قفسهٔ یخی‌ای که حافظه دارد
در پیرامون جنوبگان، یخ‌پوش در ساحل متوقف نمی‌شود. به‌صورت سکوهایی شناور، یعنی قفسه‌های یخی (ice shelves)، روی دریا پیش می‌رود و اقیانوس آن‌ها را از زیر می‌خورد. به گفتهٔ نویسندگان، قفسه‌های یخی نازک‌تر می‌توانند بگذارند یخِ نشسته بر خشکی در پشتشان سریع‌تر به اقیانوس بلغزد و به بالا آمدن سطح دریا بیفزاید.
آنچه فضای زیر یک قفسهٔ یخی، یعنی حفرهٔ (cavity) آن، را پر می‌کند همه‌چیز را تعیین می‌کند. برخی حفره‌ها آب سرد، حدود −2 درجهٔ سلسیوس را در خود دارند (آب شور زیر 0 درجه یخ می‌زند)، که در سطح دریا در نقطهٔ انجماد ساخته شده است: یخ آن‌ها آهسته ذوب می‌شود. به برخی دیگر آب ژرف گرم، حدود 1 درجهٔ سلسیوس، از اقیانوس باز هجوم می‌آورد: آنجا ذوب تند است. اینکه آیا یک حفره می‌تواند از سرد به گرم و دوباره به سرد تغییر حالت دهد محل بحث است: برخی پژوهش‌ها چنین تغییرهایی را دائمی یافته‌اند، و برخی دیگر برگشت‌پذیر.
کارخانهٔ نمک در جبههٔ یخ
آب سرد از پولینیاهای ساحلی (coastal polynyas) می‌آید: پهنه‌هایی از دریای باز، بی یخ دریا، درست در جلوی یک قفسهٔ یخی. بادها یخ دریا را به سوی دریای دور می‌رانند، آبِ بی‌پوشش گرمایش را به هوای یخ‌زده می‌بازد، و یخ دریای تازه آنجا سریع‌تر از هر جای دیگر شکل می‌گیرد. آب دریا هنگام یخ زدن نمکش را به جا می‌گذارد. آب سطحی سنگین‌تر می‌شود و اگر این فرایند به اندازهٔ کافی شدید باشد، فرو می‌رود و آب را تا بستر دریا به هم می‌زند: این همرفت ژرف (deep convection) آب سرد را به درون حفره می‌فرستد.
قفسهٔ یخی نمونه در کانالی 250 کیلومتری
لویی سادیه (Louis Saddier) و همکارانش، در لیون و کانبرا، هیچ قفسهٔ یخی واقعی را مدل نکردند. آن‌ها با کد اقیانوسی NEMO یک قفسهٔ یخی آرمانی‌شده (idealised) ساختند: کانالی به طول 250 کیلومتر و پهنای 50 کیلومتر، بستری تخت به ژرفای 600 متر، یک قفسهٔ یخی 100 کیلومتری با قاعده‌ای شیب‌دار و صاف و، در انتهای دور، اقیانوسی باز با دما و شوری ثابت. درست در جلوی یخ، سطح دریا نمک دریافت می‌کند تا یک پولینیا را شبیه‌سازی کند. این شار نمک (salt flux) پیچ اصلی تنظیم است.
سادگی زمان می‌خرد. گروه از یک حفرهٔ گرم آغاز کرد و هر 10 سال شار نمک را 0.005 گرم بر متر مربع بر ثانیه بالا برد — به تبدیل نویسندگان، نمکی که حدود 5 متر یخ دریای تازه در سال به جا می‌گذارد — از صفر تا 0.075. از یک حفرهٔ سرد، آن را به همان شیوه پایین آوردند. هر مسیر 16 گام و 160 سال شبیه‌سازی‌شده را در بر می‌گیرد. بالاترین مقدار عمداً افراطی است: فعال‌ترین پولینیایی که نویسندگان نام می‌برند، کیپ دارنلی (Cape Darnley)، به حدود 0.03 می‌رسد (نزدیک به 30 متر یخ دریا در سال).
یک پولینیا، دو اقیانوس ممکن
وقتی آب ژرف دور از ساحل 0 درجهٔ سلسیوس یا سردتر است، ذوب به‌آرامی تغییر می‌کند و مسیر رفت با مسیر برگشت یکی است. در 1 یا 2 درجهٔ سلسیوس، حفره ناگهانی، ظرف چند سال، تغییر حالت می‌دهد و دو مسیر دیگر بر هم منطبق نیستند:
- در 1 درجه، حفرهٔ گرم وقتی سرد می‌شود که شار نمک به حدود 0.04 برسد. حفرهٔ سرد تنها وقتی دوباره گرم می‌شود که شار به حدود 0.02 فرو بیفتد، یعنی نصف آن.
