Neil Iverson comenzó con dos lecciones de física del hielo cuando se le pidió que describiera un artículo sobre el flujo de hielo glacial publicado por la revista ciencia.
En primer lugar, hay diferentes tipos de hielo en los glaciares, dijo el Profesor Emérito Distinguido de Tierra, Atmósfera y Clima de la Universidad Estatal de Iowa. Algunos glaciares permanecen a su temperatura de fusión a presión y son blandos y acuosos.
Este hielo templado es como un cubo de hielo dejado en la encimera de la cocina, acumulando agua derretida entre el hielo y la encimera, dijo. El hielo templado es difícil de estudiar y caracterizar.
En segundo lugar, otras partes del glaciar contienen hielo sólido y frío, como cubitos de hielo aún congelados. Es este tipo de hielo el que se ha estudiado y utilizado más comúnmente como base para modelos y predicciones de flujo de glaciares.
El nuevo artículo de investigación, “Flujo viscoso lineal de hielo templado”, se relaciona con el primero, dijo Iverson, coautor del artículo y supervisor del proyecto.
Describe los experimentos de laboratorio y los datos resultantes que indican que se modificará un estándar en la “base empírica del modelado del flujo de los glaciares”, una ecuación conocida como ley de flujo de Glenn, que lleva el nombre del fallecido John W. Glenn, un físico británico del hielo. hielo templado.
Los nuevos valores utilizados en la ley de flujo “pueden predecir mayores velocidades de flujo en respuesta al estrés causado por la reducción de las capas de hielo a medida que el clima se calienta”, dijo Iverson. Esto significa que los modelos mostrarán menos flujo de glaciares hacia los océanos y proyectarán niveles del mar más bajos.
Una gran necesidad de hielo glacial cálido
Abra el congelador en el laboratorio del campus de Iverson y verá un dispositivo de corte anular de 9 pies de alto que ha estado simulando la fuerza y el movimiento de los glaciares desde 2009. Fue construido con una subvención de 530.000 dólares de la Fundación Nacional de Ciencias. El presente estudio fue apoyado por una subvención de la NSF.
En el centro del dispositivo hay un anillo de hielo de aproximadamente 3 pies de ancho y 7 pulgadas de espesor. Debajo del anillo hay una prensa hidráulica que puede aplicar 100 toneladas de fuerza al hielo y simular el peso de un glaciar de 800 pies de espesor. El anillo de hielo está rodeado por una tina de fluido circulante que regula la temperatura del hielo a la centésima de grado más cercana. Los motores eléctricos unidos a una placa con pinzas sobre el anillo de hielo pueden hacer girar el hielo a velocidades de 1 a 10,000 pies por año.
Para este proyecto, los investigadores modificaron el dispositivo agregando otra pinza debajo del anillo de hielo para que la rotación de la pinza superior muele el hielo subyacente.
Colin Schoen, un ex estudiante de posgrado en Iowa State que ahora es geólogo en el Grupo BBJ con sede en Chicago y primer autor del último artículo del grupo, llevó a cabo una serie de seis experimentos utilizando el dispositivo modificado, cada experimento duró aproximadamente seis semanas e incluyó mediciones del contenido de agua líquida del hielo, algo que no se había hecho en este tipo de experimento desde los años 1970.
“Estos experimentos implican deformar el hielo a su temperatura de fusión y a diferentes presiones”, dijo Schon.
Iverson comparó las pruebas con sostener un bagel hacia arriba y hacia abajo y luego girar las dos mitades para untar queso crema en el medio.
Los datos experimentales mostraron que el hielo se deformaba a un ritmo proporcional a la presión, dijo Iverson. En el pensamiento tradicional, los investigadores esperarían que el hielo se ablande al aumentar la presión, por lo que un aumento de la tensión provocaría aumentos cada vez mayores de velocidad.
¿Por qué importa todo esto?
El hielo es templado debajo y cerca de los bordes de las partes de las capas de hielo que fluyen más rápido y cerca de los glaciares de montaña de flujo rápido, los cuales depositan hielo en los océanos y afectan el nivel del mar. “La necesidad de modelar y predecir con precisión el flujo de hielo glaciar cálido es, por tanto, intensa”, escribieron los autores.
Restablecer norte Desde 1.0
La ley de flujo de Glenn se escribe como: e ̇= untnorte.
La ecuación relaciona la presión del hielo, tEn su tasa de deformación, e ̇dónde A es una constante para una temperatura de hielo dada. Los nuevos resultados de las pruebas muestran que el valor del exponente de tensión, norteGeneralmente 1,0 en lugar del valor predeterminado de 3 o 4.
Los autores escribieron: “Durante generaciones, basándose en el experimento original de Glenn y muchos experimentos posteriores en hielo mayoritariamente frío (-2°C y más frío), los valores del índice de presión norte Tomado en modelos 3.0.” norte aún más alto, 4,0.)
El autor escribe: “Para genorteBasado en el experimento original de Glenn y muchos experimentos posteriores, principalmente en hielo frío (-2°C y más frío), el valor del exponente de tensión norte Tomado en modelos 3.0.” norte aún más alto, 4,0.)
Esto se debió, en parte, “a que es un desafío experimentar con hielo a temperaturas de fusión bajo presión”, dijo Lucas Jowett, coautor del artículo, ex investigador postdoctoral asociado en la Universidad Estatal de Iowa y L. L. Decano de Geociencias. Profesor asociado de Morgridge. Universidad de Wisconsin-Madison. Zoet, cosupervisor del proyecto, construyó una versión ligeramente más pequeña del dispositivo de corte anular con paredes transparentes para su laboratorio.
Pero los datos de experimentos de deformación por corte a gran escala en el laboratorio de Iverson han planteado dudas sobre el estándar establecido para esto. norte. El hielo templado es viscoso lineal (norte = 1,0) “excede el rango típico de contenidos de agua líquida y presiones esperadas cerca de los lechos de los glaciares y en los bordes de las corrientes de hielo”, escribieron los autores.
Propusieron que la causa es el derretimiento y la congelación a lo largo de los límites de los granos de hielo individuales, de escala de milímetros a centímetros, lo que debería ocurrir a un ritmo proporcional a la presión.
Estos nuevos datos permiten a los modeladores “basar sus modelos de capas de hielo en relaciones físicas demostradas en el laboratorio”, dijo Jowett. “Mejorar esta comprensión mejora la precisión de las predicciones”.
Se necesitó algo de perseverancia para obtener datos que respalden sus nuevos valores. norte.
“Llevamos años trabajando en este proyecto”, afirma Schon. “Fue realmente difícil hacer ejercicio”.
Al final, dijo Iverson, “teniendo en cuenta todos los fracasos y el desarrollo, fue un proceso de 10 años”.
Según los investigadores, un proceso más largo es esencial para obtener modelos más precisos del hielo de los glaciares templados y mejores predicciones de la escorrentía de los glaciares y el aumento del nivel del mar.