Regretați-vă iubitorii de ghețari. Dr. Freeze și-a livrat opera sa magnum.
Pentru înregistrare, Stephen Morris, profesor de fizică la Universitatea din Toronto, nu se numește pe sine Dr. Freeze. Dar, după cum recunoaște el însuși, este obsedat de ghețari. Le-a observat în mediul înconjurător și le-a crescut în laboratorul său. A acumulat mii de fotografii și sute de clipuri video cu formarea ghețușilor în diferite condiții.
Și a încercat – și încă mai încearcă – să deslușească teoria de bază care guvernează esența lor rece și ascuțită.
Și acum le oferă pe toate.
El le numește Atlasul ghețușilor. Este o bază de date online care include aproape toate cercetările sale de până acum în domeniul ghețușelor și este gratuită pentru oricine care o poate folosi fără restricții, fie că este vorba de oameni de știință, artiști sau creatori de felicitări de Crăciun.
Este o cantitate neobișnuit de mare de date științifice pentru a le face publice – echivalentul a peste 200 de DVD-uri – toate dedicate ghețușelor. Nu a existat niciodată așa ceva. Și într-o epocă în care fizicienii câștigă de obicei premii Nobel pentru că studiază particule nevăzute și fenomene care se află mult dincolo de raza de acțiune a simțurilor umane, este puțin cam rebelă.
„Sunt interesat de tiparele din natură în general”, spune prof. Morris, al cărui domeniu de expertiză se numește oficial fizică neliniară experimentală, dar care ar putea fi la fel de bine descrisă ca fiind știința experienței de zi cu zi.
„Sunt foarte motivat să înțeleg lucrurile pe care le văd în fața mea … lucruri care sunt evidente pentru toată lumea, dar care sunt relativ neexplicate.”
Și atunci când profesorul Morris se plimbă prin campus și pe străzile cartierului din Toronto în care locuiește, ghețarii sunt ceea ce vede în fața lui.
Vezi procesul hipnotizant de construire a unui atlas de gheață
Planeta de gheață
Primul lucru pe care trebuie să-l apreciezi în legătură cu gheața este că, deși este un fenomen natural, nu este ușor de găsit în natură.
Fă o plimbare în pădure iarna și vei găsi gheață și zăpadă peste tot, dar puține gheață. Călătoriți prin sistemul solar și veți detecta apă înghețată în aproape fiecare colțișor, de la suprafața fracturată a patinoarului de pe luna Europa a lui Jupiter până în adâncurile craterelor permanent umbrite de pe Mercur copt de soare. Dar nu există ghețari.
Doar aici, pe Pământ – și, în cea mai mare parte, doar în orașele nordice – ghețarii sunt o caracteristică relativ comună. Acest lucru se datorează faptului că ghețarii necesită două lucruri: o atmosferă care să permită existența apei și condițiile potrivite în care acea apă se scurge și poate fi convinsă să transfere suficientă căldură în aer pentru a îngheța.
În medii pur naturale, astfel de circumstanțe apar doar atunci când apa se află aproape de punctul de îngheț și în mișcare verticală, cum ar fi în jurul cascadelor, sau se infiltrează de-a lungul fețelor de stâncă care pot forma cascade înghețate.
Dar astfel de locuri sunt rare. Sosirea peisajului urban a fost cea care a făcut ca lumea noastră să fie prietenoasă cu ghețușul. Un oraș canadian tipic din secolul al XIX-lea este, în esență, o mașinărie gigantică pentru generarea de cristale de gheață. Dacă ai nevoie de apă care picură, pur și simplu nu poți învinge acele streșini proeminente și acoperișuri prost izolate.
Aceasta explică de ce se găsesc atât de multe ghețari în zonele mai vechi din Ottawa, Montreal și Toronto, printre alte locuri. Și pentru că locuiește într-o parte a lumii care este optimizată pentru producția de gheață, pare inevitabil ca gheața să ajungă în cele din urmă în atenția profesorului Morris.
THE HOLLOW TRUTH
Gheața este în mod inerent interesantă pentru fizicieni, deoarece, spre deosebire de orbita Lunii sau de structura unui atom, nu există o teorie fizică care să prezică în mod fiabil formele și caracteristicile lor precise, dat fiind un anumit set de condiții inițiale. Iar problema nu este doar una academică. Ghețarii fac parte dintr-un set mai larg de fenomene care sunt la fel de dificil de prezis și de atenuat, de la creșterea grindinei până la acumularea de gheață pe aripile avioanelor, liniile electrice și poduri.
În concluzie, ghețușele oferă „o problemă științifică bine definită, compactă, cu aplicații practice”, spune Lasse Makkonen, cercetător principal la Centrul de Cercetare Tehnică VTT al Finlandei din Espoo.
Dr. Makkonen se numără printre puținii oameni de știință care au aprofundat detaliile structurii și comportamentului ghețușelor. Începând cu anii 1980, el a dezvoltat o descriere matematică a creșterii gheaței care ajută la explicarea motivelor pentru care gheața este lungă și ascuțită.
În timp ce bunul simț dictează că apa ar trebui să înghețe la o rată egală pe toate părțile unei gheațe, este clar că vârful crește mai repede decât părțile laterale – de până la 20 de ori mai repede, spune Dr. Makkonen. Acest lucru se datorează faptului că vârful unui ghețar formează un tub gol care crește în picătura de apă atârnată unde se îngustează. Pe măsură ce picătura cade periodic, aceasta transportă căldura și expune vârful la aer. Aerul fură apoi mai multă căldură și favorizează creșterea în continuare a gheții.
Dr. Makkonen își amintește că a ajuns la concluzia pe hârtie că ghețarii trebuie să aibă vârfuri goale și apoi a ieșit într-o zi să o testeze în lumea reală.