- در 2 درجه، تغییر به سرد تا حدود 0.06 صبر می‌کند، در حالی که بازگشت همچنان نزدیک 0.02 رخ می‌دهد. پنجره، یعنی بازه‌ای از شار نمک که در آن هر دو حالت می‌توانند برقرار بمانند، پهن‌تر می‌شود.
- در این میان، یک پولینیای واحد می‌تواند هر یک از دو حالت را نگه دارد، با میانگین آهنگ ذوبی که در حالت گرم چند برابر بیشتر است. فیزیک‌دانان این را دوپایداری (bistability) می‌نامند؛ اینکه مسیر بازگشت با مسیر رفت فرق دارد پسماند (hysteresis) نام دارد.
آب ذوبی که در را قفل می‌کند
چرا اقیانوس به یاد می‌آورد؟ از راه آب ذوب خودش. حفرهٔ گرم یخ بسیاری ذوب می‌کند. آب ذوبِ سبک و شیرین نزدیک سطح پخش می‌شود و نمی‌گذارد آب پولینیا فرو رود، پس حفره حتی با بالا رفتن نمک گرم می‌ماند. حفرهٔ سرد اندکی ذوب می‌کند، همرفت به‌آسانی رخ می‌دهد، و حفره حتی با پایین آمدن نمک سرد می‌ماند.
این بازخورد به یک تله نیاز دارد. در مدل، یک چرخاب (gyre)، یعنی جریانی که آهسته می‌چرخد، آب ذوب را در جلوی یخ نگه می‌دارد. دیواره‌های کناری کانال را بی‌اصطکاک کنید، و این چرخاب جای خود را به یک چرخاب بزرگ یگانه می‌دهد که آب ذوب را به اقیانوس باز می‌برد: تغییر حالت تدریجی و کاملاً برگشت‌پذیر می‌شود. اقیانوس دوردستی با لایه‌بندی شدیدتر نیز پنجره را تا ناپدید شدنش کوچک می‌کند. پنج برابر کردن یا یک‌پنجم کردن گرانروی افقی، اصطکاکی درونی که مدل‌سازان با قیدهای اندکی تنظیمش می‌کنند، نیز پنجره را باریک می‌کند. به گفتهٔ نویسندگان، شاید همین توضیح دهد که چرا پژوهش‌های پیشین با هم ناسازگار بودند.
به ترموکلاین نگاه کنید، نه به ذوب
این تغییر حالت نشانهٔ روشنی دارد: ترموکلاین (thermocline)، مرز میان لایهٔ سردِ هم‌خورده در بالا و لایهٔ گرم‌تر در پایین. حفره دقیقاً وقتی سرد می‌شود که لایهٔ هم‌خورده به بستر دریا برسد، و وقتی دوباره گرم می‌شود که ترموکلاین از بستر جدا شود. پیش از تغییر به سرد، ژرفای ترموکلاین بیش از پیش نوسان می‌کند؛ پیش از بازگشت به گرم، آب ژرف گرم هر بار پرتکرارتر به درون رخنه می‌کند. خود آهنگ ذوب هیچ هشدار سودمندی نداد.
ذوب حتی از دو قانون پیروی می‌کند: در حالت گرم، تقریباً متناسب با مجذور مازاد دمای آب دور از ساحل بر نقطهٔ انجماد محلی (−2.33 درجهٔ سلسیوس)، و در حالت سرد، یک تناسب ساده. فرمول‌های مبتنی بر قانون مجذور که معمولاً برای برآورد ذوب از روی شرایط دور از ساحل به کار می‌روند شاید همیشه صادق نباشند.
نه باد، نه بستر واقعی دریا
این کانال گودال‌های بستر دریا، بادها، جفت‌شدگی با یخ دریا، لبهٔ فلات قاره و آب ذوب قفسه‌های یخی همسایه را کنار می‌گذارد. نویسندگان یادآوری می‌کنند که قفسه‌های یخی واقعی مانند پاین آیلند (Pine Island)، امری (Amery) و فیلشنر (Filchner) نزدیک جبهه‌هایشان چرخاب دارند، که ممکن است آن‌ها را مستعدتر تغییر حالت‌های برگشت‌ناپذیر کند. در مدل، گام‌های ده‌ساله برای یک تغییر حالت کامل کافی بودند؛ اینکه یک حفرهٔ واقعی چقدر زمان لازم دارد، این پژوهش بی‌پاسخ می‌گذارد.