स्मृती असलेली हिमपट्टिका

अंटार्क्टिकाभोवती, हिमचादर किनाऱ्यावर थांबत नाही. ती समुद्रावर तरंगणाऱ्या मंचांच्या रूपात, हिमपट्टिकांच्या (ice shelves) रूपात, पुढे वाहत जाते, ज्यांना महासागर खालून खात असतो. लेखकांनुसार, पातळ झालेल्या हिमपट्टिका त्यांच्या मागच्या, जमिनीवर टेकलेल्या बर्फाला महासागरात अधिक वेगाने सरकू देऊ शकतात, ज्यामुळे समुद्रपातळी वाढण्यात भर पडते.

हिमपट्टिकेखालची जागा, तिची पोकळी (cavity), कशाने भरलेली आहे यावरच सगळा फरक अवलंबून असतो. काही पोकळ्यांमध्ये सुमारे −2 °C चे थंड पाणी असते (खारे पाणी 0 °C च्या खाली गोठते), जे समुद्राच्या पृष्ठभागावर गोठणबिंदूवर तयार होते: त्यांचा बर्फ हळूहळू वितळतो. इतर पोकळ्यांमध्ये मोकळ्या महासागरातून आत शिरणारे सुमारे 1 °C चे उबदार खोल पाणी घुसते: तिथे वितळणे जलद होते. एखादी पोकळी थंडीतून उबदारकडे, आणि परत, पालटू शकते का, यावर वाद आहे: काही अभ्यासांना असे पालट कायमस्वरूपी आढळले, तर इतरांना उलटवता येण्याजोगे.

बर्फाच्या टोकावरचा मिठाचा कारखाना

थंड पाणी किनारी पॉलिनियांमधून (coastal polynyas) येते: म्हणजे हिमपट्टिकेच्या अगदी समोरचे, समुद्री बर्फापासून मुक्त असलेले मोकळ्या समुद्राचे पट्टे. वारे समुद्री बर्फाला किनाऱ्यापासून दूर ढकलतात, उघडे पडलेले पाणी गोठवणाऱ्या हवेला उष्णता गमावते, आणि तिथे नवा समुद्री बर्फ इतर कोठेही होतो त्यापेक्षा वेगाने तयार होतो. गोठणारे समुद्राचे पाणी आपले मीठ मागे सोडते. पृष्ठभागावरील पाणी जड होत जाते आणि, हे पुरेसे तीव्र असल्यास, ते बुडते आणि समुद्रतळापर्यंतचे पाणी ढवळून काढते: हे खोल संवहन (deep convection) थंड पाणी पोकळीत पाठवते.

250 किलोमीटरच्या कालव्यातील एक प्रतिकृती-हिमपट्टिका

ल्योन आणि कॅनबेरा येथील Louis Saddier आणि सहकाऱ्यांनी कोणत्याही खऱ्या हिमपट्टिकेचे मॉडेल तयार केले नाही. NEMO या महासागर-कोडच्या साहाय्याने त्यांनी एक आदर्शीकृत हिमपट्टिका तयार केली: 250 km लांब आणि 50 km रुंद कालवा, 600 m खोल सपाट समुद्रतळ, सरळ उताराचा तळ असलेली 100 km ची हिमपट्टिका, आणि दूरच्या टोकाला स्थिर तापमान व क्षारतेवर ठेवलेला मोकळा महासागर. बर्फाच्या अगदी समोर, समुद्राच्या पृष्ठभागाला मीठ मिळते, जे पॉलिनियाची नक्कल करते. हा मिठाचा प्रवाह (salt flux) हेच मुख्य नियंत्रक बटण आहे.

साधेपणामुळे वेळ वाचतो. उबदार पोकळीपासून सुरुवात करून, पथकाने दर 10 वर्षांनी मिठाचा प्रवाह 0.005 ग्रॅम प्रति चौरस मीटर प्रति सेकंदाने वाढवला — लेखकांच्या रूपांतरानुसार, वर्षाला साधारण 5 मीटर नव्या समुद्री बर्फाने मागे सोडलेल्या मिठाइतका — शून्यापासून 0.075 पर्यंत. थंड पोकळीपासून सुरुवात करून, त्यांनी तो त्याच प्रकारे कमी केला. प्रत्येक मार्गात 16 टप्पे आणि 160 सिम्युलेटेड वर्षे येतात. सर्वोच्च मूल्य जाणूनबुजून टोकाचे ठेवले आहे: लेखक उल्लेख करत असलेला सर्वात सक्रिय पॉलिनिया, केप डार्नली, सुमारे 0.03 पर्यंत पोहोचतो (वर्षाला सुमारे 30 मीटर समुद्री बर्फ).

