Теперь новая работа команды обсерватории Земли Ламонт-Доэрти в Колумбийском университете в Палисейдсе, штат Нью-Йорк, дает представление о том, что происходит внутри льда. Команда разработала прибор для удовлетворения растущей потребности в измерении льда по мере его изменения в ответ на внешние силы, процесс, который ученые называют «деформационным поведением».
Эти силы возникают на Земле в ледниковом льду, когда он течет под действием силы тяжести, и в космосе, когда ледяные тела-спутники, такие как спутники Юпитера и Сатурна, реагируют на приливные силы, исходящие от своих родительских тел. Эти ледяные планетарные спутники сильно заинтриговали ученых своим потенциалом удерживать огромные океаны подо льдом и, возможно, поддерживать жизнь.
Отчет группы Ламонта-Доэрти об их устройстве, называемом аппаратом криогенной деформации, появляется в текущем выпуске Review of Scientific Instruments от AIP Publishing.В документе рассматриваются три основных процесса.
Во-первых, фрикционный процесс скольжения: ледники — это ледяные реки, которые перемещают («скользят») лед от центров накопления к океанам, и этот процесс влияет на климат и уровень воды. Второй процесс — это неупругое поведение ледяного тела, то есть его способность превращать периодическую механическую энергию (например, от приливов) в тепло. Третий процесс, приливная диссипация, недавно стал в центре внимания планетологии как потенциальный источник тепла, достаточный для создания и поддержания подповерхностных океанов и вязких процессов, влияющих на течение льда, в котором возмущения внутри кристаллической решетки позволяют льду течь, как мед (через достаточно длительные периоды времени).
Аппарат представляет собой адаптацию классического аппарата двухосного трения, используемого для изучения механики разломов и генерации землетрясений в горных породах. Еще одно усовершенствование нового устройства — возможность регулирования температуры. Он позволяет ученым измерять поведение льда в различных условиях, которые применимы как к наземным ледникам, так и к ледяной поверхности Луны.
В природе температура ледников составляет от 0 до -20 градусов по Цельсию (-4 градуса по Фаренгейту). Ледяные оболочки ледяных спутников могут иметь теплое внутреннее пространство — примерно 0 градусов по Цельсию, но температура поверхности может достигать -200 градусов по Цельсию (-330 F), как на спутнике Сатурна Энцеладе, хотя аппарат команды не достигает этой чрезвычайно низкой температуры. .Температурная универсальность важна, потому что растущее количество свидетельств документирует динамическое и часто непредсказуемое поведение льда, которое может влиять на условия окружающей среды — например, ледники на Земле — и объясняет эволюцию тел спутников в космосе, как в случае спутника Юпитера Европа и спутника Сатурна.
Энцелад.«Наша конструкция позволяет использовать как гляциологические, так и планетарные приложения по целому ряду деформационных свойств, включая трение, неупругие и вязкие [свойства]. Мы надеемся, что этот диапазон адаптируемости приведет к новому пониманию деформации льда, в частности, путем объединения анализа различных реакций и увидеть, как они соревнуются в разных временных масштабах », — сказала Кристин Маккарти, ведущий автор исследования.
В частности, команда надеется расширить свое исследование трения льда о скалу, включив в него более реалистичные интерфейсы, в том числе таяние воды и, в конечном итоге, талую воду под давлением.В качестве следующего шага команда намеревается продолжить испытания на трение льда при температурах земных ледников, в частности, для изучения того, как приливы влияют на скорость скольжения и стабильность.
В следующей итерации экспериментов они погрузятся в более глубокие, более холодные температуры, примерно -90 градусов C (-130 градусов F), и посмотрят на лед с небольшим количеством аммиака или серной кислоты, которые являются вторыми фазами, предлагаемыми для Энцелада и Европы. , соответственно.«Мы хотели бы увидеть, может ли нагрев трением на разломах ледяных лун объяснить гейзеры жидкой воды, наблюдаемые на их поверхности», — сказал Маккарти.