Οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του πάγου της Αρκτικής κατά τη διάρκεια της περιόδου τήξης
Ο Αρκτικός Ωκεανός υφίσταται μια σειρά αλλαγών στον θαλάσσιο πάγο, του οποίου η συγκέντρωση και το πάχος, καθώς και ο πολυετής όγκος πάγου, έχουν μειωθεί σημαντικά. Αυτές οι αλλαγές έχουν κάνει την περιοχή της Αρκτικής όλο και πιο προσιτή και έχουν προσελκύσει πολλούς μελετητές να επικεντρωθούν στη χωρική και χρονική κατανομή του θαλάσσιου πάγου.
Οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του θαλάσσιου πάγου της Αρκτικής είναι λιγότερο εστιασμένες. Ωστόσο, είναι τα βασικά χαρακτηριστικά του πάγου εάν ένα παγοθραυστικό θέλει να περάσει από τη θάλασσα που καλύπτεται από πάγο με ασφάλεια.
Ο θαλάσσιος πάγος είναι ένα πολύπλοκο υλικό που αποτελείται από καθαρό πάγο, άλμη και αέρα. Τα δύο τελευταία δεν έχουν αντοχή, επομένως, η ισχύς του θαλάσσιου πάγου ελέγχεται κυρίως από το κλάσμα όγκου της άλμης και του αέρα, δηλαδή το πορώδες. Και το πορώδες μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τη θερμοκρασία του πάγου, την αλατότητα και την πυκνότητα. Προκειμένου να αποκαλυφθούν οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του θαλάσσιου πάγου της Αρκτικής υπό την τρέχουσα κατάσταση, η θερμοκρασία του πάγου, η αλατότητα, η πυκνότητα και η μονοαξονική θλιπτική αντοχή μετρήθηκαν σε μια έρευνα πεδίου από τους Qingkai Wang, Zhijun Li, Ruibo Lei και Hongwei Han.
R/V Xuelong είναι το κινεζικό παγοθραυστικό που ταξίδεψε στην κεντρική περιοχή του Αρκτικού Ωκεανού δύο φορές το 2014 και το 2016 και διεξήγαγε επιτόπιες έρευνες στον πάγο. Αρκετοί πυρήνες πάγου εξήχθησαν χρησιμοποιώντας παγοτρυπάνια και στη συνέχεια μετρήθηκαν η θερμοκρασία του πάγου, η αλατότητα και η πυκνότητα. Στη συνέχεια, οι υπόλοιποι πυρήνες πάγου μεταφέρθηκαν σε ένα κρυογονικό εργαστήριο για να μετρηθεί η μονοαξονική αντοχή σε θλίψη.
Κατά τη διάρκεια της περιόδου τήξης, η θερμοκρασία του θαλάσσιου πάγου της Αρκτικής μειώθηκε με το βάθος και κυμαινόταν μεταξύ -1,2°C και -0,2°C. Η αλατότητα του πάγου αυξήθηκε με το βάθος και ήταν κυρίως μικρότερη από 4 PSU. Η αλατότητα στην κορυφή ήταν κοντά στο 0 PSU λόγω της καθοδικής αποστράγγισης άλμης. Η πυκνότητα του πάγου αυξήθηκε επίσης με το βάθος από πάνω προς τα κάτω, κυμαινόμενο κυρίως από 600 kg/m έως 980 kg/m. Και τα δύο κλάσματα όγκου αέρα και άλμης κυμαίνονταν κυρίως μεταξύ 0 και 300‰, ενώ το πρώτο μειώθηκε με το βάθος και το δεύτερο αυξήθηκε με το βάθος, γεγονός που έκανε τον όγκο αέρα περισσότερο από τον όγκο άλμης στην κορυφή ενός φύλλου πάγου, ενώ ο όγκος της άλμης στην κορυφή κάτω μέρος. Το πορώδες του πάγου κυμαινόταν κυρίως μεταξύ 50‰ και 400‰.
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το πορώδες είναι μια κρίσιμη παράμετρος που επηρεάζει την αντοχή του θαλάσσιου πάγου. Όσο μεγαλύτερο είναι το πορώδες, τόσο λιγότερο δυνατός είναι ο θαλάσσιος πάγος. Τα αποτελέσματα της μονοαξονικής δοκιμής συμπίεσης έδειξαν ότι η αντοχή του θαλάσσιου πάγου μειώθηκε με την αύξηση του πορώδους με ηλεκτρικό τρόπο. Επιπλέον, τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι η αντοχή του θαλάσσιου πάγου είναι επίσης συνάρτηση του ρυθμού παραμόρφωσης, που σχετίζεται με την ταχύτητα φόρτωσης. Σε χαμηλή ταχύτητα φόρτωσης, η αντοχή αυξήθηκε με την αύξηση του ρυθμού καταπόνησης με τροφοδοτικό τρόπο, ενώ μειώθηκε με την αύξηση του ρυθμού παραμόρφωσης με τρόπο τετραγωνικής λειτουργίας σε καθεστώς υψηλότερης ταχύτητας φόρτισης. Ωστόσο, με την ταχύτητα φόρτωσης να αυξάνεται συνεχώς, η αντοχή τείνει να είναι ανεξάρτητη με το ρυθμό καταπόνησης. Επομένως, μπορεί να καθοριστεί μια παραμετροποίηση της μονοαξονικής αντοχής σε θλίψη χρησιμοποιώντας το πορώδες και τον ρυθμό παραμόρφωσης ως παραμέτρους, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.
Αυτή η εργασία έχτισε μια γέφυρα μεταξύ της μηχανικής και της φυσικής του θαλάσσιου πάγου της Αρκτικής. Ως εκ τούτου, το παραμετρικό μοντέλο που προτείνεται σε αυτή τη μελέτη μπορεί να είναι χρήσιμο για την εκτίμηση της μονοαξονικής συμπιεστικής αντοχής του θαλάσσιου πάγου της Αρκτικής σε αυτό το μεταβαλλόμενο περιβάλλον.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Εκτίμηση της μονοαξονικής αντοχής συμπίεσης του πάγου της Αρκτικής κατά τη διάρκεια της περιόδου τήξης, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Cold Regions Science and Technology. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Qingkai Wang και Zhijun Li από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Dalian στην Κίνα, τον Ruibo Lei από το Polar Research Institute of China και τον Hongwei Han από το Northeast Agriculture University στην Κίνα.
