Vid det 73:e årsmötet för American Physical Society's Division of Fluid Dynamics, forskare delade med sig av nya insikter om smältande isberg och isbildning i sjöar.

Eric Hester har ägnat de senaste tre åren åt att jaga isberg. En matematikstudent vid University of Sydney i Australien, Hester och forskare vid Woods Hole Oceanographic Institution i Massachusetts studerar hur formen på ett isberg formar hur det smälter.

"Is deformeras när den smälter, " sa fysisk oceanograf Claudia Cenedese, som har arbetat med Hester i projektet. "Det gör dessa väldigt konstiga former, speciellt på botten, som hur vinden formar ett berg på en längre tidsskala."

Vid det 73:e årsmötet för American Physical Society's Division of Fluid Dynamics, Hester presenterade resultat från sin grupps experiment som syftade till att förstå hur smältning förändrar den ansiktsföränderliga gränsen för ett krympande isberg - och hur dessa förändringar i sin tur påverkar smältningen.

Dynamiken i isbergssmältningen saknas i de flesta klimatmodeller, sa Cendese. Att inkludera dem kan hjälpa till med förutsägelser:isberg pumpar färskvatten från inlandsisar till haven, stärka samhällen av levande organismer. Isberg är den dominerande sötvattenkällan i Grönlands fjordar – och en betydande bidragande orsak till sötvattenförlusten i Antarktis. Isberg spelar en avgörande roll i klimatet, Cenedese sa, och bör inte försummas i modeller. Fysiken för smältande is är väl förstått, och vissa modeller simulerar det exakt, Hon sa. Andra gör det inte. "Men vad du inte kan göra i de simuleringarna är att ändra formen på isen."

Isberg bildas med ett brett utbud av former och storlekar, Hester sa, och distinkta termodynamiska processer påverkar olika ytor. Basen, nedsänkt i vatten, smälter inte på samma sätt som sidan. "Och varje ansikte smälter inte jämnt, " lade Cenedese till.

Hester utförde sina experiment genom att sänka ett färgat isblock i en ränna med ett kontrollerat flöde av vatten som passerade, och se det smälta. Han och hans kollegor fann att sidan som vetter mot en ström smälter snabbare än sidor som löper parallellt med flödet. Genom att kombinera experimentella och numeriska metoder, Hester och hans medarbetare kartlade den relativa påverkan av faktorer som relativ vattenhastighet och bildförhållande, eller proportionen mellan höjd och bredd på en sida. Inte överraskande, de fann att botten hade den lägsta smälthastigheten.

Cenedese sa att Hesters projekt samlar medarbetare från en rad olika discipliner och länder, och att ett mångsidigt samarbete behövdes för ett sådant tvärvetenskapligt projekt. "Att arbeta isolerat är inte lika produktivt i det här fallet."

Andra studier som diskuterades på konferensen fokuserade på isbildning, snarare än att smälta. Under en session om partikelladdade flöden, ingenjör Jiarong Hong från St. Anthony Falls Laboratory vid University of Minnesota, i Minneapolis, diskuterade resultat från experiment som visar hur turbulens påverkar både hastigheten och fördelningen av snö när den faller och lägger sig. Fynden kan också hjälpa forskare att bättre förstå nederbörd, sa Hong.

Ett annat projekt, presenterad av fysikern Chao Sun från Tsinghua University i Kina och hans grupp under en session om konvektion och flytkraftsdrivna flöden, fokuserat på isbildning i sjöar.

Arbetar på ett anslag från Natural Science Foundation of China med Ziqi Wang från Tsinghua University, Enrico Calzavarini från universitetet i Lille i Frankrike, och Federico Toschi från Eindhovens tekniska universitet i Nederländerna, Solen visade hur isbildningen på en sjö är nära knuten till vätskedynamiken i vattnet under.

En sjö kan ha vattenlager med olika täthet och temperatur. "Vattnets densitetsavvikelser kan inducera utarbetad vätskedynamik under en rörlig isfront och kan drastiskt förändra systemets beteenden, ", sa Sun. "Detta har ofta ignorerats i tidigare studier."

Suns grupp kombinerade fysiska experiment, numeriska simuleringar, och teoretiska modeller för att undersöka sambandet mellan isen och (turbulenta) konvektiva flöden. De identifierade fyra distinkta regimer av olika flödesdynamik, som var och en interagerar med andra lager och isen på sina egna sätt. Även med den komplexiteten, fastän, gruppen utvecklade en korrekt teoretisk modell som skulle kunna användas i framtida studier.

"Den gjorde en rättvis förutsägelse av isskiktets tjocklek och isbildningstid, sa Sun.

Eftersom bildandet och smältningen av is spelar en så avgörande roll i klimatet, han sa, en bättre förståelse av vätskedynamiken bakom processen skulle kunna hjälpa forskare att identifiera och noggrant studera markörerna för en uppvärmande värld. "Tiden för is att bildas och smälta, till exempel, skulle potentiellt kunna ge en indikator på klimatförändringar."