Fizikçiler, Farklı Sıcaklıklarda Eriyen Buzun Aldığı Şekilleri İnceledi

Yeni araştırmalar, eriyen buzun etrafındaki suyun sıcaklığına bağlı olarak farklı şekiller alabileceğini gösteriyor ve bu farklılıkların altında yatan fizik hakkında yeni bilgiler ortaya koyuyor.

Araştırmanın arkasındaki ekip, deneyleri için kabarcıklar ve kirlilik içermeyen ultra saf "berrak" buz oluşturdu ve ardından özel olarak tasarlanmış bir "soğuk odada" tatlı su tanklarına indirilirken buzun erimesini gözlemledi.

Hızlandırılmış fotoğrafçılık, buzun şeklindeki ayrıntılı değişiklikleri kaydetmek için kullanıldı ve çevredeki su ile etkileşime girerken buzun şeklini değiştiren temel süreçleri doğrulamak için matematiksel modeller kullanıldı.

New York Üniversitesi'nden (NYU) deneysel fizikçi Leif Ristroph, "Buzun şekilleri ve deseni, eridiği çevresel koşulların hassas göstergeleridir ve bu, şekli 'okumamıza' ve ortamdaki su sıcaklığı gibi faktörleri anlamamıza izin verir" diyor.

"Doğal sulardaki buzun tipik olarak eridiği 0 ila 10 santigrat derece sıcaklıklara odaklandık ve oluşan şaşırtıcı şekiller bulduk."

Çok soğuk sıcaklıklarda (5 santigrat derece), buz parçaları aşağıyı gösteren bir sivri uç şeklini aldı. Daha yüksek sıcaklıklarda (7 santigrat derece), sivri uç şekli aynıydı, ancak bu sefer yukarıyı gösteriyordu.

Aradaki sıcaklıklar için buz dalgalı hale geldi ve eridikçe dalgalandı. Bu, bazen doğada eriyen buzda bulunan sözde tarak desenleriyle eşleşir. Farklılıklar, soğuk buz suya sızdıkça akış halinde olan sıcaklık tarafından kontrol edilen su akışındaki değişikliklerden kaynaklanmaktadır.

Araştırmacılar, buz eridikçe, etrafındaki suyun sıcaklığının katmanlı hale geldiğini ve bunun da değişken sıvı yoğunlukları anlamına geldiğini açıklıyor. Yerçekimi nedeniyle daha ağır sıvı batarken ve daha hafif sıvı yükseldikçe, buz üzerinde farklı yerlerde farklı hızlarda erime meydana gelir ve şekil değişikliklerine neden olur.

Fotoğraf: 5-7 derece arasındaki sıcaklıklarında erimiş buzun şekli.

Aşağı ani yükselmeler, yukarı doğru su akışlarına karşılık gelirken, yukarı ani yükselmeler, aşağı su akışlarına karşılık gelir. Dalgalı desenler, yukarı akışlar ve aşağı akışlar birbiriyle etkileşime girdiğinde ortaya çıkar.

NYU'dan uygulamalı matematikçi Scott Weady, "Fiziğin tuhaf yanı, sıvı suyun sıcaklığa, özellikle de maksimum yoğunluğun yaklaşık 4 santigrat derecede olağandışı bir bağımlılığına sahip olmasıdır" diyor. "Bu 'yoğunluk anomalisi' suyu diğer sıvılara kıyasla benzersiz kılıyor."

Teknik olarak burada incelediğimiz şey, birbirine karşı farklı hızlarda hareket eden sıvıların neden olduğu Kelvin-Helmholtz kararsızlığına benzer. Doğal dünyadaki diğer birçok senaryoda gözlemlenir (örneğin, Dünya'daki bulutlar).

Bütün bunlar, bilim insanlarının erimenin akış kalıplarını nasıl oluşturduğuna ve bu akış kalıplarının daha sonra erimeyi nasıl etkilediğine dair daha fazla bilgiye sahip olduğu anlamına gelir. Mesela, okyanusun ortasında bir buzdağını bu bilgiler ışığında daha ayrıntılı inceleyebilirler.

Gelecekte, sadece şekline bakarak buzun nasıl eridiğini anlayabileceğiz. Dünya'nın buz rezervleri sabit bir hızla yok olurken, bu süreci etkileyen etkileri bilmek her zamankinden daha önemli hale geliyor.

Ristroph, "Bulgularımız, doğada görülen bazı karakteristik buz şekillerini, özellikle keskin sivri uçlardan veya kulelerden oluşan buzdağlarının doruk morfolojisini ve dalgalı çukur desenlerinden oluşan sözde tarakları açıklamaya yardımcı oluyor" diyor.

Bu çalışmanın daha büyük bağlamı, Dünya'nın değişen iklimi ve gezegenimiz genelinde artan buz erime hızı ile ilgilidir. Daha küçük ölçeklerde erimenin ayrıntılı fiziğini ve matematiğini daha iyi anlamak önemlidir.

Araştırma, Physical Review Letters'da yayınlandı.