I ricercatori del gruppo Toschi della Eindhoven University of Technology pensano che il problema del cambiamento di fase dell'acqua con la considerazione dell'anomalia della densità dell'acqua sia di grande importanza in relazione a fenomeni naturali comuni. Il loro piano di ricerca è in primo luogo quello di comprendere i fondamenti della fisica, questo è, il problema accoppiato degli strati stabilmente e instabilmente stratificati con la considerazione dell'anomalia di densità.

Il lavoro attuale è solo il trampolino di lancio per esplorare in seguito problemi di glassa più interessanti ma complessi. In futuro, hanno anche in programma di studiare lo scioglimento e la formazione del ghiaccio rispetto all'acqua di mare, per esempio. negli esperimenti aggiungendo sale al sistema e nella simulazione aggiungendo un campo scalare di concentrazione accoppiato con il campo di temperatura (che è la 'convezione a doppia diffusione') per imitare l'acqua di mare.

La fluidodinamica può modificare i comportamenti del sistema

paesaggi, derivanti da interazioni ghiaccio-acqua accoppiate con solidificazione/fusione, sono onnipresenti in natura, tuttavia la maggior parte degli studi precedenti non ha considerato la ricca fluidodinamica indotta dall'anomalia della densità dell'acqua sotto il fronte di ghiaccio in movimento, che possono cambiare drasticamente i comportamenti del sistema. Da esperimenti, simulazioni numeriche, e modelli teorici, i ricercatori studiano la solidificazione dell'acqua e il suo accoppiamento dinamico con i flussi convettivi (turbolenti).

Riveliamo quattro regimi distinti e sviluppiamo un modello teorico in grado di catturare con precisione lo spessore del ghiaccio e le tempistiche del ghiaccio. Meccanismi fisici rivelati da questo studio, quando applicato alle registrazioni geologiche del ghiaccio del lago, può fornire un indicatore del cambiamento climatico. Le attuali indagini offrono una visione più approfondita della comprensione dell'accoppiamento tra cambiamento di fase e stratificazione in ambiente marino, geofisico, e sistemi astrofisici.

Quattro distinti regimi di dinamica del flusso

I flussi convettivi associati alla solidificazione o alla fusione nei corpi idrici svolgono un ruolo importante nella formazione dei paesaggi geofisici. In particolare in relazione allo scenario del riscaldamento climatico globale, è essenziale essere in grado di quantificare con precisione come gli ambienti dei corpi idrici interagiscono dinamicamente con la formazione del ghiaccio o il processo di scioglimento. Precedenti studi hanno rivelato la natura complessa del processo di glassa, ma hanno spesso ignorato una delle particolarità più notevoli dell'acqua, la sua anomalia di densità, e gli strati di stratificazione indotta interagiscono e si accoppiano in modo complesso in presenza di turbolenza.

Combinando gli esperimenti, simulazioni numeriche, e modelli teorici, ricercatori studiano la solidificazione dell'acqua dolce, considerando correttamente la transizione di fase, anomalia della densità dell'acqua, e le proprietà fisiche reali delle fasi di ghiaccio e acqua, si è rivelata essenziale per prevedere correttamente i diversi comportamenti qualitativi e quantitativi. I ricercatori identificano, con l'aumento della spinta termica, quattro distinti regimi di dinamica del flusso, dove si verificano diversi livelli di accoppiamento tra fronti glaciali e strati d'acqua stabilmente e instabilmente stratificati. Nonostante la complessa interazione tra il fronte del ghiaccio e i movimenti dei fluidi, notevolmente, lo spessore medio del ghiaccio e il tasso di crescita possono essere ben catturati con il modello teorico. È stato rivelato che la guida termica ha effetti importanti sull'evoluzione temporale del processo di formazione di ghiaccio globale, che può variare da pochi giorni ad alcune ore nell'attuale regime dei parametri. Il modello può essere applicato a situazioni generali in cui la dinamica del ghiaccio si verifica in diverse condizioni termiche e geometriche.