Wanneer smelt het ijs? Nieuw onderzoek onthult verschillende mechanismen

Stijgende temperaturen van de oceanen bedreigen de stabiliteit van gletsjers—wat kan leiden tot een toename van het aantal ijsbergen en de noodzaak om hun beweging en impact beter te begrijpen. Een team van wetenschappers heeft door middel van een reeks experimenten enkele factoren geïdentificeerd die ervoor zorgen dat ijsbergen omslaan, wat inzicht biedt in hoe klimaatverandering de wateren van de aarde kan beïnvloeden.

Leif Ristroph, een universitair docent aan het Courant Institute of Mathematical Sciences van de New York University en de senior schrijver van het onderzoek, legt uit: “Onze studie draagt bij aan de fundamentele kennis over ijsfysica, een cruciaal aspect voor de gezondheid van onze planeet, dat begrepen moet worden om klimaatmodellen en weersvoorspellingen te verbeteren.” Hij wijst erop dat de resultaten laten zien hoe het smelten en omslaan van ijsbergen op complexe manieren met elkaar verbonden zijn. “Deze informatie is cruciaal, aangezien smeltend ijs kan worden beschouwd als de ‘kanarie in de kolenmijn’: de vroegste waarschuwing dat de aarde opwarmt of uit balans raakt.”

De onderzoekers, waaronder ook Bobae Johnson, Zihan Zhang en Alison Kim van NYU, evenals Scott Weady van het Flatiron Institute, voerden experimenten uit in het Applied Mathematics Laboratory van de universiteit, waarbij ze drijvende ijsbergen nabootsten. Hiervoor bereidden ze ijsblokken in de vorm van lange cilinders voor—terwijl ze luchtbellen elimineerden die de omstandigheden konden compliceren—en plaatsten ze in een tank met vers water op kamertemperatuur, dat in eerdere studies effectief bleek te zijn om de smelt van ijs te meten. De wetenschappers gebruikten vervolgens camera’s om de snelheid en beweging van het smeltende en omslaande model van de ijsberg vast te leggen.

“We ontdekten dat smelten geleidelijk de vorm van het ijs verandert, dat vervolgens abrupt draait of omslaat voordat het zich in een nieuwe positie nestelt,” legt Ristroph uit. “Dit proces herhaalt zich steeds weer. We zien doorgaans ongeveer 10 tot 15 omslagmomenten tijdens de 30 minuten die het duurt voordat het ijs volledig is gesmolten.” Tijdens dit proces verandert de vorm van het ijs significant, waarbij randen en hoeken ontstaan, zodat het uiteindelijk op een pentagon lijkt—een onverwachte uitkomst.

“Dit kwam als een totale verrassing, dus we hebben gewerkt aan een wiskundig model dat zou kunnen verklaren hoe smelten de vorm van ijs verandert en hoe de evoluerende nieuwe vorm het ijs kan doen omslaan,” zegt Ristroph.

Het wiskundige model, ontwikkeld op basis van de experimentele gegevens, omvatte de effecten van gewichts- en opwaartse krachten op het ijs, evenals de hydrodynamische krachten door de beweging in het water—en verhelderde de verschillende factoren die de vormverandering en het omslaan aansteken. “We hebben geleerd dat smelten voornamelijk gebeurt langs het natte oppervlak van het ijs onder de waterlijn, terwijl de ’top’ boven het water vrijwel onaangetast blijft, wat uiteindelijk het ijs topzwaar maakt, zodat het zijn gravitatie stabiliteit in het water verliest en omslaat.” Ristroph vervolgt: “Verrassend genoeg draait het doorgaans door een speciale hoek die overeenkomt met een vijfde van een volledige rotatie—en dit is gerelateerd aan waarom de vorm uiteindelijk vijf zijden heeft.”