温暖的冰与寒冷的冰可能会破裂不同

阿尔托大学的研究人员已经找到了强有力的证据，表明与实验室或自然界中通常研究的冰相比，暖冰(即温度非常接近零摄氏度的冰)的破裂程度可能有所不同。在《冰冻圈》中发表的一项新研究更仔细地研究了这种现象，该现象是在阿尔托校园内世界上最大的室内冰罐中进行的。

了解破冰的方式对于确保在凉爽的气候中安全的港口和桥梁，以及在历史上冰重地区的运输至关重要。由于全球变暖使曾经可预测的季节条件发生变化，因此跨边界和大洲都在测试基础设施工程的基础规则。

“我们需要研究温暖的冰，因为这是我们在自然界中看到的;全球变暖正在发生。冰的机械特性以及它对力的反应方式在温暖而不是寒冷时可能根本不同，正如我们传统上研究的那样， ”论文的主要作者，阿尔托大学的博士生Iman El Gharamti说。

为了研究温暖的冰如何对反复的力响应(在本领域中称为循环机械负载，它模拟自然条件)，该团队利用了阿尔托大学的制冰罐。深2.8m的盆地长40米，宽40米，被认为是世界上最大的盆地。

通常，在-10摄氏度或更冷的温度下以小规模研究冰裂缝，通常只有10到20厘米长。在这项研究中，研究小组使用了超过一英尺厚的冰原，尺寸为3 x 6米。他们还精确地控制了周围的空气温度，而冰的冰冻温度为-0.3摄氏度。

借助液压加载设备，该团队在冰上进行了多轮加载和卸载。对该领域的当前理解表明，在载荷之间，冰将表现出粘弹性恢复(与立即的弹性响应不同，这是与时间有关的延迟弹性响应)，至少直到告知设备施加足够的力来使冰完全分裂为止。

然而，在所提供的条件下，冰的行为出乎意料：其显示出一些弹性恢复，但根本没有明显的粘弹性恢复。实际上，冰已永久变形。

“我们通常在两次机械载荷之间看到的是冰会恢复-它会弹回正常的形态，直到我们有意施加如此大的力使其永久破裂。在我们的研究中，每次载荷后冰的变形越来越大，并且我们没有发现明显的延迟。弹性恢复。”

主要的影响因素似乎是冰的温度。这项研究是第一个表明暖冰的行为可能与通常研究的冷冰有根本不同的方式。

“冰没有表现出延迟的弹性响应这一事实不符合我们对冰如何应对反复的一轮力的传统理解。我们相信，这是因为冰在温暖时的颗粒状态如何，但是我们仍然需要做更多的研究来找出正在发生的事情。”阿尔托大学固体力学教授Jukka Tuhkuri说。

随着越来越寒冷的地区，例如大湖区或波罗的海(世界上最繁忙的海洋地区之一)等较寒冷地区的升温，图库里说，了解暖冰的机理至关重要。

“在波罗的海的破冰船上进行的长期冰负荷测量令人惊讶地表明，最大的冰负荷发生在春季，当天气变暖时。如果我们的船舶以及桥梁和风力涡轮机等基础设施的设计目的是为了在可预见的季节，我们需要知道全球变暖带来新条件时会发生什么。看来旧的规则可能不会成立。”

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