Drobljenje ledu
Pripravimo si skodelico pravega čaja. Ko čakamo, da se ohladi na temperaturo, primerno za pitje, lahko opazimo, da se na njegovi površini oblikuje tanka plast mineralov in organskih molekul. To trdno, a občutljivo kožico čaja je mogoče zlahka pretrgati z nežnim pihanjem, kar povzroči mrežo razpok, podobno tisti na površini ledu v polarnih morjih. Oba pojava lahko obravnavamo kot tanko, elastično membrano, ki se deformira zaradi gibanja tekočine; ko deformacija preseže določen prag, se membrana pretrga in razdrobi. Mednarodna raziskovalna skupina je podobnost z elastično membrano uporabila pri preučevanju biofilmov na površini tekočin. Izsledke so objavili v reviji Physical Review Fluids.
V eksperimentalnem delu študije so na površino vode v bazenu posipali prah iz grafitnih delcev premera 10 mikrometrov. Čeprav so delci gostejši od vode, ostanejo na površini zaradi površinske napetosti ter tvorijo splav. Sile med delci so šibkejše kot vodikove vezi v ledu in jih je lažje pretrgati. Poleg tega kapilarna privlačnost med plavajočimi delci splava omogoča omejeno prerazporeditev membrane na krajših razdaljah. Prelomi delcev v splavu se lahko »zacelijo«, če razdalja med delci ni prevelika, zaradi česar prelomi niso vedno nepovratni. Do podobnega procesa pride v morskem ledu, ko se lahko ledene plošče termodinamično zlepijo med seboj zaradi zamrzovanja morske površine.
Na enem koncu rezervoarja so ustvarili valove z valovno dolžino 17 centimetrov ter jih poslali proti 10 centimetrov širokemu splavu iz grafitnih delcev. Opazili so, da splav postopoma razpada na drobce, kar spominja na lomljenje arktične ledene plošče. Mehanski odziv splava je odvisen od viskoznih napetosti, ki nastajajo zaradi trenja med tekočino in delci na površini vode ter upočasnjujejo njihovo gibanje. Te napetosti vplivajo na lomljenje in odnašanje drobcev. Velikost drobcev se s časom zmanjšuje, njihova porazdelitev pa sledi negativni potenčni odvisnosti. To pomeni, da so večji drobci manj pogosti kakor manjši.
Čeprav eksperimentalni splavi delujejo pod drugačnimi silami kot morski led, ta model ponuja dobro izhodišče za razumevanje obnašanja tankih elastičnih membran. Valovi na splav namreč delujejo vodoravno, ga potiskajo in vlečejo, kar povzroča razpoke in ločevanje delcev. To je v nasprotju z lomljenjem morskega ledu, kjer prevladuje vertikalno upogibanje zaradi gibanja vodnih valov navzgor in navzdol. Kljub tem razlikam je model splava še vedno dober pristop za proučevanje ledenih plasti, saj porazdelitev velikosti drobcev sledi podobnemu negativnemu potenčnemu zakonu, ki so ga dosedanje študije opazile pri lomljenju ledenih plošč.
Arktične ledene drobce je spremljala Tina.
Dodaj komentar
Komentiraj