Wind-driven collisions between floes explain the observed dispersion of Arctic sea ice
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि पवन-चालित टकरावों के लिए आइस फ्लो (ice floes) के बीच होने वाले स्टोकैस्टिक ग्रेनुलर सिमुलेशन, आर्कटिक समुद्री बर्फ के फैलाव और वेग वितरण को सटीक रूप से पुनरुत्पादित करते हैं, जो ब्राउनियन मॉडलों के साथ पिछले विसंगतियों को सुलझाते हैं और स्थानीय फ्लो-स्केल प्रक्रियाओं पर आधारित एक भविष्य कहनेवाला ढांचा स्थापित करते हैं।
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आर्कटिक महासागर बर्फ की एक ठोस चादर नहीं है, बल्कि टूटे हुए बर्फ के शीट्स का एक विशाल, घूमता हुआ मोज़ेक है, जिन्हें 'फ्लोज़' (floes) कहा जाता है, जो पानी के ऊपर तैरते रहते हैं। ये फ्लोज़, जिनका आकार कुछ मीटर से लेकर कई किलोमीटर तक हो सकता है, हवा द्वारा धकेले जाते हैं और समुद्री धाराओं द्वारा खींचे जाते हैं। हालांकि इस बर्फ के पैक की समग्र गति पृथ्वी की जलवायु को नियंत्रित करने और ध्रुवीय पारिस्थित प्रणालियों को सहारा देने के लिए महत्वपूर्ण है, लेकिन व्यक्तिगत फ्लोज़ की अराजक, अस्थिर गति ने लंबे समय से वैज्ञानिकों को उलझा रखा है। जब शोधकर्ताओं ने यह अनुमान लगाने की कोशिश की कि ये बर्फ के टुकड़े कितनी तेजी से फैलते हैं या हवा के झोंकों के जवाब में वे कैसे चलते हैं, तो मानक मॉडल विफल रहे। ये मॉडल, जो बर्फ के फ्लोज़ को एक तरल पदार्थ में बेतरतीब ढंग से बहने वाले छोटे कणों की तरह मानते हैं, प्रसार की ऐसी गति का अनुमान लगाते थे जो वास्तविक दुनिया में देखी गई गति से दस गुना अधिक तेज़ थी। वे यह समझाने में भी विफल रहे कि बर्फ एक विशिष्ट, असामान्य गति पैटर्न के साथ क्यों चलती है जो हवा के स्वयं के यादृच्छिक उतार-चढ़ाव से मेल नहीं खाता था।
सदर्न कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, रिवरसाइड के शोधकर्ताओं का एक नया अध्ययन एक एकल, अक्सर अनदेखे कारक पर ध्यान केंद्रित करके इन विसंगतियों का स्पष्ट समाधान प्रदान करता है: बर्फ के फ्लोज़ के बीच होने वाली टक्करें। टीम ने एक परिष्कृत कंप्यूटर सिमुलेशन बनाया जिसने हजारों व्यक्तिगत बर्फ के फ्लोज़ को ट्रैक किया, जिन्हें उतार-चढ़ाव वाली हवाओं द्वारा धकेला जा रहा था। उनके मॉडल में, बर्फ के फ्लोज़ अलग-थलग कण नहीं थे; वे एक-दूसरे के बहुत करीब थे, जो समुद्र की सतह के नब्बे प्रतिशत तक हिस्से को कवर कर रहे थे। जैसे ही हवा ने उन्हें धकेला, फ्लोज़ लगातार एक-दूसरे से टकराते रहे। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये बार-बार होने वाली, ऊर्जा को कम करने वाली टक्करें ही वह गायब कड़ी थीं। हर बार जब दो फ्लोज़ आपस में टकराते थे, तो वे हवा द्वारा दी गई ऊर्जा को नष्ट कर देते थे, जिससे बर्फ की गति धीमी हो जाती थी और उसे पुराने मॉडलों की तरह अनियंत्रित रूप से फैलने से रोक दिया जाता था।
