I ricercatori dell'Università di Aalto hanno trovato prove evidenti che il ghiaccio caldo, cioè il ghiaccio molto vicino alla temperatura di zero gradi Celsius può rompersi in modo diverso rispetto ai tipi di ghiaccio tipicamente studiati in laboratorio o in natura. Un nuovo studio pubblicato su La criosfera approfondisce il fenomeno, ha studiato nel più grande serbatoio di ghiaccio al coperto del mondo nel campus di Aalto.

Capire come si rompono i ghiacci è fondamentale per garantire porti e ponti sicuri in climi freddi, così come il trasporto attraverso regioni storicamente ghiacciate. Poiché il riscaldamento globale porta cambiamenti a condizioni stagionali un tempo prevedibili, le regole alla base dell'ingegneria delle infrastrutture sono in fase di sperimentazione oltre i confini e i continenti.

"Dobbiamo studiare il ghiaccio caldo perché è quello che vediamo in natura; il riscaldamento globale sta accadendo. Le proprietà meccaniche del ghiaccio e il modo in cui risponde alla forza possono essere fondamentalmente diverse quando è caldo piuttosto che freddo, come lo studiamo tradizionalmente, "dice Iman El Gharamti, autore principale dell'articolo e dottorando alla Aalto University.

Per studiare come il ghiaccio caldo risponde a cicli ripetuti di forza, noti nel campo come carico meccanico ciclico, che simula le condizioni della natura:il team ha utilizzato l'Ice Tank dell'Università di Aalto. Misurando 40 metri di larghezza per 40 metri di lunghezza, il bacino di 2,8 m di profondità è considerato il più grande del suo genere al mondo.

Tipicamente, le fratture del ghiaccio sono studiate su piccola scala, spesso solo da 10 a 20 centimetri di lunghezza, a temperature di -10 gradi Celsius o più fredde. In questo studio, il team ha utilizzato lastre di ghiaccio di acqua dolce spesse più di un piede che misurano 3 per 6 metri. Hanno anche controllato con precisione la temperatura dell'aria ambiente, e il ghiaccio era, in termini congelati, caldo a -0,3 gradi Celsius.

Con un dispositivo di caricamento idraulico la squadra ha applicato più giri di carico e scarico sul ghiaccio. Le attuali conoscenze nel campo suggeriscono che il ghiaccio mostrerà un recupero viscoelastico, separato dalla risposta elastica immediata, è una questione di tempo, risposta elastica ritardata, tra carichi, almeno finché non viene detto al dispositivo di esercitare una forza sufficiente per dividere completamente il ghiaccio.

Alle condizioni previste, però, il ghiaccio si è comportato in modo inaspettato:ha mostrato un certo recupero elastico ma nessun significativo recupero viscoelastico. Infatti, il ghiaccio era permanentemente deformato.

"Quello che di solito vediamo tra i carichi meccanici è che il ghiaccio si riprende:torna alla normale formazione fino a quando non applichiamo intenzionalmente così tanta forza da rompersi permanentemente. Nella nostra ricerca, il ghiaccio si deformava sempre più dopo ogni carico e non abbiamo rilevato un significativo recupero elastico ritardato, " spiega El Gharamti.

Il principale fattore che contribuisce sembra essere la temperatura del ghiaccio. Questa ricerca è la prima a mostrare che il ghiaccio caldo può comportarsi in un modo fondamentalmente diverso rispetto al ghiaccio freddo normalmente studiato.

"Il fatto che il ghiaccio non abbia mostrato una risposta elastica ritardata non si adatta alla nostra comprensione convenzionale di come il ghiaccio affronta ripetuti cicli di forza. Riteniamo che ciò sia dovuto al modo in cui si comporta il livello granulare del ghiaccio quando è caldo, ma abbiamo ancora bisogno di fare ulteriori ricerche per scoprire cosa sta succedendo, "dice Jukka Tuhkuri, professore di meccanica dei solidi all'Università di Aalto.

Poiché le condizioni più calde sono sempre più attese in regioni precedentemente gelide come i Grandi Laghi o il Mar Baltico, una delle aree marine più trafficate del mondo, Tuhkuri afferma che è fondamentale comprendere i meccanismi del ghiaccio caldo.

"Una misurazione del carico di ghiaccio a lungo termine su un rompighiaccio nel Mar Baltico ha dimostrato in precedenza, sorprendentemente, che il maggior carico di ghiaccio si è verificato durante la primavera, quando il tempo si riscalda. Se le nostre navi e infrastrutture come ponti e turbine eoliche sono state progettate per stagioni abbastanza prevedibili, abbiamo bisogno di sapere cosa succede quando il riscaldamento globale porta nuove condizioni. Sembra che le vecchie regole potrebbero non reggere, " dice Tuhkuri.

I risultati saranno pubblicati in La criosfera .