तोच पॉलिनिया, दोन शक्य महासागर

किनाऱ्यापासून दूरचे खोल पाणी 0 °C किंवा त्याहून थंड असते, तेव्हा वितळणे सुरळीतपणे बदलते आणि चढणीचा मार्ग उतरणीच्या मार्गाशी जुळतो. 1 °C किंवा 2 °C वर, पोकळी काही वर्षांत अचानक पालटते, आणि दोन्ही मार्ग आता जुळत नाहीत:

• 1 °C वर, मिठाचा प्रवाह सुमारे 0.04 वर पोहोचला की उबदार पोकळी थंड होते. थंड पोकळी पुन्हा उबदार होते ती प्रवाह सुमारे 0.02 पर्यंत, म्हणजे निम्म्यापर्यंत, घटल्यावरच.
• 2 °C वर, थंडीकडचा पालट सुमारे 0.06 पर्यंत थांबतो, तर परतीचा मार्ग अजूनही 0.02 जवळच घडतो. ही खिडकी, म्हणजे मिठाच्या प्रवाहाचा तो पल्ला ज्यात दोन्हीपैकी कोणतीही अवस्था टिकू शकते, रुंदावते.
• या दरम्यान, तोच पॉलिनिया दोन्हीपैकी कोणतीही अवस्था टिकवू शकतो, आणि उबदार अवस्थेत वितळण्याचा सरासरी दर कितीतरी पट अधिक असतो. भौतिकशास्त्रज्ञ याला द्विस्थिरता (bistability) म्हणतात; परतीचा मार्ग जाण्याच्या मार्गापेक्षा वेगळा असणे म्हणजे शैथिल्य (hysteresis).

दार बंद करणारे वितळलेले पाणी

महासागराला आठवण का राहते? त्याच्याच वितळलेल्या पाण्यामुळे. उबदार पोकळी खूप बर्फ वितळवते. हलके, गोडे वितळलेले पाणी पृष्ठभागाजवळ पसरते आणि पॉलिनियाचे पाणी बुडू देत नाही, त्यामुळे मीठ वाढले तरी पोकळी उबदारच राहते. थंड पोकळी थोडेच वितळवते, संवहन सहज घडते, आणि मीठ घटले तरी ती थंडच राहते.

या प्रत्याभरणाला (feedback) एका सापळ्याची गरज असते. मॉडेलमध्ये, एक गायर (gyre), म्हणजे हळूहळू फिरणारा प्रवाह, वितळलेले पाणी बर्फासमोर धरून ठेवतो. कालव्याच्या बाजूच्या भिंती घर्षणरहित करा, आणि तो गायर एका मोठ्या गायरला जागा देतो, जो वितळलेले पाणी मोकळ्या महासागराकडे वाहून नेतो: पालट क्रमिक आणि पूर्णपणे उलटवता येण्याजोगा होतो. किनाऱ्यापासून दूरचा अधिक तीव्रपणे स्तरित महासागरही ही खिडकी नाहीशी होईपर्यंत आक्रसतो. आडव्या श्यानतेत (viscosity) — मॉडेल तयार करणारे फारशा बंधनांशिवाय ठरवतात ते एक अंतर्गत घर्षण — पाचपट वाढ किंवा घट केल्यानेही खिडकी अरुंद होते. लेखकांनुसार, आधीच्या अभ्यासांमध्ये मतभेद का होते याचे हे स्पष्टीकरण असू शकते.

वितळणे नव्हे, तापप्रवण थरावर लक्ष ठेवा

या पालटाची एक स्पष्ट खूण आहे: तापप्रवण थर (thermocline), म्हणजे वरचा ढवळलेला थंड थर आणि खालचा अधिक उबदार थर यांच्यातील सीमा. ढवळलेला थर समुद्रतळापर्यंत पोहोचतो नेमका तेव्हाच पोकळी थंड होते, आणि तापप्रवण थर तळापासून वर उचलला जातो तेव्हा पुन्हा उबदार होते. थंडीकडच्या पालटापूर्वी, तापप्रवण थराची खोली अधिकाधिक डळमळते; उबदारकडे परत येण्याच्या पालटापूर्वी, उबदार खोल पाणी अधिकाधिक वेळा आत शिरते. वितळण्याच्या दराने स्वतः कोणताही उपयुक्त इशारा दिला नाही.

वितळणे तर दोन नियमही पाळते: उबदार अवस्थेत, किनाऱ्यापासून दूरच्या पाण्याचे तापमान स्थानिक गोठणबिंदूपेक्षा (−2.33 °C) जितके जास्त आहे त्याच्या साधारण वर्गाच्या प्रमाणात, तर थंड अवस्थेत साध्या प्रमाणात. किनाऱ्यापासून दूरच्या परिस्थितीवरून वितळण्याचा अंदाज बांधण्यासाठी सामान्यपणे वापरली जाणारी वर्ग-नियमाची सूत्रे नेहमीच लागू पडतील असे नाही.

वारा नाही, खरा समुद्रतळ नाही

या कालव्यात समुद्रतळावरील खळगे, वारे, समुद्री बर्फाशी असलेली जोडणी, खंडीय मंचाची कड आणि शेजारच्या हिमपट्टिकांमधून येणारे वितळलेले पाणी यांचा समावेश नाही. लेखक नमूद करतात की पाइन आयलंड, ॲमरी आणि फिल्चनर यांसारख्या खऱ्या हिमपट्टिकांच्या टोकांजवळ गायर आहेत, ज्यामुळे त्या उलटवता न येणाऱ्या पालटांना अधिक बळी पडू शकतात. मॉडेलमध्ये, संपूर्ण पालटासाठी दहा वर्षांचे टप्पे पुरेसे होते; खऱ्या पोकळीला किती वेळ लागेल, हा प्रश्न अभ्यास खुला ठेवतो.