Earth

Wieczna zmarzlina i rozmarzanie

Patrz na grunt pod domem w tundrze przez pory roku: każdego lata wierzch rozmarza do głębokości warstwy czynnej, każdej zimy zamarza znowu, a niżej grunt pozostaje zamarznięty w temperaturze topnienia swojego lodu. Gruba pokrywa śniegu trzyma zimowy chłód z dala i grunt pięć stopni cieplejszy; zgarnij ją, a zmarzlina twardnieje. Ociepl klimat o stopień na dekadę, a warstwa czynna pogłębia się rok po roku, aż rozmarznie warstwa bogata w lód, a dom osiądzie o nadmiar lodu. Ciepło utajone lodu powstrzymuje front odwilży dokładnie tak, jak mówi rozwiązanie Neumanna, a ciepło przez powierzchnię i spąg to entalpia zyskana przez kolumnę.

Autor: Mykhailo Makarov

Obraz z aplikacji

Co się dzieje

Kolumna gruntu 15 m w 75 komórkach, 35 % wody z warstwą bogatą w lód 70 % między 1,5 a 3 m. Każda komórka trzyma entalpię względem zamarzniętego gruntu w 0 °C: poniżej zera jest zamarznięta, między zerem a ciepłem utajonym swojej wody to mieszanina w 0 °C, powyżej rozmarznięta; przewodzenie używa średnich harmonicznych przewodności zamarzniętej i rozmarzniętej. Powietrze (średnio −6 °C, ±18 °C, trend ocieplenia) napędza wierzch przez 0,3 m śniegu zimą; 60 mW/m² ciepła Ziemi wchodzi spągiem. Nadmiar lodu osiada przy pierwszym rozmarznięciu. Jawne kroki 3 h; ciepło przez wierzch i spąg to zyskana entalpia, a rozwiązanie Neumanna sprawdza front odwilży.

Co wypróbować

Patrz na roczne rozmarzanie i zamarzanie; zgarnij śnieg albo go pogłęb; ociepl klimat o stopień na dekadę i czekaj, aż dom osiądzie; wyłącz ciepło utajone i zobacz, jak szybko biegnie front.

Model i jego ograniczenia

Jednowymiarowe przewodzenie, ostry punkt zamarzania, stałe własności gruntu, bez migracji wody, wysadziny mrozowej i roślinności; osiadanie to deklarowana księgowość nadmiaru lodu. Głębokości są te tej wyidealizowanej kolumny.

Równania modułu

Równania
H = C_f·T (T < 0),  0…L (T = 0),  L + C_u·T (T > 0)
dH/dt = ∂/∂z(k·∂T/∂z),  q0 = (T_air − T1)/(R_snow + Δz/2k)
X(t) = 2λ·√(α·t),  λ·e^(λ²)·erf λ = St/√π
ΔH_column = ∫q0 dt + ∫q_geo dt,  s = Σ(w_ice − w)·Δz

Inne eksperymenty

Wróć do katalogu

Earth

Fale kształtują wybrzeże

Patrz, jak mija stulecie na białym kredowym cyplu pod szarym, wietrznym niebem. Fale przyboju wycinają niszę u podnóża wszędzie tam, gdzie ich siła pokonuje odporność skały; nawis nad nią wisi jak wspornik, aż rozciąganie u jego nasady osiągnie wytrzymałość kredy, i wtedy cały blok spada. Jego rumosz osłania podnóże, aż fale go zetrą, i dopiero wtedy rośnie następna nisza, więc krawędź cofa się o kilka metrów naraz ze średnim tempem tego cyklu ze wzoru zamkniętego — za ścieżkę nadbrzeżną, za płot i pewnego dnia za chatę. Zrób fale wyższe, kredę słabszą lub mocniejszą, dodaj twardszą warstwę albo mur nadbrzeżny; podnieś morze, a do podnóża dotrą wyższe fale, podczas gdy piaszczysta zatoczka obok cofa linię brzegu według bilansu piasku i reguły Bruuna. Utracona skała bilansuje się z niszą, startym rumoszem i pozostałym rumoszem.

Earth

Pływy w estuarium

Patrz, jak wieczorny przypływ wbiega w lejkowate estuarium obok latarni morskiej: kanał zwęża się ku rzece, więc fala rośnie w biegu, a pływ u szczytu jest dużo większy niż u ujścia, przypływ krótszy niż odpływ, a słona woda wpycha się dziesiątki kilometrów w głąb lądu wbrew rzece. Zwiększ przepływ rzeki, a sól cofa się ku morzu; zaostrz lejek albo go wyprostuj; zamknij szczyt, a kanał rezonuje jako ćwierćfala, pływ u szczytu to a / cos(kL) morskiego. Spokojna zamknięta woda zostaje dokładnie spokojna, słone estuarium bez rzeki zostaje dokładnie słone, a woda i sól bilansują się z tym, co przeszło przez ujście i szczyt.

Earth

Wiry oceaniczne

Spójrz z góry na basen oceaniczny rozłożony jak stół plastyczny w słońcu i pozwól wiatrom go napędzać: pasaty na południu i wiatry zachodnie na północy skręcają morze w wir, a ponieważ parametr Coriolisa rośnie ku północy, przepływ powrotny nie rozlewa się po oceanie, lecz ściska się w wąski, szybki prąd wzdłuż zachodniego brzegu, jak Golfsztrom, podczas gdy całe wnętrze powoli pełznie na południe z transportem Sverdrupa. Boje i statki płyną z prądem, a powierzchnia morza stoi najwyżej w środku wiru. Wyłącz efekt β, a wir stanie się symetryczny; wzmocnij tarcie albo przenieś basen na wyższą szerokość, a prąd zachodni poszerzy się jak r/β albo jak (A/β)^(1/3) z lepkością Munka; dodaj wir subpolarny; zatrzymaj wiatr i patrz, jak wir zanika. Dokładne rozwiązanie Stommela stoi obok liczb, a praca wiatru równoważy tarcie z dokładnością do zaokrągleń.