Matematik ve fizikçilerden oluşan bir araştırma takımı, su sıcaklığı gibi harici kuvvetlerin buz oluşumlarına nasıl şekil verdiğini keşfetmiş. Araştırmacıların yayımlanan yeni makalesi, buzun erimesine yol açan etmenlerin ölçülmesinde farklı araçlar sağlayabilir.
Physical Review Letters bülteninde çıkan makalenin yazarlarından biri ve New York Üniversitesi (NYU) Courant Matematik Bilimleri Enstitüsünde doçent olan Leif Ristroph, “Buzların şekli ve örüntülenmesi, eridikleri çevre şartlarını gösteren hassas işaretler” diye açıklıyor. “Bu işaretler, şekli ‘okuyarak’ ortamdaki su sıcaklığı gibi unsurlar hakkında bilgi edinmemizi sağlıyor.”
NYU Fizik Bölümünde doçent olan eş yazar Alexandra Zidovska şöyle ekliyor: “Çalışmamız erimenin, erimeyi etkileyen olağan dışı akış kalıplarına nasıl sebep olduğunu anlamaya yardımcı oluyor. Söz konusu kalıplar, gezegenimizdeki buzu etkileyen pek çok karmaşıklıktan bir tanesi.”
Makalenin diğer yazarları ise NYU’da yüksek lisans öğrencisi olan Scott Weady ve çalışmanın yürütüldüğü sırada NYU Sanat ve Fen Bilimleri Fakültesinde lisans öğrencisi olan Josh Tong.
NYU Uygulamalı Matematik Laboratuvarı ve Yumuşak Madde Araştırmaları Merkezinde bir dizi deney yürütün araştırmacılar, buzun sudaki erimesini ve özellikle de su sıcaklığının, buzun nihai şekilleri ile örüntülerini nasıl etkilediğini incelemişler. Bunu yapmak için de baloncuklardan ve diğer yabancı maddelerden yoksun olan ultra saf buz oluşturmuşlar. Araştırma takımı, sıcaklığı kontrol edilen ve değiştirilen soğuk hava depolarına benzeyen soğuk bir odada su tanklarına batırılan buzların erimesini kayda geçirmiş.
Uygulamalı Matematik Laboratuvarının müdürü Ristroph, “0-10 derece arasındaki düşük sıcaklıklara odaklandık” diyor. “Doğal sularda bulunan buzlar genelde bu aralıkta eriyor. Oluşan şekillerde ise şaşırtıcı bir çeşitlilik oluştuğunu keşfettik.”
Özellikle çok düşük sıcaklıklarda (5 derece C altında olanlar), parçalar bir diken veya aşağı doğru bakan “kule” şeklini almış; bir buz saçağı gibi ama (hiç dalgacık olmadan) mükemmel derecede pürüzsüz biçimde… Yaklaşık 7 derece C üstündeki sıcaklıklarda ise aynı temel şekiller bu sefer tersten oluşmuş; yukarı doğru bakan bir diken ortaya çıkmış. Aradaki sıcaklıklarda ise buz, yüzeyinde meydana gelen erimelerle dalgalı ve eğri büğrü bir şekil almış. Buz dağlarında ve doğadaki diğer buz yüzeylerinde, “tarak” adı verilen benzer desenler görülüyor.
Bu şekil farklılıkları, suyun akışında meydana gelen ve suyun sıcaklığıyla belirlenen değişimler sebebiyle oluşuyor.
“Erime, buz yakınındaki suyun sıcaklığında aşamalı değişimler meydana getiriyor ve farklı yerlerdeki sıvının farklı yoğunluklar taşımasına sebep oluyor” diye açıklıyor Weady. “Bu durum, yer çekimi sebebiyle akış meydana getiriyor ve daha ağır olan sıvı batarken, daha hafif olan sıvı yükseliyor. Yüzey boyunca görülen bu gibi akıntılar, farklı bölgelerde farklı oranlarda erimeye ve böylelikle şekil değişimlerine yol açıyor.”
“Tuhaf bir fizik olayı da, sıvı suyun sıcaklığa karşı çok olağandışı bir yoğunluk bağımlılığı sergilemesi” diye ekliyor Weady. “Özellikle 4 derece Celsius civarında en yüksek yoğunluğa erişiyor. Bu ‘yoğunluk anomalisi’, suyu diğer sıvılara kıyasla benzersiz hale getiriyor.”
Kaynak: New York Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