फ्राम स्ट्रेट (Fram Strait)—जो ग्रीनलैंड और स्वालबार्ड के बीच समुद्री बर्फ का एक प्रमुख प्रवेश द्वार है—से वास्तविक दुनिया के हवा के डेटा को अपने सिमुलेशन में फीड करके, टीम ने वास्तविक अवलोकनों के साथ एक उल्लेखनीय समानता प्राप्त की। सिमुलेशन ने बर्फ के फैलने की सटीक दर, गति के विशिष्ट वितरण और घंटों से लेकर महीनों तक के समय के पैमाने पर गति के ऊर्जा पैटर्न को सफलतापूर्वक पुनरुत्पादित किया। परिणामों ने दिखाया कि एक भीड़भाड़ वाले बर्फ के क्षेत्र में, बर्फ खुले पानी की तुलना में बहुत अलग व्यवहार करती है। जब बर्फ विरल होती है, तो फ्लोज़ स्वतंत्र रूप से और तेज़ी से चलते हैं, जो हवा के यादृच्छिक झोंकों से मेल खाते हैं। लेकिन जैसे-जैसे बर्फ घनी होती जाती है, टक्करें इतनी बार होती हैं कि वे गति पर हावी हो जाती हैं। बर्फ के फ्लोज़ आपस में इतनी बार टकराते हैं कि वे गति पकड़ ही नहीं पाते, जिससे उनकी गति पहले की तुलना में बहुत धीमी और अधिक सीमित हो जाती है।
यह अध्ययन उन अन्य संभावित स्पष्टीकरणों को स्पष्ट रूप से खारिज करता है जिन पर वैज्ञानिकों ने पहले विचार किया था, जैसे कि हवा की रुक-रुक कर होने वाली प्रकृति, समुद्री धाराओं की उथल-पुथल, या बर्फ के क्षेत्र में दीर्घ-दूरी के सहसंबंध (long-range correlations)। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि देखे गए व्यवहार को समझाने के लिए इनमें से कोई भी कारक आवश्यक नहीं था। इसके बजाय, बर्फ की जटिल, अराजक गति सीधे तौर पर फ्लोज़ के बीच स्थानीय अंतःक्रियाओं से उत्पन्न हुई। टीम ने रेत या दानों जैसे ग्रेन्युलर पदार्थों के भौतिकी पर आधारित एक गणितीय ढांचा विकसित किया, ताकि इन गतिकी का वर्णन किया जा सके। इस सिद्धांत ने पुष्टि की कि तीव्र टक्करें एक ब्रेक की तरह कार्य करती हैं, जो हवा की अराजक ऊर्जा को ऊष्मा और घर्षण में बदल देती हैं, जिससे बर्फ की गति की सीमा कम हो जाती है और इसकी गति के ऊर्जा स्पेक्ट्रम को सपाट कर देती है।
निष्कर्ष बताते हैं कि समुद्री बर्फ के वैश्विक परिवहन को समझने के लिए, वैज्ञानिकों को पूरी वायुमंडल या महासागर का अत्यधिक विस्तार से मॉडल करने की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, बर्फ के पैक के व्यवहार को स्थानीय स्तर पर समझा जा सकता है: कि कैसे बर्फ के व्यक्तिगत टुकड़े अपने निकटतम पड़ोसियों और हवा के साथ अंतःक्रिया करते हैं। शोधकर्ताओं ने केवल सीधे मापे गए मात्राओं, जैसे कि हवा की गति और बर्फ की मोटाई का उपयोग करके अपने मॉडल को संचालित किया, जिससे यह सिद्ध हुआ कि बर्फ की गति के जटिल, बड़े पैमाने के पैटर्न सरल, स्थानीय टक्करों का सीधा परिणाम हैं। यह दृष्टिकोण समुद्री बर्फ के आंदोलन की भविष्यवाणी करने का एक नया, अधिक सटीक तरीका प्रदान करता है, जो पृथ्वी की जलवायु प्रणाली के एक महत्वपूर्ण घटक की स्पष्ट तस्वीर पेश करता है।
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