„Am luat un ac de pin și l-am împins în vârful unui ghețar. A intrat până la capăt, aproximativ cinci centimetri. A fost o senzație ciudată: Pur și simplu am notat-o, fără nicio surpriză. Trebuia să fie așa.”
Mai târziu, Raymond Goldstein și colegii săi de la Universitatea Cambridge din Marea Britanie au propus o teorie pentru forma unui gheață care picură – sau, mai bine zis, idealul platonic al unui gheață. Deși teoria reproducea forma lungă și ascuțită, existau caracteristici pe care nu le putea reproduce, inclusiv ondulațiile.
Toate ghețurile găsite în „sălbăticie” au suprafețe ondulate, distanța dintre fiecare ondulație ondulată fiind în medie de aproximativ un centimetru sau cam așa ceva. Acest număr este remarcabil de consistent, indiferent de temperatură și de viteza de curgere.
Undelele de gheață au fost studiate de cercetătorii japonezi de la Institutul de Știință a Temperaturilor scăzute din Hokkaido. Într-o publicație din 2002, aceștia au emis ipoteza că ondulațiile se formează din cauza unei „instabilități de suprafață” în apa care curge pe un ghețar – o ușoară deviație care tinde să crească în timp. Dar în ceea ce privește motivul pentru care există această instabilitate, cercetătorii japonezi nu au putut spune.
Atunci, începând cu 2008, profesorul Morris a pus stăpânire pe misterul ghețușului – sau poate viceversa.
MĂȘINĂTORIILE DE GHICLE
Cheia fizicii ghețușelor poate fi descoperită doar cu ajutorul datelor, a decis profesorul Morris, și din belșug.
Dar a aștepta ca ghețușele să se formeze în aer liber nu este o abordare convenabilă și nici potrivită pentru un studiu controlat. Lucrând cu un student absolvent, Antony Szu-Han Chen, profesorul Morris s-a apucat să construiască în laboratorul său o mașină de formare a ghețușilor.
La exterior, mașina arată ca o cutie îmbrăcată în polistiren cu o fereastră îngustă pentru ca o cameră să capteze imagini cu ceea ce se află înăuntru. Acolo, pereții refrigerați închid un spațiu răcit de aproximativ un metru înălțime, cu un diblu de lemn rotativ în partea de sus, pe care se picură încet apă răcită și unde pot crește ghețari. Rotația egalizează efectele curenților de aer din cutie și permite camerei să capteze toate laturile unui ghețar pe măsură ce acesta se dezvoltă. O mulțime de alte modificări au evoluat pentru a se asigura că aparatul poate crește în mod fiabil icicle.
„Toată lumea spune că arată ca un proiect pentru un târg de știință, dar este înșelător de complicat”, spune el.
Această mașină le-a permis profesorului Morris și domnului Chen să facă ceea ce nimeni nu a mai făcut până acum într-un mod sistematic: să crească icicle, iar și iar, într-o gamă largă de condiții. Au făcut foarte multe fotografii.
În cele din urmă, au descoperit ceva ce nimeni nu realizase înainte: Ondulațiile ghemotoacelor sunt cauzate de impuritățile, cum ar fi sărurile, din apă. Atunci când se folosește apă distilată în mașina de făcut înghețată, ondulațiile dispar, iar înghețata ajunge să arate mult mai mult ca idealul platonic al doctorului Goldstein.
Adaugați doar o cantitate minusculă de sare, aproximativ două părți la 100.000 – ceea ce este mai puțin decât impuritatea totală a apei obișnuite de la robinet – și ondulațiile revin.
Lucrarea este „uluitoare”, spune Dr. Goldstein, „pentru că răspunsurile sunt atât de neașteptate.”
Prof. Morris a folosit, de asemenea, aparatul pentru a crește ghețari care sunt categoric neplatonici, cu forme ghemuite, ondulații extinse și multiple ramuri sau „picioare”. Toate aceste exemple pot fi găsite în Icicle Atlas, formând un depozit de forme de gheață bine măsurate.
Dar obiectivul mai mare nu a fost încă atins: un set de ecuații matematice care să anticipeze corect întreaga gamă de forme de gheață și circumstanțele în care acestea vor apărea.
„Voi ajunge acolo”, spune profesorul Morris despre teoria evazivă a ghețurilor. „Acesta este un proiect pe termen lung.”
THE ATLAS
Constatările profesorului Morris au atras atenția dincolo de comunitatea de cercetători. Oameni din întreaga lume i-au trimis fotografii ale unor ghețari în diferite stări de creștere. Un antreprenor l-a abordat odată despre cum să facă gheață aromată care ar putea fi cultivată într-un magazin. (Este mai greu decât pare și nu foarte gustos.) Mai târziu, în această primăvară, ansamblul muzical Continuum din Toronto va interpreta o piesă care a fost parțial inspirată de ghețarii profesorului Morris.
Acest farmec estetic al ghețușelor este cel care l-a obligat să facă publice datele sale fără restricții: „Sper să fiu surprins de ceea ce fac oamenii cu ele”, spune el.
Pentru unii, răspunsul va consta pur și simplu în parcurgerea paginilor digitale ale Atlasului și în vizionarea videoclipurilor cu ghețușele care cresc în mașina profesorului Morris. Ele sunt hipnotizante.
Ele ne reamintesc, de asemenea, că mai există un alt punct de vedere al ghețușelor – în afară de cel evident. Ca produse secundare ale căldurii noastre risipite, ele sunt o dovadă a persistenței și chiar a prosperității noastre în fața unui anotimp rece și neiertător. Este o formă de frumusețe spontană care se întâmplă pentru că se întâmplă să fim aici pentru a fi martori la ea.
Considerați gheața, spune Stephen Morris, și bucurați-vă.
.