал из Университета Виктории в Веллингтоне (Новая Зеландия) предположил это еще в 1999 году, проведя измерения теплопроводности природного морского льда в Антарктиде. Теперь его гипотеза подтверждена математически.
Ученые доработали уравнение переноса тепла для пористого композитного материала с циркулирующими рассолами, например морского льда. Выяснилось, что конвективные потоки внутри льда могут увеличить эффективную теплопроводность в два-три раза. Это относится к нижней части слоя, которая более теплая и проницаемая. Зимой это 10 сантиметров от дна, летом процесс может затрагивать всю толщу. Исследователи планируют проверить свои результаты с помощью полевых данных и включить их в климатические модели.