Потоплення айсберга: течії, хвилі та танення |… |…

Плавучість за принципом Архімеда

лідблок плаває, оскільки льодовиковий лід, з щільністю близько 917 кг/м³, дещо менший за щільність навколишнього морського води, яка становить приблизно 1025 кг/м³. Принцип Архімеда стверджує, що об'єкт, який плаває, витісняє рівно свою вагу в рідині, змушуючи майже всю масу льодкамінь перебувати під водою — цей відсоток занурення дорівнює відношенню двох щільностей, приблизно 0,89 до 0,90. Відоме «кільце верхівок айсберга» — це не просто метафора; приблизно дев'ятиtenths льодкаміня дійсно приховано під водою, і саме цей занурений хвіст є місцем, де відбуваються більшість фізичних процесів тертя та танення.

жива демонстрація · пов'язана симуляція● LIVE

Дві сили керують рухом: течія проти вітру

Швидкість айсберга визначається рівновагою між гідродинамічним опором, що виникає через великий занурений кінець, та повітряним опором від невеликої частини, яка знаходиться над поверхнею, додатково відхиленою Корилісовим ефектом на великих відстанях:

m * dV/dt = F_гідродинамічний_опір + F_повітряний_опір + F_корілісів F_гідродинамічний_опір ∝ A_занурене * |U_течії - V| * (U_течії - V) F_повітряний_опір ∝ A_поверхні * |U_вітру - V| * (U_вітру - V) Оскільки A_занурене значно перевищує A_поверхню, а вода приблизно в 800 разів щільніша за повітря, океанічні течії домінують у цьому балансі — широко використовуване емпіричне правило (так звана "2% правило") стверджує, що швидкість течії, за яку пливе айсберг, приблизно дорівнює швидкості течії плюс близько 2% від швидкості вітру, трохи відхилена від напрямку вітру. Айсіберги, по суті, є переважно плавцями на течіях з невеликим вітровим тремором зверху.

m * dV/dt = F_water_drag + F_air_drag + F_coriolis

F_water_drag ∝ A_submerged * |U_current - V| * (U_current - V)
F_air_drag   ∝ A_surface   * |U_wind - V|    * (U_wind - V)

Розтоплення з усіх боків

Чорна льодовикова брила руйнується з трьох сторін одночасно, кожна зі своїми особливостями. Водовідливне розплавання концентрується в лінійному западини з водяного потоку, де енергія хвиль найбільша, викарбувуючи горизонтальну западину. Базове танення відбувається від турбулентного контакту з океанічною водою нижче – часто найшвидший шлях розплаву, оскільки глибша вода зазвичай теплішає, ніж поверхневий шар, і турбулентність безперервно освічує воду у контакті з льодом. Поверхневе танення та сублімація від сонячного випромінювання та теплого повітря руйнують верхній шар, зазвичай найповільніший із трьох. Саме лінійна западина має найбільше значення для долі айсберга: по мірі її поглиблення вона може підірвати лід достатньо, щоб дестабілізувати всю структуру.

Чому деякі айсберги живуть роки, а інші зникають за тижні

Швидкість танення залежить від площі поверхні, але маса – від об’єму, тому менші айсберги мають значно більший коефіцієнт площі поверхні до об’єму і, відповідно, швидше тануть — невеликий "айсберг-маленький" може зникнути за дні чи тижні, а великий таблидний айсберг, відколовшись від льодовикової платформи, може вижити роки та проплисти тисячі кілометрів перед повним розплавленням. Важливим є і те, у якій воді він рухається: айсберг, що потрапляє в теплу океанічну течію, зношується набагато швидше, ніж той, що залишається в холодних арктичних водах, що й пояснює велику варіативність тривалості життя айсбергів навіть серед схожих за розмірами айсбергів.

Відстеження айсбергів та його значення

Айсберги, що дрейфують у торговельні шляхи, становлять небезпеку з давніх часів, задовго до того, як Titanic зіткнувся з одним із них у 1912 році — ця катастрофа безпосередньо призвела до створення Міжнародної патрульної служби айсбергів, яка сьогодні продовжує моніторити небезпеку айсбергів у північноатлантичних морських шляхах. З іншого боку спектру розмірів супутники регулярно відстежують гігантські табличні айсберги, які розриваються від антарктичних льодовиків, і їхній рух та танення мають значення далеко за межами навігації, оскільки солоність та циркуляція океану, що виділяється в результаті їхнього танення, змінюють місцеву солоність та циркуляцію океану, що є вхідними даними для кліматичних та океанологічних моделей, які все більше потребують врахування.

Frequently asked questions

Чому приблизно 90% айсберга знаходиться під водою?

Це тому, що льодовиковий лід дещо менш щільний за морську воду – близько 917 кг на кубічний метр проти приблизно 1025 кг на кубічний метр. Таким чином, згідно з принципом Архімеда, айсберг повинен витісняти об’єм води, що дорівнює його власному вазі, і це потребує часткового занурення майже всього льодовика. Відношення щільності льоду до щільності морської води, близько 0,89 до 0,90, є точною пропорцією, яка опиняється під водою.

Чому айсберги переважно слідують за океанічними течіями замість вітру?

Це тому, що більша частина об’єму айсберга, і відповідно найбільша площа, що чинить опір, – це занурений кіль з контактом із рухомою морською водою, тоді як лише невелика частка виступає над поверхнею, щоб ловити вітер. Вода набагато щільніша за повітря, тому навіть помірна течія чинить більшу силу, ніж сильний вітер, що діє на ту саму площу, що й є причиною домінування течій і вторинного відхилення лише вітром.

Чому айсберги іноді раптово перекидаються?

Дія хвиль переважно руйнує невелику западину безпосередньо біля лінії води, оскільки саме там концентрується енергія хвиль, тоді як лід над і під западиною тане набагато повільніше. З глибленням западини може підірватись достатньо частини поперечного перерізу льодовика, щоб центр плавучості та центр ваги більше не співпадали в стабільній конфігурації, і айсберг раптово перекидається, щоб знайти нову орієнтацію рівноваги – іноді насильно та без попередження.

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Iceberg Drift & Melt і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.

▶ Відкрити симуляцію Iceberg Drift & Melt