از پیش از انقلاب صنعتی تا به امروز میزان کربن دیاکسید ِ جو از ۲۸۰ppm به ۳۹۰ppm افزایش یافتهاست. اکنون پژوهشگران در ایالات متحده با شبیهسازیهای اتمی دریافتهاند که افزایش غلظت این گاز به شکنندهگی بیشتر یخ و درنتیجه احتمال بالاتر ترک خوردن یا شکستن آن، میانجامد. هرچند در این مطالعه تمرکز بر «بلورهای نانو» و بسیار نازک یخ بود، باور گروه بر این است که از این رهیافت میتوان به درک بهتری از ساختارهای بزرگتر مانند یخچالها و نقابهای یخی رسید.
مارکوس بوهلر از موسسهی فنآوری ماساچوست (MIT) توضیح میدهد: «بنا بر این یافتهها، جدای از گرم شدن جهان، ترکیب شیمیایی جو نیز میتواند در تعیین حرکت و/یا میزان ذوبشدن تودههای بزرگ یخ نقش داشته باشد.» ... «به بیانی شکستن یخ به سبب وجود کربن دیاکسید مانند شکستن مواد به سبب خوردهگیست؛ مانند زمانی که در یک اتومبیل، بنا یا نیروگاه، عوامل شیمیایی سطوح را میخورند. در مورد یخ، کربن دیاکسید نقش یک عامل خورنده را بازی کرده و ساختار را از حالت پایدار خود خارج میکند.»
یخچالها و نقابهای یخی ٪۷ سطح زمین را میپوشانند؛ مساحتی بیشتر از اروپا و امریکای شمالی. ۸۰ - ٪۹۰ تابشهای فرودی خورشید را بازتابانده و مانند یک انباشتگاه کربن عمل میکنند -و بیشتر شدن با ذوب گرمایش نیز بیشتر خواهد شد.
شکستن پیوندها
بوهلر میگوید: «مانند دیگر مواد، فرآیند شکستن تودههای یخ از یک ترک آغاز و با شکستن پیوندهای هیدروژنی ِ میان ملکولهای آب، در بلور پخش میشود.» ... «این ترکها بزرگتر میشوند، تا فاصلههای دور ریشهمیدوانند و در آخر کل یخچال را میشکنند. اخیرا نزدیک جزیرهی پین (در آنتارکتیکا) شکستهای وسیعی در یخها رخ داده و تودهی شناوری به اندازهی شهر برلین جدا شدهاست.
بوهلر و همکارش، ژائو کین،برای سنجش اثر کربن دیاکسید بر رشد ترکها در یخ، شبیهسازیهای اتمی را بهکار بسته و محاسبه کردهاند که یخی با ٪۲ کربن دیاکسید، سختی کمتری داشته و ضریب سختیاش به جای kPam1/2 ۱۹.۴، kPam1/2 ۱۲.۰ خواهد بود.
بوهلر میگوید: «دشوار است که تنها با انجام آزمایش ویژهگیهای یخ نانو را به همراه وابستهگیهایشان به غلظت کربن دیاکسید اندازهگیری کرد.» ... «و همین است که تصمیم گرفتیم مجموعهای از شبیهسازیهای رایانهای ِ اتمی را که برپایهی اصل اولاند، برای مطالعهی جزئیات فرایند به کار ببندیم.»
ملکولها به سوی نوک ترک حرکت میکنند
این گروه دریافتهاند که کربن دیاکسید پیوندهای هیدروژنی میان ملکولهای آب ِ درون یخ را از میان میبرد؛ چراکه اتمهای اکسیژن این گاز که بار جزیی منفی دارند، به اتمهای با بار مثبت هیدروژن ِ آب جذب میشوند. در شبیهسازیها، ملکولهای کربن دیاکسید به سطح ترک جذب شده، و در حرکتشان به سوی نوک ترک، پیوندهای هیدروژنی میان ملکولهای آب را میشکنند.
بوهلر میگوید: «اگر نقابهای یخی و یخچالها به ترک برداشتن و تکه تکه شدن ادامه دهند، سطحتماسشان با هوا، بسیار افزایش یافته و سرعت ذوبشدن بیشتر میشود.» ... «همچنان باید به نتیجهی این تغییرات و همچنین ترکیب آنها با تغییرات اقلیمی پرداخت.
بوهلر میگوید که این روش همچنین در مطالعهی ویژهگیهای مکانیکی مواد پروتئینی و پلیمرها که ساختار آنها نیز به سبب پیوندهای هیدروژنی پایدار است، به کار میرود. او میگوید: «دریافتهایم که شرایط شیمیایی مانند PH، غلظت یونی و نوع یونها به سبب تاثیرشان بر ساختار و کارکرد مکانیکی، برای این ساختارها بسیار مهماند.» ... «یافتههای اخیر ما که نشان میدهند کربن دیاکسید قدرت پیوند هیدروژنی را در سر ترک کاهش میدهد، با یافتههای پیشینمان در توافق است اما نقش مهمتری در درک ما از این مادهی فراوان و اساسی ـآب منجمد یا یخـ سیارهمان خواهد داشت.»
بوهلر و کین کارشان را در Journal of physics D: Applied physics گزارش کردهاند. بنا بر گفتهی آنها کارهای بیشتری لازم است تا بتوان از دیدگاه میکروسکوپی آنها به درک ویژهگیهای بزرگمقیاس یخ، در یخچالها و دیگر ساختارهای زمینی رسید.
منبع:
مرجع:
Journal of Physics D: Applied Physics
۱. برای درک بهتر انباشتگاه کربن به http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_sink بروید.