Le leggi sul flusso dei materiali granulari si applicano anche al gigante, scala geofisica di iceberg che si accumulano nell'oceano allo sbocco di un ghiacciaio, gli scienziati hanno dimostrato.

Il Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ) ha pubblicato i risultati, descrivendo la dinamica dello zoccolo degli iceberg, noto come mélange di ghiaccio, di fronte al ghiacciaio Jakobshavn della Groenlandia. Il ghiacciaio in rapido movimento è considerato un punto di riferimento per gli effetti del cambiamento climatico.

"Abbiamo collegato teorie microscopiche per la meccanica del flusso granulare con il materiale granulare più grande del mondo:un mélange di ghiaccio glaciale, "dice Justin Burton, un assistente professore di fisica alla Emory University e autore principale dell'articolo. "I nostri risultati potrebbero aiutare i ricercatori che stanno cercando di comprendere l'evoluzione futura delle calotte glaciali della Groenlandia e dell'Antartide. Abbiamo dimostrato che un mélange di ghiaccio potrebbe potenzialmente avere un effetto ampio e misurabile sulla produzione di grandi iceberg da parte di un ghiacciaio".

La National Science Foundation ha finanziato la ricerca, che ha riunito fisici che studiano la meccanica fondamentale dei materiali granulari in laboratori e glaciologi che trascorrono le loro estati esplorando le calotte polari.

"I glaciologi generalmente si occupano di lenti, deformazione costante del ghiaccio glaciale, che si comporta come una densa melassa, un materiale viscoso che striscia verso il mare, ", afferma il coautore Jason Amundson, un glaciologo presso l'Università dell'Alaska sud-est, Juneau. "Melange di ghiaccio, d'altra parte, è fondamentalmente un materiale granulare, essenzialmente una poltiglia gigante, che è governato da fisica diversa. Volevamo capire il comportamento dell'ice mélange e i suoi effetti sui ghiacciai".

Per migliaia di anni, i massicci ghiacciai delle regioni polari della Terra sono rimasti relativamente stabili, il ghiaccio si è bloccato in forme montuose che si sono ritirate nei mesi più caldi ma hanno riacquistato la loro mole in inverno. Negli ultimi decenni, però, le temperature più calde hanno iniziato a scongelare rapidamente questi giganti ghiacciati. Sta diventando più comune che lastre di ghiaccio, alte circa un chilometro, si spostino, crepa e ruzzola nel mare, scissione dai loro ghiacciai madre in un processo esplosivo noto come parto.

Il ghiacciaio Jakobshavn avanza alla velocità di 50 metri al giorno fino a raggiungere il bordo dell'oceano, un punto noto come capolinea del ghiacciaio. Circa 35 miliardi di tonnellate di iceberg si staccano dal ghiacciaio Jakobshavn ogni anno, sfociando nel fiordo di Ilulissat in Groenlandia, un canale roccioso largo circa cinque chilometri. Il processo di distacco crea un mix di iceberg che vengono lentamente spinti attraverso il fiordo dal movimento del ghiacciaio. Il mélange di ghiaccio può estendersi per centinaia di metri nell'acqua ma in superficie assomiglia a un campo di neve bitorzoluto che inibisce, ma non può fermarsi, il moto del ghiacciaio.

"Un mélange di ghiaccio è una specie di purgatorio per gli iceberg, perché si sono tuffati nell'acqua ma non sono ancora riusciti a raggiungere l'oceano aperto, "dice Burton.

Mentre gli scienziati hanno studiato a lungo come si forma il ghiaccio, si rompe e scorre dentro un ghiacciaio, nessuno aveva quantificato il flusso granulare di un mélange di ghiaccio. È stata una sfida irresistibile per Burton. Il suo laboratorio crea modelli sperimentali di processi glaciali per cercare di quantificare le loro forze fisiche. Utilizza anche particelle microscopiche come modello per comprendere la meccanica fondamentale del granulare, materiali amorfi, e il confine tra uno stato a flusso libero e uno stato rigido, uno inceppato.

"Il materiale granulare è ovunque, dalle polveri che compongono i farmaci alla sabbia, terra e rocce che modellano la nostra Terra, " dice Burton. Eppure, Aggiunge, le proprietà di questi materiali amorfi non sono così ben comprese come quelle dei liquidi o dei cristalli.

Oltre ad Amundson, I coautori di Burton sul documento PNAS includono il glaciologo Ryan Cassotto, precedentemente con l'Università del New Hampshire e ora con l'Università del Colorado Boulder, e i fisici Chin-Chang Kuo e Michael Dennin, dell'Università della California, Irvine.

I ricercatori hanno caratterizzato sia il flusso che lo stress meccanico del mélange di ghiaccio di Jacobshavn utilizzando misurazioni sul campo, dati satellitari, esperimenti di laboratorio e modellazione numerica. I risultati descrivono quantitativamente il flusso del mélange di ghiaccio mentre si inceppa e si sblocca durante il suo viaggio attraverso il fiordo. Il documento ha anche mostrato come il mélange di ghiaccio può fungere da "piattaforma di ghiaccio granulare" nel suo stato inceppato, sostenere anche i più grandi iceberg nati nell'oceano.

"Abbiamo dimostrato che i glaciologi che modellano il comportamento delle piattaforme di ghiaccio con miscele di ghiaccio dovrebbero tenere conto delle forze di quelle miscele, " Dice Burton. "Abbiamo fornito loro gli strumenti quantitativi per farlo".