點擊藍字

關(guān)注我們

近期，《物理評論快報》（Physical Review Letters）在線刊登了能動系孫超課題組與合作團隊關(guān)于擴散排鹽主導的海冰老化機制的研究論文，題目為Sea ice aging by diffusion-driven desalination。該論文同時入選了Editors’ Suggestion和Featured in Physics，得到了美國物理學會（APS）旗下的物理雜志（Physics Magazine）的特別報道。

海冰是全球氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之一，對于海洋環(huán)流、海水溫度、地表反照率等等有關(guān)鍵的影響。隨著冰齡的增長，海冰的孔隙度和含鹽量明顯減小，這直接影響著海冰的熱力學性質(zhì)和機械性質(zhì)，從而影響海冰與其周圍環(huán)境的相互作用。理解控制海冰老化動力學的物理機制具有重要的現(xiàn)實意義。

圖1：鹽水中新形成的多孔冰層逐漸老化為致密冰層

結(jié)合可控實驗、精細理論建模和直接數(shù)值模擬，研究團隊在長達二十天的時間里研究了鹽水結(jié)冰達到最終狀態(tài)的完整過程。研究發(fā)現(xiàn)，在相對快速的生長過程之后，冰層繼續(xù)緩慢地老化，其孔隙度不斷降低（圖1）。冰層在老化過程中處于熱平衡之中，體系中的溫差導致的冰層內(nèi)部的鹽度梯度，從而導致冰層內(nèi)部鹽分的向外輸運。隨著冰層的不斷排鹽，其內(nèi)部的孔隙進一步凍結(jié)（圖2）。系統(tǒng)的最終狀態(tài)與純液體凍結(jié)時的情況一致，冰層成為致密的純冰，鹽分被完全排入未凍結(jié)的體相鹽水中。

圖2：在處于熱平衡的冰層中，系統(tǒng)溫差導致鹽度梯度，驅(qū)動鹽分向冰外排出，最終導致冰層孔隙度下降

該工作拓展了對于溶液體系中復雜流動、傳熱傳質(zhì)與固液相變的耦合物理機制的理解，也為通過實驗室研究進一步探索海冰老化涉及的其它復雜過程提供了范例。通過實驗室研究與實地觀測的結(jié)合，可以為優(yōu)化海冰建模，提高氣候模型預測能力提供新的參考。

清華大學能動系2022級博士生杜易鴻為論文的第一作者，清華大學“水木學者”、能動系助理研究員王峰為論文通訊作者，論文合作者包括清華大學能動系教授、新基石研究員孫超和法國里爾大學助理教授恩里科·卡爾扎瓦里尼 (Enrico Calzavarini)。

該工作得到了國家自然科學基金卓越研究群體項目“非線性力學的多尺度問題研究”和青年科學基金、騰訊新基石研究員項目和科學探索獎、博士后科學基金特別資助和面上項目等的支持。

論文鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/mct1-6hbw

圖文 | 杜易鴻、王峰

編輯 | 宋婷婷

審核 | 麻林巍

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請讀者僅作參考，并自行核實相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。