O gelo marinho do Ártico nem sempre se move da maneira prevista pelo vento. Uma nova pesquisa liderada pela UC Riverside sugere que um processo simples, mas esquecido, pode ajudar a explicar a diferença: pedaços individuais de gelo batendo uns nos outros repetidamente.
Estas descobertas poderão, em última análise, ajudar os cientistas a melhorar as previsões sobre como o gelo marinho se move no Ártico à medida que a região continua a aquecer.
O estudo, publicado em artigo de revisão físicafoi liderado por Brian Shady, ex-graduado pela UC Riverside e agora está na University of Southern California, junto com o cientista de materiais da UCR Alex Greaney e Bhargav Rallabandi, professor associado de engenharia mecânica na UCR.
O gelo marinho do Ártico é composto de gelo flutuante em movimento.
Em vez de formar uma camada monolítica, o gelo marinho do Ártico é dividido em placas separadas chamadas blocos. Esses fragmentos podem variar de vários metros a vários quilômetros de largura.
O vento empurra os barcos flutuantes sobre o oceano, fazendo com que eles se desviem e se separem lentamente. Embora o vento seja uma das principais forças que controlam o movimento do gelo marinho, as observações mostram há muito tempo que ele não pode explicar tudo.
O gelo muitas vezes se move a velocidades que modelos simples baseados no vento não conseguem prever. Ele se espalha no oceano muito mais lentamente do que esses modelos sugerem.
Os cientistas propuseram várias explicações possíveis, incluindo comportamento incomum do vento, vórtices marinhos e rachaduras no gelo. Novas pesquisas sugerem que muitos desses padrões intrigantes podem ser explicados por um processo básico: colisões entre carros alegóricos vizinhos.
“Se houver muito gelo flutuando em um lugar com o vento, eles colidirão entre si e transferirão energia para os vizinhos”, disse Rallabandi. “Mostramos que este é o único componente necessário para explicar essas observações.”
simulação de campo de neve lotado
Para testar essa ideia, os pesquisadores criaram um modelo de computador que tratava o gelo flutuante como se fosse um grão se movendo em um silo. A principal diferença é que esses grãos flutuam na água e são empurrados por ventos turbulentos.
A simulação também inclui arrasto do oceano, bem como repetidas colisões entre barcos flutuantes.
Os investigadores compararam então o modelo com medições reais do Estreito de Fram, uma passagem entre a Gronelândia e o arquipélago norueguês de Svalbard. Grandes quantidades de gelo marinho do Ártico movem-se através desta região em direção ao Oceano Atlântico.
Usando condições locais medidas de vento e gelo, com apenas um parâmetro adicional que teve pouco impacto no resultado geral, o modelo reproduziu com sucesso três observações que antes eram difíceis de explicar.
Isto corresponde à rapidez com que o gelo marinho se espalha, qual é a amplitude das velocidades individuais de natação e como a velocidade do gelo muda ao longo de períodos que variam de horas a dias.
Por que o conflito é tão importante?
As colisões têm efeitos intensos porque o gelo marinho do Ártico pode ser compactado.
Em campos de gelo densos, peças flutuantes individuais colidem com peças próximas com mais frequência do que as mudanças do vento. Cada colisão dissipa parte da energia fornecida pelo vento e reduz a distância que um barco pode percorrer antes de colidir com outro pedaço de gelo.
Este repetido movimento de empurrar e puxar ajuda a explicar por que o gelo marinho não continua a expandir-se rapidamente em resposta ao vento.
As descobertas poderão, em última análise, melhorar as previsões do transporte de gelo marinho à medida que as condições do Ártico evoluem. A quantidade de oceano coberto de gelo e o tamanho dos blocos individuais influenciam a frequência com que ocorrem colisões. Por sua vez, essas colisões afetam a rapidez com que o campo de gelo pode se espalhar.
A nova estrutura conecta essas pequenas interações locais com atividades que ocorrem em áreas muito maiores.
Uma ferramenta potencial para modelos climáticos
O estudo não determina realmente como o aquecimento futuro mudará onde o gelo marinho do Ártico eventualmente desaparecer.
No entanto, Rallabandi disse que o modelo pode ajudar os cientistas a investigar questões como se a mudança nas condições do gelo poderia permitir que o gelo se espalhasse mais facilmente e entrasse em águas mais quentes, onde poderia derreter mais rapidamente.
Este trabalho também pode ser útil para modelagem climática.
Os modelos climáticos globais não conseguem rastrear cada um dos gigantes flutuantes relativamente pequenos que cobrem o Ártico. Em vez disso, os cientistas precisam de formas de representar o seu comportamento conjunto. Um modelo baseado na física de como os fluxos interagem pode ajudar a capturar processos que, de outra forma, seriam pequenos demais para serem observados individualmente.
Para Rallabandi, um dos aspectos mais importantes do estudo é que um processo físico relativamente simples pode explicar o movimento complexo visto no mundo real.
Física que vai além do gelo marinho
Os mesmos princípios podem aplicar-se a sistemas muito além do Ártico.
Qualquer situação que envolva a colisão de vários objetos quando empurrados por uma força inesperada pode se comportar de maneira semelhante. Os pesquisadores apontam para aplicações potenciais em tintas carregadas de partículas usadas em avalanches, deslizamentos de terra, ciência de materiais e impressão 3D.
“O modelo não se limita à neve”, disse Rallabandi. “Só é necessária uma fonte de ruído, força e coisas em movimento para experimentar a colisão.”
