В России создан алгоритм, просчитывающий поведение айсбергов в Арктике

Создание алгоритма

Ученые из России разработали новый подход, позволяющий более точно просчитывать структуру и свойства ледовых торосов и айсбергов в Арктике при помощи данных, полученных радиолокаторами и системами ультразвукового сканирования. Об этом пишет ТАСС. Алгоритм поможет повысить безопасность нефтедобычи и судоходства в Арктике.

Как пояснила ведущий научный сотрудник Московского физико-технического института (МФТИ) Фаворская Алена, понимание порождаемой торосами нагрузки на инженерные конструкции необходимо для предотвращения аварий в условиях жесткого арктического климата. Фаворская пояснила, что таким образом, наши исследования не только обогащают понимание ледяных процессов, но и укрепляют безопасность в арктических акваториях путем разработки надежных методов оценки воздействия льда на нефтедобывающие сооружения и морские пути.

По информации ТАСС, в последние годы российские и зарубежные исследователи начали активно изучать то, как устроены различные формы отложений льда в морских регионах российской и зарубежной Арктики. В их число входят как айсберги, так и другие структуры, такие как торосы, нагромождения льдин, возникающие в результате сжатия и разламывания ледового щита, а также стамухи - большие льдины или торосы, сидящие на мели. Отложения льда в морских регионах могут проявляться в различных формах, включая морской лед, ледяные плиты, айсберги, и ледяные поля. Морской лед образуется на поверхности океана в результате замерзания воды, в то время как ледяные плиты представляют собой более толстые участки многолетнего льда. Айсберги формируются, когда куски ледников отваливаются и плавают в открытой воде. Ледяные поля, состоящие из размытого и неравномерного льда, могут образовываться в результате комбинации морского и многолетнего льда, создавая разнообразные экологические и климатические условия в этих регионах.

Подобные структуры могут нести серьезную угрозу для судоходства или нормальной работы нефтедобывающих платформ в Арктике, однако для оценки их опасности необходимо понимать, как устроены эти скопления льда и какой формой обладает их невидимая подповерхностная или подводная часть. Подобные сведения можно получать при помощи радиолокаторов и систем ультразвукового сканирования, однако для этого нужно понимать, как распространяются волны через верхнюю и нижнюю часть нагромождений льда.

Российские ученые разработали алгоритм, который позволяет детально анализировать, как звуковые колебания взаимодействуют с различными слоями льда, учитывая такие параметры, как пористость, температура и соленость воды. Этот подход может существенно улучшить модели, связанные с исследованиями в области экологии, а также в приложениях, связанных с арктическими условиями. Созданный ими подход основан на использовании матриц и химерных расчетных сеток, которые активно используются в аэрокосмической отрасли для просчета взаимодействий сложно устроенных объектов с газовыми и жидкими средами.

Используя этот подход, российские ученые просчитали то, как различные волны отражаются и переотражаются от полостей и пустот внутри торосов, айсбергов и стамух, заполненных воздухом или морской водой. Результаты этих расчетов помогут ученым более точно интерпретировать ультразвуковые сигналы, прошедшие через толщу льда, и использовать их для реконструкции структуры и формы ледовых структур, потенциально угрожающих судам или морским буровым и нефтедобывающим платформам, подытожили исследователи.

Структура айсберга

Ледниковый лед образуется из слоев снега, которые накапливаются с течением времени. Вес накопленных слоев сжимает снег в зернистую форму, известную как фирн, которая имеет более высокую плотность и меньше воздуха, чем обычный снег. По мере того как давление от продолжающегося накопления снега увеличивается, фирн сжимается в еще более плотный ледниковый лед. Большинство айсбергов кажутся белыми, потому что лед все еще содержит много пузырьков воздуха, которые рассеивают все длины волн белого света. Но айсберги, состоящие из старого льда или сильно сжатого льда из глубины ледника, могут казаться темно-синими. Данный лед содержит гораздо меньше воздуха и более крупные, более плотные ледяные кристаллы, которые поглощают более длинные (красные) длины волн света и пропускают и рассеивают более короткие, синие длины волн. Чем длиннее путь, который свет проходит через лед, тем больше поглощаются длинные длины волн, и тем синее кажется лед.

Айсберги бывают самых разных размеров: от нескольких метров в поперечнике до сотен километров в длину. Айсберги также можно классифицировать по форме. Основное различие заключается в том, что айсберги имеют плоскую и неплоскую форму. У айсбергов с плоскими сторонами крутые, а их длина более чем в пять раз превышает высоту. К неплоским айсбергам относятся любые айсберги, которые не являются плоскими, и их можно дополнительно подразделить на несколько категорий. Куполообразные айсберги имеют округлую вершину, остроконечные айсберги имеют высокие шпили, а клиновидные айсберги имеют крутую поверхность рядом с более пологой стороной. Айсберги в сухом доке имеют покрытый водой канал, проходящий через них, потенциально достаточно большой для прохода лодок; отсюда и название. Наконец, у глыбовых айсбергов плоская вершина и крутые стороны, но соотношение их длины к высоте не такое большое, как у плоских айсбергов. Независимо от формы айсберга, то, что мы видим над поверхностью, составляет лишь около 10% от общей массы, остальная часть льда остается под водой.

Айсберги в Арктике, как правило, меньше и менее пластообразные, чем антарктические айсберги, потому что большинство из них образовались как нерегулярные куски ледников, которые откололись в океан, в основном вокруг Гренландии. По оценкам, ледники вокруг Гренландии и канадской Арктики откалывают 300 млрд кубических метров айсбергов каждый год. Поскольку Антарктида имеет гораздо большие ледяные щиты, айсберги, образующиеся в Южном полушарии, обычно больше, чем в Арктике, и они, как правило, имеют более пластообразную форму, поскольку целые участки ледяного щита откалываются одновременно. Самый большой айсберг, когда-либо зарегистрированный, айсберг «B-15», откололся от Антарктического ледяного щита в 2000 г. Он имел размеры 295 км в длину и 37 км в ширину, что дает ему площадь около 11 тыс. квадратных километров, это примерно размер Коннектикута. В течение следующих нескольких лет айсберг «B-15» дрейфовал вдоль побережья Антарктиды, прежде чем был разбит на более мелкие части.